1/21/2013
Ho Chi Minh City University of Technology
PGS.TS Lê Minh Phương
Khoa Điện –Điện Tử
Trường Đại Học Bách Khoa TP HỒ CHÍ MINH
Contact info: Address: 268 Lý Thường Kiệt, P.14,Q.10, TP Hồ Chí Minh Telephone: 84-08-38647256 (5722) Mobile: 0988572177 E-mail: lmphuong@hcmut.edu.vn; ivanphuong@yahoo.com 1
Power Electronics
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PGS.TS Lê Minh Phương Khoa Điện –Điện Tử Trường ĐHBK TPHCM TPHCM 2012
2
1
1/21/2013
Contents – Nội dung
1. Tổng quan về Điện tử công suất
2. Các linh kiện bán dẫn cơ bản
3. Mô phỏng Matlab-Simulink
4. Bộ chỉnh lưu
5. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều
6. Bộ biến đổi điện áp một chiều
7. Bộ nghịch lưu –biến tần
3
1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong
References
1. MÔ PHỎNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRONG MATLAB/SIMULINK - Lê Minh Phương, Phan Quốc Dũng – Nhà xuất bản ĐHQG 2011
2. POWER ELECTRONICS HANDBOOK –
Muhammad H. Rashid
3. MATLAB/SIMULINK - Mathworks.
http://www.mathworks.com/
4. ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1 – Nguyễn Văn Nhờ
Nhà xuất bản ĐHQG
4
2
1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong
1/21/2013
Power Electronics
Chương 5
BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU
DC/DC CONVERTER
PGS.TS Lê Minh Phương Khoa Điện –Điện Tử Trường ĐHBK TPHCM TPHCM 2012
5
Contents – Nội dung
1. Tổng quan về bộ biến đổi điện áp một chiều 2. Bộ chopper dạng giảm áp (Step-down) 3. Bộ chopper dạng tăng áp (Step-up) 4. Bộ chopper dạng đảo dòng 5. Bộ chopper dạng đảo áp 6. Bộ chopper dạng tổng quát 7. Transformer Versions of Buck Converter
1. Buck converter 2. Boost Converter 3. Fly Back Converter 4. Cu’k Converter
6
3
1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong
1/21/2013
DC/DC CONVERTER
Buck Converter
1. Sơ đồ
2. Đặc điểm
3. Hoạt động
a) Chế độ dòng liên tục
b) Chế độ dòng gián đoạn
c) Độ nhấp nhô điện áp và dòng điện tải
4. Mô hình Matlab - Simulink
7
1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong
DC/DC CONVERTER
Buck Converter
8
4
1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong
1/21/2013
DC/DC CONVERTER
Buck Converter
9
Trong bộ Buck regulators trị trung bình điện áp tải V0 nhỏ hơn điện áp nguồn Vs, vì vậy mới có tên là “buck”, và được ứng dụng làm nguồn DC switching
1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong
DC/DC CONVERTER
Buck regulators
Hoạt động của bộ buck có thể chia làm hai chế độ: chế độ 1 khi transistor Q1 đóng tại thời điểm t = 0. Dòng điện tăng và đi qua cuộn lọc L, điện trở R và tụ C
10
Chế độ 2 khi transistor Q1 ngắt tại thời điểm t = t1. Diode Dm dẫn nhờ năng lượng tích tụ trong cuộn cảm L và dòng điện tải lức này sẽ chảy trong mạch L,C, tải và diode Dm. Dòng điện này sẽ giảm cho đến khi Q1 đóng trở lại ở đầu chu kỳ kế tiếp
5
1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong
1/21/2013
DC/DC CONVERTER
Ts –switching period D –duty cycle (ratio), D=ton/Ts IL –average choke current. Io –output current. Vs –input dc voltage. Vo –output dc voltage.
11
Chế độ dòng điện liên tục (continues current mode)
1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong
DC/DC CONVERTER
Phân tích : Chế độ dòng điện liên tục
Xét khoảng S dẫn (0: t1): Ton period: T1 on → Voi =Vd →iL↑, energy stored in L, VL=Vs-Vo due to C=∞ and Vo=constant.
12
6
1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong
1/21/2013
DC/DC CONVERTER
Phân tích : Chế độ dòng điện liên tục
13
Xét khoảng S ngắt (t1:T): Toff period: T1 off → energy in L released through C, R and D1→ D1 is on, voi =0.
1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong
DC/DC CONVERTER
Hệ quả
Trị trung bình điện áp tải (Ideal inductor → No dc voltage drop on the inductor)
0≤D≤1→Vo≤Vd→buck converter, or step-down converter
Độ nhấp nhô dòng điện tải
14
Trị trung bình dòng điện tải (No dc current increase)
7
1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong
1/21/2013
DC/DC CONVERTER
Phân tích : Ranh giới chế độ dòng điện liên tục và dòng gián đoạn
iL continuous →continuous current mode iL discontinuous →discontinuous current mode
15
Trong khoảng t1
1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong
DC/DC CONVERTER
Phân tích : Ranh giới chế độ dòng điện liên tục và dòng gián đoạn
If IL>ILB → continuous current mode
If IL 16 Chế độ của buck converter phụ thuộc vào IL: 8 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 17 Tồn tại 3 khoảng thời gian: t1, 1Ts, 2Ts 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 18 Trị trung bình điện áp tải 9 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 Output voltage ripple –Filter capacitance is not infinite, practical value
–Ripple voltage ∆Vo/Vo usually is less than 1% –Assume •All the ripple component of inductor current flows through the
capacitor. 19 •The dc component of inductor current flows through the load
resistor 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 20 Continuous current mode as example: current waveforms 10 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 21 Continuous current mode as example: Voltage waveforms 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 22 Continuous current mode as example: Voltage waveforms 11 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 Where Continuous current mode as example: Voltage waveforms Corner frequency of LC filter 23 Switching frequency 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong •Decrease the corner frequency →L↑ or C↑→ Larger size of the
converter. Reduce voltage ripple •Increase the switching frequency →switching loss ↑→efficiency ↓ . –Use soft switching topology, such as ZVS, ZCS) •How to reduce switching loss?
–Use low switching loss device, such as MOSFET 24 – fs ≈(10~100) fc →∆Vo/Vo usually is less than 1% 12 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 25 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 29 13 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 30 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 31 14 1/21/2013DC/DC CONVERTER
Phân tích : Chế độ dòng điện gián đoạn
DC/DC CONVERTER
Phân tích : Chế độ dòng điện gián đoạn
DC/DC CONVERTER
Độ nhấp nhô điện áp và dòng điện tải
DC/DC CONVERTER
Độ nhấp nhô điện áp và dòng điện tải
DC/DC CONVERTER
Độ nhấp nhô điện áp và dòng điện tải
DC/DC CONVERTER
Độ nhấp nhô điện áp và dòng điện tải
DC/DC CONVERTER
Độ nhấp nhô điện áp và dòng điện tải
DC/DC CONVERTER
Độ nhấp nhô điện áp và dòng điện tải
DC/DC CONVERTER
Bài tập
DC/DC CONVERTER
Mô hình Matlab-Simulink
DC/DC CONVERTER
Mô hình Matlab-Simulink
Power Electronics
For Building
THANK YOU
FOR YOUR ATTENTION