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

DC/DC CONVERTER

Phân tích : Chế độ dòng điện gián đoạn

17

Tồn tại 3 khoảng thời gian: t1, 1Ts, 2Ts

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

DC/DC CONVERTER

Phân tích : Chế độ dòng điện gián đoạn

18

Trị trung bình điện áp tải

9

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

DC/DC CONVERTER

Độ nhấp nhô điện áp và dòng điện tải

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

DC/DC CONVERTER

Độ nhấp nhô điện áp và dòng điện tải

20

Continuous current mode as example: current waveforms

10

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

DC/DC CONVERTER

Độ nhấp nhô điện áp và dòng điện tải

21

Continuous current mode as example: Voltage waveforms

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

DC/DC CONVERTER

Độ nhấp nhô điện áp và dòng điện tải

22

Continuous current mode as example: Voltage waveforms

11

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

DC/DC CONVERTER

Độ nhấp nhô điện áp và dòng điện tải

Where

Continuous current mode as example: Voltage waveforms

Corner frequency of LC filter

23

Switching frequency

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

DC/DC CONVERTER

Độ nhấp nhô điện áp và dòng điện tải

•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

DC/DC CONVERTER

Bài tập

25

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

DC/DC CONVERTER

Mô hình Matlab-Simulink

29

13

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

DC/DC CONVERTER

Mô hình Matlab-Simulink

30

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

Power Electronics

For Building

THANK YOU

FOR YOUR ATTENTION

31

14

1/21/2013