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

Độ nhấp nhô điện áp và dòng điện tải

Topologies: buck converter, one-quadrant chopper,

•Fourier analysis and high frequency equivalent circuits.

7

two-quadrant chopper, boost converter, etc. •Waveforms: current and voltage •Operating mode and boundary (inductor current): continuous current mode or discontinuous current mode. •DC component of voltage and current in two operating modes. •Ripple current and ripple voltage

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

DC/DC CONVERTER

Boost 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

8

4

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

DC/DC CONVERTER

Boost Converter

9

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

DC/DC CONVERTER

Buck Converter Trong bộ Boost regulators trị trung bình điện áp tải V0 lớn hơn điện áp nguồn Vs, vì vậy mới có tên là “boost”, và được ứng dụng làm nguồn DC switching

10

5

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

DC/DC CONVERTER

Boost converter

Chế độ 1 khi transistor đóng tại thời điểm t = 0. Dòng điện tăng và đi qua cuộn lọc L và transistor

11

Chế độ 2 khi transistor M1 ngắt tại thời điểm t = t1. Dòng điện chảy qua L, tụ C, tải và diode Dm. Dòng điện này sẽ giảm cho đến khi M1 đóng trở lại ở đầu chu kỳ kế tiếp. Năng lượng tích tụ trong cuộn cảm L sẽ chuyển đến tải.

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

DC/DC CONVERTER

Chế độ dòng điện liên tục (continues current mode)

12

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.

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 dẫn (0: t1): Ton period: T1 on → Voi =Vd →iL↑, energy stored in L, VL=Vs-Vo due to C=∞ and Vo=constant.

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

DC/DC CONVERTER

Phân tích : Chế độ dòng điện liên tục

Xét khoảng S ngắt (t1:T): Toff period: T1 off → energy in L released through C, R and D1→ D1 is on, voi =0.

14

7

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

DC/DC CONVERTER

Hệ quả

Trị trung bình điện áp tải (Ideal inductor → No dc voltage drop on the inductor)

Trị trung bình dòng điện tải (No dc current increase)

0≤D≤1→VoVd→boost converter, or step-up converter

15

Độ nhấp nhô dòng điện tải

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

iL discontinuous →discontinuous current mode

iL continuous →continuous current mode

16

Trong khoảng t1

8

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

Chế độ của boost converter phụ thuộc vào IL:

17

If IL>ILB or Io>IOB→ continuous current mode If IL

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

DC/DC CONVERTER

Phân tích : Chế độ dòng điện gián đoạn

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

18

9

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

DC/DC CONVERTER

Phân tích : Chế độ dòng điện gián đoạn

19

Trị trung bình điện áp tải

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

DC/DC CONVERTER

Độ nhấp nhô điện áp ngõ ra

20

10

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

DC/DC CONVERTER

Bài tập

Cho bộ Boost Regulator với điện áp ngõ vào là Vs=5 V. Trị trung bình điện áp ngõ ra là V0=15V và trị trung bình dòng điện tải là

I0=0.5A. Tần số đóng ngắt Fs=25kHz. Nếu L=150µH và C= 200µF. Hãy xác định:

1. Tỷ số thời gian đóng

2. Độ nhấp nhô dòng điện trên cuộn L

3. Dòng điện lớn nhất trên L.

5. Vẽ giản đồ

4. Độ nhấp nhô điện áp trên tụ

21

6. Giá trị ngưỡng của L và C

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

DC/DC CONVERTER

Fly –back converter

24

Continuous current mode as example: current 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

25

Continuous current mode

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

DC/DC CONVERTER

Độ nhấp nhô điện áp và dòng điện tải

26

Continuous current mode as example: Voltage waveforms

12

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

27

Switching frequency

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

DC/DC CONVERTER

Forward converter

28

13

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

DC/DC CONVERTER

Độ nhấp nhô điện áp và dòng điện tải

29

Continuous current mode as example: Voltage waveforms

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

DC/DC CONVERTER

Bài tập

30

14

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

DC/DC CONVERTER

Bài tập

31

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

DC/DC CONVERTER

Bài tập

32

15

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

DC/DC CONVERTER

Bài tập

33

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

DC/DC CONVERTER

Mô hình Matlab-Simulink

34

16

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

DC/DC CONVERTER

Mô hình Matlab-Simulink

35

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

DC/DC CONVERTER

Mô hình Matlab-Simulink

36

17

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

Power Electronics

For Building

THANK YOU

FOR YOUR ATTENTION

37

18

1/21/2013