Bài giảng Biến đổi DC Điện tử công suất

GIỚI THIỆU

CHƯƠNG 3: BIẾN ĐỔI DC

(cid:1) Ở trên ta xét đến trường hợp dòng liên

o GIỚI THIỆU o CÁC BỘ BIẾN ðỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC

tục: là dòng trong cuộn cảm lúc nào cũng

1. Mạch biến ñổi giảm áp

(Buck Converter)

có trị dương trong toàn chu kỳ. (cid:1) Dòng liên tục không phải là điều kiện cần

2. Mạch biến ñổi tăng áp

để bộ chuyển đổi hoạt động. Một cách phân

(Boost Converter)

giải khác cần thiết

là trường hợp dòng

không liên tục.

11:55 AM

GIỚI THIỆU

• Sơ ñồ dạng sóng

(cid:1) Trong trường hợp năng lượng điện tích

trữ trong cuộn dây cung cấp không đủ cho

tải trong giai đoạn Toff thì sẽ có một khoảng

thời gian dòng điện đi qua cuộn dây bằng 0.

Điểm khác biệt so với trường hợp trên là

cuộn dây xả hết trong giai đoạn cuối của

chu kỳ.

Dạng sóng dòng điện và điện áp của mạch Boost converter hoạt động ở chế độ không liên tục.

11:55 AM

GIỚI THIỆU

=δ

• Từ hai phương trình trên ta tính được:

DV i − VV i o

(cid:1) Mặc dù nhỏ nhưng nó cũng tạo nên sự

khác biệt. Dòng điện đi qua cuộn dây lúc

• Dòng Io đi qua tải bằng với dòng đi diode D: I

max

bắt đầu chu kỳ là bằng 0, dòng ILmax (với

• Thay ILMax và δ ở trên vào ta được:

DTV i 2 L

DV i − VV o i

2 TDV ( )i − VVL o

t=D.T) là:

=max

• Rút gọn ta được:

1 +=

DTV L

TDV i 2 LI

V o V i

−

(cid:1) Trong trạng thái OFF, dòng IL giảm về 0 sau khoảng thời gian δ.T:

max

) ( δ TVV L

• Từ biểu thức trên ta thấy điện áp Vout của chế độ không liên tục không những phụ thuộc vào chu kỳ mà còn phụ thuộc vào giá trị của cuộn dây, điện áp Vin và Io.

11:55 AM

CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC

GIỚI THIỆU

1. Mạch biến ñổi giảm áp

• Giới hạn của Boost converter hoạt động ở chế độ liên tục và không liên tục:

• Sơ ñồ nguyên lý

Vidc

Diode Schottky

• Chức năng các linh kiện: S, L, C, D1, R.

• Các giả thiết khi phân giải:

11:55 AM

CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC

1. Mạch biến ñổi giảm áp

• Chế ñộ ON

• Chế ñộ OFF

Khi bật hở, diode trở nên phân cực thuận nên dẫn, và do đó cho dòng điện cuộn cảm chạy qua hình. Điện thế qua cuộn cảm khi bật hở:

Khi S đóng, do diode phân cực nghịch nên ngưng, ta có dòng điện chạy qua cuộn cảm. Điện thế cuộn cảm bằng:

−

⇒

−=

=⇒+

− VV

V i

V 0 L

di L dt

i ∆ T

i ∆ L t ∆

OFF

Vidc

di L dt

i ∆ L ∆ t

)1(

( i ∆⇒

swon

)(

)

)2(

∆⇒ i

swoff

(

)

VV − i L

VV − 0 L   

i ∆ L DT   

di L dt V 0− L Thời gian OFF chỉ có giá tri trong khoảng δ: V  0 −=  L 

 δ T 

11:55 AM

CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC

1. Dạng sóng mạch biến ñổi giảm áp

δT δT TON TON S S t t DT T DT T vL vL

-Vo

vi vi-vo vi vi-vo t t

iL iL ILmax ILmax IL IL t t

11:55 AM

ii ii t t

CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC

1. Dạng sóng mạch biến ñổi giảm áp

δT δT TON TON S S t t DT T DT T vL vL

-Vo

vi vi-vo vi vi-vo t t

iL iL ILmax ILmax IL IL t t

11:55 AM

CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC

1. Mạch biến ñổi giảm áp

TON

δT

vi vi-vo

được

-Vo iL

1. Mạch biến ñổi giảm áp Hoạt động thường trực đòi hỏi dòng điện cuộn cảm tại cuối chu kỳ giao hoán bằng với trị số tại lúc bắt đầu nghĩa là sự thay đổi tổng cộng trong dòng cuộn cảm trên 1 chu kỳ là bằng không: ( i ∆

( i ∆+

)

ILmax

swon

swoff

)1(

−

)2( ⇒+

VV − i L

V 0 L

 δ T  

  

  

  

chu

kỳ

−

( − VV

) DT

( −⇒= VV

) DT

TV δ 0

D + δD

  

  

V 0 V i

• Dạng sóng Hệ thức giữa dòng cuộn cảm và dòng nguồn tính trước hết là cho điện thế trung bình của cuộn cảm bằng không hoạt cho động. Điện thế cuộn cảm theo hình:

11:55 AM

ii ii t t

CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC

1. Mạch biến ñổi giảm áp

• Dòng điện trung bình qua cuộn cảm:

(

) δ

(

) δ

max

• Thay Imax vào (3):

1 2

V 0 R

δ TV 0 L

  

  

T δ

(

)δ

max

I L

1 2

V 0= R

 = 

11   2 T 

)3(

(

) +δ

V i

max

Giải phương trình ta được:

Kết hợp lại:

D +

1 2

  

 = 

8 L RT

     

     

Giới hạn giữa dòng liên tục và không liên tục xảy

V 0 R • Vì dòng bắt đầu bằng không, dòng cực đại bằng với sự thay đổi dòng trong suốt thời gian bật S đóng. Khi bật đóng, điện thế cuộn cảm là:

ra khi δ =(1–D). Nhớ lại rằng điều kiện xảy ra tại

kết quả là:

− 0VV

di L dt

− VV L

∆ i L ∆ t

i ∆ L DT

I max DT

giới hạn giữa dòng liên tục và không liên tục là Imin

• Dòng Imax:

max

i =∆= L

TV δ0 L

VV − 0 L

  

  

11:55 AM

CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC

2. Mạch biến ñổi tăng áp

• Sơ ñồ nguyên lý

• Chế ñộ ON

Diode Schottky

Vidc

Khi S đóng, diode phân cực nghịch nên ngưng, dòng điện qua cuộn L tạo nên điện thế VL cho bởi:

⇒

V i

VL=Vi

di L dt

V i L

• Chức năng các linh kiện: S, L, C, D1, R.

∆ i L ∆ t

i ∆ L DT

V i L

Vidc

• Các giả thiết khi phân giải:

)4(

( ∆

)

swon

DTV i L

11:55 AM

CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC

2. Mạch biến ñổi tăng áp

2. Mạch biến ñổi tăng áp δT

• Chế ñộ OFF

Khi S hở, diode phân cực thuận nên dẫn cho dòng qua cuộn cảm L tạo nên điện thế của cuộn cảm VL:

− VV i

Vi-Vo

di L dt

di L =⇒ dt

− VV i L

TON S t DT T vL vi t

VL=Vi-Vo

∆ i L ∆ t

0− VV i L

∆ i L δ T

Vidc

iL ILmax IL t

)5(

( ∆ i

)

swoff

( ) δ− TVV 0 L

11:55 AM

CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC

2. Mạch biến ñổi tăng áp δT

Vi-Vo

TON TON S S t t DT T DT T vL vL vi vi t t

iL iL ILmax ILmax IL IL t t

ii ii

11:55 AM

t t

CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC

2. Mạch biến ñổi tăng áp

TON

δT

2. Mạch biến ñổi tăng áp δT

• Dạng sóng

Vi-Vo

TON S t DT T vL vi t

ILmax

Do sự thay đổi tổng cộng dòng điện chạy qua cuộn cảm khi S đóng và khi S hở là bằng không:

∆

∆+

OFF

iL ILmax IL t

( ONL

)

(

)

11:55 AM

CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC

2. Mạch biến ñổi tăng áp

T δ

max

I D

• Dòng điện trung bình qua diode:

1 2

11   2 T 

 = 

L =∆=max

• Dòng điện Imax:

DTV i L

Ở hoạt động thường trực, sự thay đổi tổng cộng dòng trong cuộn cảm phải bằng không, theo (4) và (5) ta được:

δ =⇒

• Thay Imax vào ID:

1 2

DTV i L

V 0 R

  

 = δ 

2 L RDT

( ∆

)

( ∆+ i

  

V 0 V i

swon

swoff

     

  

−

)4(

)5( ⇒+

• Thay D1 và rút gọn:

) DTV i L

= ) ( δ TVV 0 L

V 0 V

2 RTD 2 L

V 0 V i

  

 − 

  

 − 

−

) ( δ TVV 0

DTV i

1 2

2 RTD L

V 0 V i

   

   

V 0

V i

+ δD δ

  

  

11:55 AM

ỨNG DỤNG

CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC

(cid:1) Là thiết bị cung cấp nguồn một chiều thay đổi được, các tải của bộ biến đổi xung áp một chiều

cũng chính là tải của sơ đồ chỉnh lưu nhưng bộ

biến đổi lại làm việc với nguồn một chiều. Vì vậy,

phạm vi ứng dụng của hai bộ biến đổi thật sự

không trùng nhau. Các ứng dụng của bộ biến đổi

(cid:1) Giới hạn giữa dòng liên tục và không liên tục khi δ =1–D. Điều kiện khác tại giới hạn là khi Imin=0. (cid:1) Khi bộ chuyển đổi tăng thế hoạt động theo kiểu dòng liên tục hay không liên tục tùy thuộc vào sự tổ hợp thông số mạch bao gồm tỉ số định dạng D. Khi D thay đổi với một bộ chuyển đổi tăng thế cho sẵn thay đổi có thể đi vào hay đi ra khỏi kiểu không liên tục.

11:55 AM

xung áp một chiều có thể chia làm hai nhóm: (cid:1) Sử dụng nguồn một chiều áp không đổi (cid:1) Sử dụng nguồn một chiều chỉnh lưu diode từ lưới xoay chiều công nghiệp

ẢNH HƯỞNG LINH KIỆN LÊN DẠNG SÓNG

Sử dụng mạch sửa dạng sóng

Khi linh

kiện không

R1 1k

lý tưởng

L1 1uH

R2 1k

dạng sóng

ra có dạng

C1 1uF

như hình