Biến đổi DC: Bài giảng Điện tử công suất Chương 3 (P4)

BIẾN ðỔI ðỘ RỘNG XUNG

CHƯƠNG 3: BIẾN ĐỔI DC

o BIẾN ðỔI ðỘ RÔNG XUNG (PWM)

(cid:1) Trong bộ chuyển đổi DC – DC, điện thế ra

1. Phương pháp PWM thông dụng

tùy thuộc vào điện thế vào và chu kỳ định

dạng D. (cid:1) Ngõ ra bộ cấp điện được ổn định bằng

cách điều chế chu kỳ định dạng để bổ chính

2. Mạch PWM cho bộ chuyển ñổi hạ thế 3. Mạch PWM cho bộ chuyển ñổi tăng thế 4. Mạch PWM cho bộ chuyển ñổi tăng - hạ thế o CÁC DẠNG MẠCH BIẾN ðỔI ðỘ RỘNG XUNG o ỨNG DỤNG

cho sự thay đổi trong ngõ vào và tải.

BIẾN ðỔI ðỘ RỘNG XUNG

1. Phương pháp PWM thông dụng

Hệ thống điều khiển hồi tiếp điều

PWM

vin Vout

khiển cho bộ cấp điện so sánh điện thế

ra với điện thế tham chiếu và chuyển

PWM

t t a. Tín hiệu vào nhỏ sẽ tạo ra tín hiệu là chuỗi xung hẹp vin Vout

đổi sai số thành tỉ số định dạng D.

Phương pháp này được gọi là phương

PWM

t t b. Tín hiệu vào lớn sẽ tạo ra tín hiệu là chuỗi xung rộng vin Vout

pháp điều chế độ rộng xung.

t t c. Tín hiệu vào sóng tam giác sẽ tạo ra tín hiệu có độ rộng xung tăng dần

BIẾN ðỔI ðỘ RỘNG XUNG

2. Mạch PWM cho bộ chuyển ñổi hạ thế

1. Phương pháp PWM thông dụng

• Nguyên lý cơ bản

• Trị trung bình của PWM

Chuyển mạch Lọc và tải

Vo Driver Vs v VHI v VHI Vdc

• Bậc giao hoán gồm cả diode và mạch điều khiển. • Mạch lọc ngõ ra. • Mạch khuếch đại sai số.

• Mạch điều chế độ rộng xung chuyển đổi tín hiệu ra mạch khuếch đại sai số bổ chính để tạo ra tỉ số định dạng D điều khiển bậc giao hoán.

Vdc PWM t t Vref THI THI T T

BIẾN ðỔI ðỘ RỘNG XUNG

2. Mạch PWM cho bộ chuyển ñổi hạ thế • Nguyên lý hoạt động

Vout

Vin

Thay ñổi ñộ rộng

L Q1 Vout Vin R2 C D1 R1 V V Thay ñổi ñộ rộng RL R3 D2

Vout tăng

Vout giảm

Khi V0 tăng, điện thế hồi tiếp VF tăng, Vc giảm, xung ra có độ rộng ton hẹp lại, Q1 dẫn ít lại, điện thế ra giảm lại để cân bằng với V0 tăng trước đó.

Khi V0 giảm, điện thế hồi tiếp VF giảm, Vc tăng, xung ra có độ rộng ton rộng hơn, Q1 dẫn lâu hơn, điện thế ra V0 tăng lên để cân bằng với V0 giảm trước đó

BIẾN ðỔI ðỘ RỘNG XUNG

3. Mạch PWM cho bộ chuyển ñổi tăng thế • Nguyên lý hoạt động

Khi Q1 ON (trạng thái OFF sang ON)

Khi Q1 OFF (từ trạng thái ON sang OFF) D1

VIN – VCE(sat) 0 L 0 Vout D1 L Vin Vout C R2 Vin ton toff C R2 R1 Tụ C nạp Q1 Thay ñổi ñộ rộng R1 Q1 Thay ñổi ñộ rộng Tụ C không nạp RL R3 RL R3 D2 D2

BIẾN ðỔI ðỘ RỘNG XUNG

3. Mạch PWM cho bộ chuyển ñổi tăng thế • Nguyên lý hoạt động

Khi tăng TON

Khi giảm TON

Khi V0 giảm, VF giảm, Vc giảm, ton giảm, Q1 ngưng, tụ nạp, V0 tăng lại.

Khi V0 tăng, VF tăng, Vc tăng, ton tăng, Q1 dẫn lâu hơn, tụ xả, V0 giảm lại.

D1 D1 V L V L Vin Vin Vout Vout C R2 C R2 R1 R1 V Q1 V Thay ñổi ñộ rộng Q1 Thay đổi độ rộng

VF R3

RL RL R3 D2 D2

BIẾN ðỔI ðỘ RỘNG XUNG

4. Mạch PWM cho bộ chuyển ñổi

tăng- hạ thế

• Nguyên lý hoạt động

• Nguyên lý hoạt động Q1 D1

-Vout

Vin

Thay ñổi ñộ rộng

Vin C VL VIN – VCE(sat) R2 R1 Thay ñổi ñộ rộng 0

Khi Q1 dẫn D1 bị phân cực ngược

R3 RL D2

BIẾN ðỔI ðỘ RỘNG XUNG

4. Mạch PWM cho bộ chuyển ñổi

tăng- hạ thế

• Nguyên lý hoạt động

• Nguyên lý hoạt động Q1

Khi giảm VO Vout

Q1 D1 D1 -Vout Vin Vin C C VL R2 VL TON R2 R1 R1 Thay ñổi ñộ rộng V Thay ñổi ñộ rộng 0 V

Khi – V0 giảm, - VF giảm, VF’- giảm, Vc giảm, Q1 ngưng, D1 dẫn, tụ xả qua cuộn C nạp, làm – V-0 tăng lại.

Khi Q1 ngưng dẫn D1 phân cực thuận

R3 RL D2 Vout giảm R3 RL D2

BIẾN ðỔI ðỘ RỘNG XUNG

CÁC DẠNG MẠCH PWM

4. Mạch PWM cho bộ chuyển ñổi

1. Mạch PWM với ñiện thế tham

tăng- hạ thế

chiếu là sóng tam giác

Khi tăng VO

• Nguyên lý hoạt động

• Nguyên lý cơ bản

Mạch tích phân

Mạch phát sóng vuông

ðiện áp chuẩn thay ñổi

Cực nền

Driver

Schmitt trigger

Q1 D1 Vout Vin C R2 VL TON R1 Thay ñổi ñộ rộng V V

transistor

Mạch Kð vi sai

ðiện áp tham chiếu

Mạch Kð cộng

Khi –V0 tăng, - VF tăng, VF’ tăng, Vc tăng, ton tăng Q1 dẫn lâu hơn, D1 ngưng lâu hơn, C xả nhẹ qua tải, V0 giảm lại để cân bằng với V0 tăng.

R3 RL D2 Vout tăng

CÁC DẠNG MẠCH PWM

1. Mạch PWM với ñiện thế tham

chiếu là sóng tam giác

2. Mạch PWM sử dụng mạch chuyển ñổi tương tự - số

• Dạng sóng ra

• Nguyên lý cơ bản

Tải

A/D PWM

Q1 L ðiểm Z của mạch Schmitt trigger C ðiện áp vào dc R1 t t T

Tín hiệu chuẩn tuyến tính Ngõ ra của mạch Schmitt trigger theo 3 kiểu so sánh mức dc t R2

ðiện thế tham chiếu 0 T 2T

CÁC DẠNG MẠCH PWM

3. Mạch PWM ñiều khiển nhiều

2. Mạch PWM sử dụng mạch chuyển ñổi tương tự - số

bậc tuần tự

• Nguyên lý hoạt động

• Nguyên lý cơ bản

Mạch được trình bày ở hình vẽ. Điện thế ngõ ra

mạch khuếch đại sai số (khuếch sai) cho vào mạch

Tải

AC/DC. Ngõ vào khác của mạch AC/DC là tín hiệu

thời chuẩn tuyến tính (sóng răng cưa dốc thẳng).

Ngõ ra mạch AC/DC là những xung có độ rộng

thay đổi theo điện thế hồi tiếp. Đây là dạng mạch

Máy phát sóng vuông

ðiện áp tham chiếu

được sử dụng trong các IC điều khiển PWM.

PWM

CÁC DẠNG MẠCH PWM

3. Mạch PWM ñiều khiển nhiều

4. Mạch PWM chuyển ñổi ñiện

bậc tuần tự • Dạng sóng ra

thế tần số (VFC) • Nguyên lý cơ bản

Vac

Off

Tải

Off

ðiện áp tham chiếu

VCO

ỨNG DỤNG

CÁC DẠNG MẠCH PWM

4. Mạch PWM chuyển ñổi ñiện

thế tần số (VFC)

1. Các bộ nguồn một chiều – cấp ñiện hay ổn áp xung :

• Dạng sóng ra

Chỉnh lưu

Lọc tần số cao

Lọc 50Hz

BBXA 1chiều

Lưới nguồn

Tải

Máy BA 50Hz

Phản hồi

Điều khiển

On Off t

Sử dụng bộ biến ñổi áp một chiều thay cho mạch ổn áp tuyến tính:

ỨNG DỤNG

(cid:1) Hình trên cho ta sơ đồ khối bộ cấp điện một

1. Các bộ nguồn một chiều – cấp ñiện hay ổn áp xung:

chiều, trong đó bộ biến đổi xung điện áp một

Lọc 50Hz

BBXA 1chiều

Chỉnh lưu

Lọc tần số cao

Lưới nguồn

chiều được sử dụng thay cho mạch ổn áp tuyến

Tải

tính. Hiệu suất của mạch tăng vì phần tử công

Máy BA tần số cao

suất làm việc trong chế độ đóng ngắt thay cho

Off On t

Phản hồi

chế độ khuếch đại. Hệ thống loại này thường gặp

trong các thiết bị sản xuất cách đây lâu, khi linh

Bôfcấpñiệnmộtchiềusửdụngbiếnáp tầnsốcao:

kiện bán dẫn đóng ngắt ở áp cao chưa phổ biến.

Điều khiển Điều khiển Cách ly

ỨNG DỤNG

(cid:1) Hình trên mô tả bộ cấp điện một chiều tần số

cao, hiệu quả kinh tế của cấp điện đóng ngắt thực

sự rõ ràng khi sử dụng các bộ biến đổi xung ở

phía áp lưới điện thế cao. Biến áp cách ly lưới – tải

làm việc ở tần số cao có kích thước, trọng lượng

bé và giá thành hạ làm thay đổi hẳn bộ mặt thiết

bị. Bộ biến đổi xung áp một chiều có hai dạng: Bộ

biến đổi kiểu flyback và bộ điều rộng xung.

2. ðiều khiển ñộng cơ bước : Động cơ bước thường dùng làm phần tử chấp hành trong các hệ thống tự động, có rotor chuyển động từng góc xác định (gọi là bước) khi các cuộn dây được cung cấp một xung dòng điện, và được giữ ở vị trí mới cho đến xung kế tiếp. Nhờ đó, nó là phần tử lý tưởng cho các hệ thống điều khiển vị trí với các ưu điểm: trực tiếp điều khiển vị trí – không thông qua tốc độ, chỉ cần điều khiển vòng hở và dùng kỹ thuật số. Nhược điểm lớn nhất là chỉ có thể chế tạo được loại công suất bé.