Slides ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
Chöông 4: Boä bieán ñoåi (BBÑ) aùp moät chieàu
4.1 BBÑ aùp moät chieàu daïng forward taûi RLE:
4.1.1 Khaûo saùt sô ñoà laøm vieäc 1 phaàn tö maët phaúng taûi
4.1.2 Khaûo saùt sô ñoà laøm vieäc 2 vaø 4 phaàn tö maët phaúng taûi
4.1.3 Maïch phaùt xung vaø laùi BBÑ
4.1.4 Maïch loïc ngoû ra
4.2 Khaûo saùt BBÑ aùp moät chieàu daïng Flyback
4.3 Sô ñoà ñieàu khieån BBÑ aùp moät chieàu
4.3.1 PWM
4.3.2 IC laùi ½ caàu
4.3.3 PWM loaïi doøng ñieän
4.4 Maïch caûi thieän HSCS cuûa boä chænh löu diod
4.5 ÖÙng duïng
Ñoïc theâm 6 tieát, baøi taäp 2
2 / 32 ch4 DK ap DC ppt.doc /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
Boä bieán ñoåi (BBÑ) aùp moät chieàu
Coøn ñöôïc goïi laø boä baêm ñieän aùp (hacheur hay chopper).
Daïng aùp ra bao goàm: T: chu kyø
- thôøi gian coù aùp ton - khoaûng nghæ T – ton.
U
on
T
t
t
BBÑ AÙp
Moät chieàu
Vaøo Ra
tt
Nguyeân lyù hoaït ñoäng BBÑA1C
Caùc nguyeân lyù ñieàu khieån:
- Ñieàu cheá ñoä roäng xung (PWM : Pulse – Width – Modulation):
T khoâng ñoåi, thôøi gian ñoùng ñieän ton thay ñoåi
α = ton/T goïi laø ñoä roäng xung töông ñoái.
- Ñieàu cheá taàn soá khi ton khoâng ñoåi, chu kyø T thay ñoåi.
- Ñieàu khieån hoån hôïp, khi caû T vaø ton ñeàu thay ñoåi.
3 / 32 ch4 DK ap DC ppt.doc /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
IV.1 BBÑ AÙP MOÄT CHIEÀU DAÏNG FORWARD TAÛI RLE:
1. Khaùi nieäm veà maët phaúng taûi:
laø taäp hôïp caùc ñieåm laøm vieäc cuûa BBÑ,
hai truïc toïa ñoä laø (Io, Uo),
goàm 4 phaàn tö nhö ôû hình IV.1.1.
phaàn tö
thöù 4
Io >0; Uo<0
phaàn tö
thöù II
Uo >0, Io <0
phaàn tö
thöù I
Uo, Io, >0
phaàn tö
thöù III
Uo, Io <0
U
I
Ví duï: Boä chænh löu diod chæ coù theå laøm vieäc ôû phaàn tö thöù I hay III
U
R
o
D
i
S
L
+
E
_
U
_D2
+
S2
Uo
D1
o
i
S1
ui
S1
+
S4
S3
U
S2
_
o
D3
D4
D1
D2
o
(a)
(b) (c )
Hình IV1.2: Sô ñoà caùc boä bieán ñoåi (a) moät phaàn tö; (b) hai phaàn tö; (c) boán phaàn tö
4 / 32 ch4 DK ap DC ppt.doc /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
2. Khaûo saùt boä bieán ñoåi laøm vieäc moät
phaàn tö maët phaúng taûi:
U
R
o
D
i
S
L
+
E
_
Xeùt chu kyø töïa xaùc laäp:
+ Taïi t = 0, S1 ñoùng. Phöông trình vi phaân moâ taû heä thoáng:
0vôùi ñieàu kieän ñaàu min
,()
o
oo
di
URiL E i I
dt
=+ + =
Giaûi ra :
() ( )
11 1
vôùi
t
oxlxl xl
UE L
it I I I e I
R
R
τ
τ
−
−
=
−− = =
/
min ,
τ : thôøi haèng ñieän töø, Ixl1 : doøng qua maïch khi xaùc laäp ( t Æ ∞ ).
(
)
(
)
τ−
−−== /t
min1xl1xlmaxono on
eIIIIti <IV.1.3>
+ Khi on
tt >, S1 ngaét. Doøng taûi kheùp maïch qua diod phoùng ñieän D2, suy ra:
Trung bình aùp ra: vôùi .,
on on
o
tU t
UU
TT
αα
⋅
== =
Tbình doøng ra o
o
UE
I
R
−
= .
5 / 32 ch4 DK ap DC ppt.doc /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
U
R
o
D
i
S
L
+
E
_
Phöông trình vi phaân moâ taû heä thoáng khi choïn laïi goác thôøi gian:
max
)(, IiELRi o
dt
di
oo=++= 00 ñaàu kieänñieàu vôùi <IV.1.4>
Giaûi ra :
() ( )
R
E
2xl
/t
max2xl2xo IeIIIti −
τ− =−−= vôùi <IV.1.5>
Vaø
() ( )
()
min
/tT
max2xl2xlono IeIIItTi on =−−=− τ−− <IV.1.6>
<IV.1.3> vaø <IV.1.6> => Imax, Imin
(
)
()
(
)
()
11
11
//
max min
//
;
on on
tt
TT
ee
UEUE
II
RRRR
ee
ττ
ττ
−
−
−−
=−=−
−−
6 / 32 ch4 DK ap DC ppt.doc /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
Tính gaàn ñuùng: Khi T << τ , thay caùc ñaïi löôïng töùc thôøi giaù trò trung bình:
()
()
1
ooo
di
LUERIUUU
dt
α
−+ =−= −
. Töø ñoù tích phaân ñeå coù:
(
)()
(
)
11
min max minoonon
UU
itIitI tI
L
L
αα
−−
=+⇒== +
cho iO thay ñoåi theo ñöôøng thaúng, ta coù:
trò trung bình doøng 2
max min
o
I
IUE
IR
α
+
−
==
<IV.1.9>
vaø nhaáp nhoâ doøng
()
1
max min
UT
II I
L
α
α
Δ= − = − <IV.1.10>
giaù trò naøy cöïc ñaïi khi 1
24
luùc ñoù ,UT
IL
α
=Δ=
<IV.1.11>
Töø caùc giaù trò cuûa Imax, Imin chính xaùc, coù theå tính laïi nhaáp nhoâ doøng gaàn ñuùng khi
löu yù: !2
2
1x
xxe +−=
−
1
on on
tt
T
Ue e
II
R
e
τ
τ
τ
−
−
−
−= −
//
max min /
[]
7 / 32 ch4 DK ap DC ppt.doc /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
TRÖÔØNG HÔÏP DOØNG GIAÙN ÑOAÏN:
I
min = Io –
Δ
I/2 > 0: Io <
Δ
I
/2
doøng ñieän seõ giaùn ñoaïn
Keát quaû: iO = 0, uO = E => Uo taêng:
()
1
oonx
UUtTtE
T⎡⎤
=+−
⎣⎦
<IV.1.12>
vôùi
x
t: khoaûng thôøi gian coù doøng
Hình IV.1.4: Daïng soùng vôùi chu kyø giaû ñònh tX
tính tx : aùp duïng <4.7> ñeán <4.10> cho chu kyø giaû ñònh baèng tx vaø Imin = 0:
()
2
1
22 2
xon onon
ox x x
xon
UE Ut t URt LE
I
IRL tURtLU
ααα
−+
Δ
===−⇒==
+ vaø
hay 2
2
on
xon
on
URt LU
tt
URt LE
+
=+ <IV.1.13>.
Ñieàu kieän ñeå doøng giaùn ñoaïn: chu kyø x
t
T
≥
8 / 32 ch4 DK ap DC ppt.doc /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
Ví duï 4.1: a. Tính caùc thoâng soá vaø veõ daïng doøng aùp treân taûi cuûa BBÑ aùp laøm
vieäc1/4 mp taûi. U = 100 V, T = 100 microgiaây, tON = 30 microgiaây, R = 5 ohm,L = 0.01
henry, E = 20V
Giaû söû doøng lieân tuïc: α = 30/100 = 0.3, suy ra:
ΔI = (100*30*10-6*(1-0.3))/(1*10-3)= 0.21A
Uo = 100.(30/100)= 30 volt; Io = (30 – 20)/5 = 2 A.
Imax = Io + ΔI/2 = 2.105 A.
Imin = Io – ΔI/2 = 1.895 A > 0 , giaû thuyeát doøng lieân tuïc laø ñuùng.
- Kieåm tra laïi baèng coâng thöùc chính xaùc.
- Kieåm tra caùc thôøi haèng: T = 100 E-6 <<
τ
= 0.002 giaây phuø hôp vôùi giaû thuyeát.
b. Tính giaù trò E ñeå doøng trôû neân giaùn ñoaïn.
xaûy ra khi Imin = 0 vaø Io =
Δ
I/2 = 0.105 A.
<IV.1.9> cho ta : E =
α
U – R.Io = 30 – 5*0.105 = 29.475 volt.
Kieåm tra laïi, theá giaù trò E naøy vaøo <IV.1.13>, tx = 100 micro giaây = T. Vaäy khi E >
29.475 volt thì tx < 100 micro giaây vaø doøng baét ñaàu giaùn ñoaïn.
9 / 32 ch4 DK ap DC ppt.doc /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
3. Khaûo saùt boä bieán ñoåi laøm vieäc hai phaàn tö maët phaúng taûi I vaø II:
U
_D2
+
S2
Uo
D1
o
i
S1
Khi io ñaõo chieàu ñöôïc, khoâng coù cheá
ñoä doøng giaùn ñoaïn.
Caùc coâng thöùc nhö cuõ:
Hình IV.1.6: Caùc tröôøng hôïp doøng ñieän
cuûa BBÑ laøm vieäc nhieàu hôn ¼ maët
phaúng taûi
on
o
tU
UU
T
α
⋅
==. o
o
UE
I
R
−
=
()
1
UT
I
L
α
α
Δ= −
io >> 0 : S1, D2 daãn ñieän
io << 0 : S2, D1 daãn ñieän
io quanh zero: caû 4 ngaét ñieän ñeàu laøm vieäc
10 / 32 ch4 DK ap DC ppt.doc /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
Ví duï 4.2: Khaûo saùt BBÑ aùp moät chieàu hình IV.1.2 (b) voùi nguoàn U = 100 volt, söùc
ñieän ñoäng taûi E = 40 volt, R = 5 ohm, L = 1 mH, T = 100 micro giaây. Veõ daïng doøng ra
trong caùc tröôøng hôïp ñoä roäng xung töông ñoái
α
laàn löôït laø 0.5; 0.3; 0.2.
Ví duï 4.2: Sô ñoà BBÑ bao goàm D1 vaø S2
(hình IV.1.7 duøng ñeå chuyeån naêng löôïng töø taûi E
veà nguoàn moät chieàu U coù ñieän aùp cao hôn noù coøn
goïi laø BBÑ taêng aùp (tröôøng hôïp (c ) cuûa hình
II.1.6).
4. Khaûo saùt boä bieán ñoåi laøm vieäc boán
phaàn tö maët phaúng taûi:
Hình IV.1.7: BBÑ taêng aùp
ui
S1
+
S4
S3
U
S2
_
o
D3
D4
D1
D2
o