Phương pháp nghiên cứu tính toán và thiết kế bộ nguồn áp xung trong bộ điều khiển đo dãy cao áp

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

Chöông I:

GIÔÙI THIEÄU CHUNG VEÀ OÅN AÙP DC

I. LYÙ THUYEÁT CÔ BAÛN VEÀ OÅN AÙP

- Chöùc naêng cuûa moïi oån aùp DC vaø bieán ñoåi ñieän aùp vaøo DC ( moät chieàu) thaønh ñieän aùp ra DC xaùc ñònh , oån ñònh vaø duy trì ñieän aùp ñoù khoâng ñoåi treân moät taàm roäng cuûa caùc ñieàu kieän ñieän aùp vaøo vaø doøng taûi. Ñeå thöïc hieän vieäc naøy, moät oån aùp thöôøng goàm coù.

1. “Phaàn töû chuaån” ñeå cung caáp moät möùc ñieän aùp ra oån ñònh bieát tröôùc

(VREF).

2. “Phaàn töû laáy maãu” ñeå laáy maãu ñieän aùp ra.

3. “Phaàn töû khueách ñaïi sai bieät” ñeå so saùnh maãu ñieän aùp chuaån vaø taïo ra

tín hieäu sai bieät.

4. “Phaàn töû ñieàu khieån” ñeå bieán ñoåi ñieän aùp ra thaønh ñieän aùp ra mong muoán khi ñieàu kieän taûi thay ñoåi vaø ñöôïc ñieàu khieån baèng tín hieäu sai bieät.

Ñieän aùp vaøo

Ñieän aùp ra oån ñònh

Phaàn töû ñieàu khieån

Phaàn töû chuaån

REF

Khueách ñaïi sai bieät

Phaàn töû laáy maåu

- Maëc duø maïch thaät söï coù söï thay ñoåi, nhöng coù 3 kieåu oån aùp cô baûn laø: OÅn aùp noái tieáp, song song (shunt) vaø xung (coøn goïi laø giao hoaùn hay ngaén ñoaïn). Nhöng 4 thaønh cô baûn ôû ñieàu coù ôû caû 3 kieåu oån aùp ñoù.

Hình 1.1 Sô ñoà khoái cuûa moät nguoàn oån aùp cô baûn

II.CAÙC THAØNH PHAÀN CUÛA OÅN AÙP

1. Phaàn töû chuaån.

Trang 1

-Phaàn töû chuaån laø neàn taûn cuûa taát caû caùc oån aùp vaø ñieän aùp ra ñöôïc ñieàu khieån tröïc tieáp baèng ñieän aùp chuaån VREF. Nhöõng bieán ñoåi cuûa ñieän aùp chuaån

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

qua khueách ñaïi sai bieät seõ laøm cho ñieän aùp ra thay ñoåi theo. Ñeå coù ñöôïc söï oån ñònh nhö yeâu caàu, phaàn töû chuaån phaûi oån ñònh, ñoái vôùi moïi bieán ñoåi cuûa ñieän aùp nguoàn vaø caùc nhieät ñoä tieáp xuùc coù nhieàu kyõ thuaät phoå bieán coù theå duøng giaûi quyeát caùc baøi toaùn thieát keá duøng IC oån aùp.

2. Phaàn töû laáy maãu.

-Phaàn töû laáy maãu giaùm saùt ñieän aùp ra vaø ñoåi noù thaønh moät möùc ñieän aùp baèng ñieän aùp chuaån khi ñieän aùp ra ñuùng. Khi noù coù söï thay ñoåi ñieän aùp laøm cho ñieän aùp cho ñieän aùp hoài tieáp lôùn hôn hay nhoû hôn ñieän aùp chuaån. Hieäu soá ñieän aùp cuûa ñieän aùp chuaån vaø ñieän aùp laáy maãu duøng ñeå ñieàu khieån oån aùp laøm cho noù coù ñaùp öùng thích hôïp vaø ñuùng vôùi yeâu caàu.

3. Khueách ñaïi sai bieät.

-Khueách ñaïi sai bieät cuûa oån aùp duøng ñeå so saùnh ñieän aùp hoài tieáp vôùi ñieän aùp chuaån. Noù cuõng khueách ñaïi möùc sai bieät ñeå laùi maïch ñieàu khieån ñeå ñöa ñieän aùp ra veà möùc ñaët tröôùc.

4. Phaàn töû ñieàu khieån.

a. Noái tieáp:

Vo=Vs -IL.Rs

b. Song song:

R Vo =VI-(IL+Is).Rs

Ton

c. Xung:

+Ton

Toff

Vo =Vs

Caáu hình cuûa phaàn töû ñieàu khieån

Trang 2

 Taát caû caùc phaàn töû ñaõ giôùi thieäu ôû treân haàu nhö khoâng ñoåi ñoái vôùi caùc maïch oån aùp. Traùi laïi thì phaàn töû ñieàu khieån thay ñoåi theo oån aùp seõ thieát keá.

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

-Ngöôøi ta döïa vaøo phaàn töû naøy ñeå phaân loaïi oån aùp noái tieáp, song song

hay oån aùp xung(switching).

II. PHAÂN LOAÏI OÅN AÙP.

1. OÅn aùp noái tieáp

 OÅn aùp noái tieáp coù teân laø “noái tieáp” laø döïa vaøo phaàn töû ñieàu khieån, ôû oån aùp naøy phaàn töû ñieàu khieån maéc noái tieáp vôùi taûi. Phaàn töû ñieàu khieån thöôøng laø moät transistor vaø noù coù chöùc naêng nhö moät ñieän trôû thay ñoåi ñöôïc(Rs). Tích soá cuûa Rs vaø doøng taûi IL laøm cho sai bieät ñieän aùp vaøo ra(Vi-Vo) thay ñoåi vaø ñieän aùp naøy boå chính cho ñieän aùp vaøo vaø doøng taûi thay ñoåi.

Vref

 OÅn aùp noái tieáp cô baûn ñöôïc minh hoïa nhö hình veõ sau:

Vo =Vref(1+R1/R2)

Vôùi :Vref laø ñieän aùp chuaån

 Baát lôïi cô baûn cuûa oån aùp noái tieáp laø: Coâng suaát tieâu thuï cuûa noù phuï thuoäc vaøo doøng taûi vaø sai bieät ñieän aùp vaøo ra. Coâng suaát tieâu thuï seõ trôû neân ñaùng keå khi doøng taûi taêng hay hieäu soá ñieän aùp vaøo ra taêng.

2. OÅn aùp song song.

 OÅn aùp song song duøng linh kieän tích cöïc maéc song song vôùi taûi vaø ñieàu khieån doøng dieän qua noù ñeå buø caùc bieán ñoäng cuûa caùc ñieän aùp vaøo hay caùc ñieàu kieän taûi thay ñoåi.

Trang 3

 OÅn aùp song song cô baûn döôïc minh hoïa nhö hình veõ sau:

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

Vôùi -Vref: ñieän aùp chuaån

-IL: doøng taûi

-Ishunt: doøng qua phaàn töû ñieàu khieån

-Khi doøng IL taêng, Ishunt giaûm ñeå ñieàu chænh suït aùp qua Rs. Theo caùch

naøy thì Vo giöõ khoâng ñoåi.

-Vo=VI-Is.Rs

-Vôùi Is=IL+Ishunt

-Vo=VI-Rs(IL+Ishunt)

 Rshunt: bieåu dieãn ñieän trôû töông ñöông cuûa phaàn töû ñieàu khieån.

*Öu nhöôïc ñieåm:

-Maëc duø oån aùp naøy thoâng thöôøng ít höõu hieäu hôn oån aùp noái tieáp hay oån aùp xung, nhöng ñoái vôùi moät soá öùng duïng noù laïi coù lôïi. OÅn aùp song song ít nhaïy vôùi nhöõng bieán ñoåi töùc thôøi cuûa ñieän aùp vaøo, noù khoâng phaûn aùnh nhöõng bieán ñoåi nhaát thôøi cuûa doøng taûi trôû veà nguoàn.

3.Caùc vi maïch oån aùp DC tuyeán tính.

-Caùc vi maïch oån aùp DC tuyeán tính ñöôïc söû duïng raát roäng raûi do nhöõng öu ñieåm cuûa noù nhö :Tích hôïp toaøn boä linh kieän trong moät voû kích thöôùc beù, khoâng caàn söû duïng hoaëc chæ söû duïng theâm moät vaøi linh kieän ngoaøi ñeå taïo maïch hoaøn chænh, maïch baûo veä quaù doøng, quaù nhieät coù saún beân trong vi maïch … Moät trong nhöõng loïai vi maïch oån aùp DC tuyeán tính thoâng duïng laø hoï vi maïch 78xx ( oån aùp döông) vaø oån aùp 79xx(oån aùp aâm) coù ba chaân. Tuøy theo hình daïng voû, caùc vi maïch oån aùp ba chaân coù theå cung caáp doøng töø 100mA ñeán 1A vaø cho ñieän aùp ra coá ñònh ôû nhieàu giaù trò khaùc nhau töông öùng vôùi maõ soá:

o V

78XX (79XX)

-Daïng maïch ñieän duøng vi maïch oån aùp ba chaân.

-Trong ñoù Ci ñöôïc theâm vaøo khi vi maïch ñaët xa nguoàn chænh löu vaø loïc

ñeå oån ñònh ñieän aùp ngoõ vaøo; Co ñeå loïc nhieãu cao taàn.

-Tuy nhieân ñeå vi maïch hoaït ñoäng toát thì ñieän aùp ngoõ vaøo toái thieåu phaûi cao

Trang 4

hôn ñieän aùp ngoõ ra 2V. Ñaây laø moät giôùi haïn cuûa vi maïch oån aùp tuyeán tính

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

4.Nguoàn oån aùp xung

Coâng taéc (transistor)

Maïch loïc ( LC )

Taûi

So saùnh

KÑ sai leäch

Vref

-Sô ñoà minh hoïa nguyeân lyù hoïat ñoäng cuûa nguoàn oån aùp xung.

-Khi coâng taéc hôû, naêng löôïng tích tröõ ban ñaàu trong maïch loïc ñöôïc caáp cho taûi.Khi ñieän aùp treân taûi giaûm daàn ñeán luùc ngoõ ra maïch so saùng ñoåi traïng thaùi, coâng taéc ñoùng laïi. Doøng ñieän töø nguoàn vaøo Vs cung caáp naêng löôïng cho taûi vaø tích tröõ trong maïch loïc. Do ñoù VL taêng, laøm ngoõ ra maïch so saùnh ñaûo traïng thaùi ñeå môû coâng taéc. Töông töï khi doøng taûi taêng, maïch so saùnh seõ ñieàu khieån coâng taéc trong thôøi gian laâu hôn so vôùi thôùi gian môû coâng taéc ñeå duy trì ñieän aùp ra oån ñònh; ngöôïc laïi, thôøi gian coâng taéc môû seõ laâu hôn thôøi gian ñoùng khi doøng taûi beù.

-Phaàn töû ñieàu khieån (transistor) noái tieáp laùi doøng trong nguoàn oån aùp xung hoaït ñoäng ôû cheá ñoä ñoùng ngaét neân coâng suaát tieâu taùn raát beù so vôùi transistor laùi doøng ôû nguoàn oån aùp tuyeán tính phaûi daãõn ñieän lieân tuïc, nhaát laø khi ñieän aùp vaøo lôùn hôn ñieän aùp ra. Do ñoù hieäu suaát cuûa nguoàn oån aùp xung (khoaûng 85%) cao hôn hieäu suaát cuûa nguoàn oån aùp tuyeán tính. Vieäc chon transistor laùi doøng vaø toûa nhieät cho noù ñoái vôùi nguoàn oån aùp xung seõ ñôn giaûn hôn nhieàu so vôùi nguoàn oån aùp tuyeán tính, vôùi cuøng möùc coâng suaát ra taûi

-Trong thöïc teá, coâng taéc transistor ñöôïc ñieàu khieån baèng moät nguoàn dao

Ton T

ñoäng taàn soá coá ñònh, coù chu kyø nhieäm vuï D= ñöôïc ñieàu bieán bôûi ñieän aùp

ngoõ ra maïch so saùnh. Taàn soá ñoùng môû coá ñònh cuûa coâng taéc transistor cho pheùp toái öu hoùa caùc thaønh phaàn loïc, giaûm ñöôïc ñoä gôïn soùng ngoõ ra. Taàn soá dao ñoäng coù theå töø vaøi Khz ñeán vaøi chuïc Khz, tuøy theo ñaùp öùng cuûa transistor laùi.

Trang 5

-Ngaøy nay, ta coù nhöõng loaïi MOS vaø BJT coâng suaát lôùn coù ñaùp öùng cao hôn 500Khz, neân coù theå taêng taàn soá dao ñoâng cao hôn ñeå giaûm ñöôïc kích thöôùc maïch loïc ngoõ ra.

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

Taûi

Khoùa BJT

Maïch chænh löu vaø loïc

Maïch loïc ( LC )

KÑ sai leäch

Taïo soùng raêng cöa

Ñieän aùp chuaån

Vosc

Ton

-Sô ñoà khoái minh hoïa cuûa moät nguoàn oån aùp xung ñieàu khieån baèng taàn

soá coá ñònh.

-Khoái so saùnh va økhueách ñieän aùp sai leäch thöïc hieän vieäc so saùnh ñieän aùp ra Vo vôùi ñieän aùp chuaån Vref taïo ra tín hieäu Ve. Tín hieäu naøy cuøng vôùi ñieän aùp hình raêng cöa Vosc do boä taïo soùng taïo ra (coù fo=1/T) ñöôïc so saùnh vôùi nhau trong khoái ñieàu khieån ñoä roäng xung taïo ra chuoåi Ve duøng ñeå ñieàu khieån söï ñoùng môû cuûa khoùa transistor.

-Khi Vosc >Ve, tín hieäu ôû möùc cao(Ton).

-Khi Vosc

T=Ton+Toff

T: chu kyø ñoùng ngaét

Ton: thôøi gian ñoùng

Toff: thôøi gian ngaét.

Trang 6

-Nhö vaäy khi ñieän aùp Vo coù khuynh höôùng taêng hoaëc doøng taûi beù, ñieän aùp Ve taêng, thì Ton giaûm. Do ñoù, khoùa transistor seõ taét trong thôøi gian daøi hôn, khieán Vo giaûm xuoáng.

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

-Khi Vo giaûm hoaëc doøng taûi taêng, Ve giaûm thì Ton taêng.

Trang 7

 Keát luaän: Töø nhöõng öu ñieåm ñaõ phaân tích ôû treân cuûa oån aùp xung, neân ta choïn kieåu oån aùp xung ñeå thieát keá maïch oån aùp 5V/10A; -15V/3A;+15V/3A vôùi muïc ñích laø seõ lôïi duïng ñöôïc nhöõng öu ñieåm ñoù.

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

Chöông II:

NGUOÀN OÅN AÙP XUNG

A. LINH KIEÄN ÑOÙNG NGAÉT

-OÅn aùp xung thöôøng ñöôïc söû duïng hai linh kieän baùn daãn ñoùng ngaét

thoâng thöôøng nhö: thyristor (SCR), transistro coâng suaát hay transistor tröôøng.

I. Ñoùng ngaét baèng SCR

-Söï baát lôò khi duøng linh kieän ñoùng môû baèng SCR laø chuùng ta ñieàu khieån caû hai quaù trình kích khôûi vaø ngaét cuûa SCR. Vì vaäy laøm phöùc taïp theâm trong quaù trình ñieàu khieån vaø haïn cheá vieäc naâng cao taàn soá.

-Theo nguyeân lyù SCR seõ töï duy trì traïng thaùi daãn ñieän sau khi ñöôïc kích. Muoán SCR ñang ôû traïng thaùi daãn chuyeån sang traïng thaùi taét thì phaûi cho IG=0 vaø ñieän theá VAK=0v. ñeå SCR coù theå taét ñöôïc thì thôøi gian VAK=0 ñuû daøi. Vaäy phaûi coù theâm thôøi gian taét SCR.

-Ñeå SCR daãn ñieän trong tröôøng hôïp ñieän theá VAK thaáp thì phaûi coù doøng ñieän kích cöïc G cuûa SCR. Doøng IG min laø trò soá doøng kích nhoû nhaát ñuû ñeå ñieàu khieån SCR daãn vaø IG min coù trò soá lôùn hay nhoû tuøy thuoäc coâng suaát cuûa SCR. Neáu SCR caøng lôùn thì IG min caøng lôùn.

-Vôùi:

-toff =tIt = 0 +toff SCR

-tIt=0: thôøi gian doøng giaûm xuoáng 0

-toff SCR: thôøi gian taét SCR.

-toff: thôøi gian töø luùc taùc ñoäng ñeán SCR taét

*Caùc phöông phaùp ngaét:

a. Ngaét nguoàn ñieän aùp VAK ra khoûi SCR (caùch naøy thöôøng khoâng ñöôïc söû

duïngvì phaûi toán hao naêng löôïng ngaét, toác ñoä laøm vieäc chaäm)

b. Giaûm doøng qua SCR xuoáng döôùi giaù trò doøng duy trì IH (phöông phaùp

ñaûo löu eùp)

c. Ñaûo cöïc tính ñieän aùp caáp cho AK.

ÑOÙNG NGAÉT BAÈNG TRANSISTOR.

II.

-Coù nhieàu loïai BJT treân thò tröôøng töø nhöõng BJT Ge,Si, ñeán BJT

Trang 8

darlington raát toát, chuùng thöôøng laøm moät soá coâng vieäc nhaát ñònh

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

-Khi choïn löïa chuùng ta phaûi chuù yù ñeán cheá ñoä hoïat ñoäng cuûa chuùng nhö: Ñòeân aùp cao, taàn soá giao hoaùn cao, doøng ñieän cao. Ngoaøi ra coøn phaûi chuù yù veà giaù thaønh cuûa chuùng.

-Ñeå ñoùng ngaét caùc maïch ñieän töû ngöôøi ta duøng caùc khoùa ñieän töû. Caùc khoùa

naøy coù hai traïng thaùi phaân bieät.

-Traïng thaùi ñoùng (traïng thaùi daãn baõo hoøa)

-Traïng thaùi ngaét (traïng thaùi taét).

Vieäc chuyeån ñoåi traïng thaùi naøy sang traïng thaùi kia laø do taùc ñoäng cuûa hai tín hieäu ñieàu khieån ôû ngoõ vaøo, ñoàng thôøi quaù trình chuyeån traïng thaùi ñöôïc thöïc hieän vôí moät taàn soá nhaát ñònh.

-Ñaëc tính laøm vieäc cuûa transistor ôû cheá ñoä ñoùng ngaét.

Mieàn baõo hoøa I, mieàn caét II.

-Ñeå ñaûm baûo cho BJT naèm ôû traïng thaùi taét thì VBE

Trang 9

-Vγ: ñieän aùp môû

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

-Ic=ICBO coù giaù trò raát beù

-IE =0 taïi ñieåm B

-Taïi ñieåm B ñieän aùpUCE=0 neân coâng suaát tieâu hao P=Ic.UCE cuõng raát

nhoû.Taïi A Ic=0 neân Pc coâng suaát beù.

-Khi dieåm laøm vieäc di chuyeån töø A ñieán B vaø ngöôïc laïi,treân ñöôøng taûi,trong vuøng tích cöïc III,taát nhieân cuõng tieâu hao coâng suaát.song thôøi gian chuyeån dich raát ngaén .

*Ñieàu kieän ñeå transistor tieán saâu vaøo traïng thaùi baõo hoøa

.IB > Ic

*Xung nhoïn töùc thôøi Ibtrong khoaûng thôøi gian ñoùng ngaét caàn keùo daøi töø

Transistor Transistor daãn

ngaét

Xung nhoïn I

Bmin

Doøng ñænh ngöôïc I

2% ñeán 3% thôøi gian daãn.

-Khi choïn transistor laøm vieäc ôû taàng coâng suaát khoùa ñoùng môû, ta chuù yù

caùc ñaëc tính sau :Ñieän aùp ngöôïc 100 ñeán 1500V ,doøng ñieän thuaän ,thôøi gian chuyeån maïch. (taàn soá chuyeån maïch).

-Khoùa ñoùng môû coù theå duøng maïch gheùp 2 transistor nhö maïch gheùp

Dalington hay transistor MOS.

*Keát luaän:

-Boä nguoàn switching duøng tansistor coâng suaát taàn soá cao laøm phaàn töû

Trang 10

ñoùng ngaét ngöôøi ta hay duøng nhaát.Bôûi vì noù deã tìm treân thò tröôøng ,ñaùp öùng taàn soá cao , giaù thaønh khoâng cao.Vaäy trong phaàn thieát keá ta choïn linh kieän ñoùng ngaét baèng transistor .

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

III. CAÙC PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU CHÆNH

-Nhö ñaõ khaûo saùt ôû treân ,oån aùp xung duøng phaàn töû ñieàu chænh ñieän aùp ra, neân trong luùc ñieàu chænh linh kieän seõ daãn baõo hoøa hay taét doøng vaø aùp qua noù phuï thuoäc taûi .

-Nhö vaäy chuùng ta chæ coù theå ñieàu khieån 2 thoâng soá ñoù laø taàn soá vaø ñoä

roäng xung .

-Thay ñoåi ñoä roäng xung, taàn soá coá ñònh.

-Thay ñoåi taàn soá, ñoä roäng xung coá ñònh.

-Thay ñoåi caû taàn soá vaø ñoä roäng xung.

1.Boä oån aùp switching thay ñoåi ñoä roäng xung, taàn soá coá ñònh.

(Phaàn naøy ñaõ ñöôïc giôùi thieäu ôû chöông I ,muïc III.4.)

2.Boä oån aùp switching coù ñoä roäng xung khoâng ñoåi, taàn soá xung thay

ñoåi.

-Thay ñoåi taàn soá naøy tuøy theo ñieän aùp nguoàn vaø doøng ñieän qua taûi, ñeå giaûm bôùt nhöõng toån thaát qua transistor vaø trong bieán aùp thì taàn soá naøy khoâng ñöôïc döôùi vaøi Khz.Maïch ñieän naøy ñôn giaûn nhöng khoù loïc döôïc caùc gôïn soùng ñaàu ra. Vì vaäy trong thöïc teá ít duøng.

Trong ñoù :

-VC0:dao ñoäng ñöôïc ñieàu khieån baèng ñieän aùp

-Ñôn oån:Khi coù xung ñieàu khieå maïch ñôn oån cho ra moät xung coù ñoä

roäng xung coá ñònh roài trôû veà traïng thaùi ban ñaàu.

Trang 11

-Taàn soá xung cuûa maïch ñôn oån ñöôïc thay ñoåi do xung kích töø VCO. Thôøi gian daãn cuûa transistor ñöôïc xaùc ñònh baèng thôøi haèng cuûa maïch ñôn oån vaø ñöôïc giöõ coá ñònh.ñaây laø loaïi maïch cho pheùp ñieàu chænh ñoäc laäp taàn soá xung ñoái vôùi ñoä roäng xung.

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

3. Boä oån aùp switching thay ñoåi caû taàn soá vaø ñoä roäng xung.

-Ñaây laø boä oån aùp töï kích ,treân nguyeân taéc töï dao ñoäng caùc ñieàu kieän taùc

ñoäng vaøo caû taàn soá vaø ñoä roäng xung cuûa maïch.

Giaûi thích :Boä khueách ñaïi sai leäch chính laø maïch so saùnh ñieän aùp ra (qua ñieän trôû R3) vôùi ñieän aùp chuaån . Khi ñieän aùp ra cuûa boä oån aùp giaûm, maïch so saùnh seõ môû transistor (transistor daãn) vaø khi ñieän aùp ra taêng boä khueách ñaïi so saùnh seõ ngaét transistor giao hoaùn. Do taùc ñoäng cuûa voøng hoài tieáp seõ ñieàu chænh söï bieán thieân hai thoâng soá naøy ñeå oån ñònh ñieän aùp ra.

*Toång quaùt boä oån aùp switching taïo ra söï thay ñoåi beà roäng xung töông

öùng vôùi söï thay ñoåi ñieän aùp vaøo chöa ñieàu chænh.

*Nhaän xeùt: Neáu ta yeâu caàu chaát löôïng cao vaø taàn soá oån ñònh traùnh cho nhöõng linh kieän ôû boä loïc phaûi lôùn (vì taàn soá danh ñònh taét môû phaûi lôùn hôn nhieàu laàn taàn soá löôùi maø ôû ñaây laø taàn soá bieán thieân khoâng bieát tröôùc ñöôïc)

*Keát luaän:

Qua vieäc khaûo saùt caùc phöông phaùp ñieàu chænh treân vaø vôùi caùc öu khuyeát ñieåm cuûa noù. Ta choïn phöông phaùp ñieàu roäng xung, giöõ taàn soá coá ñònh ñeå deã choïn linh kieän ñaùp öùng yeâu caàu taàn soá.

B. ÑOÅI ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU RA ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU (Converters)

-Trong nhieàu tröôøng hôïp phuï taûi caàn ñieän moät chieàu töø nguoàn ñieän moät chieàu, moät ñieän aùp hay doøng hieäu suaát thieát bò laø moät ñieàu phaûi quan taâm.

Trang 12

-Thieát bò ñoåi ñieän moät chieàu ra ñieän moät chieàu ñöôïc laép raùp, theo nhieàu sô ñoà raát ña daïng. Nhöng ta chæ ñeà caäp ñeán moät soá sô ñoà cô baûn: Buck, Boost, Buck - Boost.

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

Vaø caùc daïng khaùc nhö: Flyback, Forward, Push - Pull (ñaåy keùo)

Half- Bridge (nöûa caàu), Caàu (Full - Bridge)

SÔ ÑOÀ BUCK.

T=Ton+Toff L1

DCX

iDsb

iDCX Control circuit Vo

* Sô ñoà Buck

- DCK : Transistor ngaét daãn laøm vieäc ñieàu cheá ñoä roäng xung

( ñieàu cheá xung )

Control circuit : khoái ñieàu khieån transistor.

- L : cuoän caûm khaùng tích luõy ñieän naêng.

- C : Tuï ñieän tích luõy ñieän naêng

- Dsb : Diode san baèng doøng, giuùp cho doøng ñieän qua L lieân tuïc khi doøng ñieän cung caáp qua transistor ÑCX khoâng lieân tuïc.

- Vs : Nguoàn ñieän moät chieàu ôû ngoõ vaøo.Nguoàn naøy coù theå laø moät boä chænh löu, do ñoù caàn coù tuï ñieän Cv vöøa ñeå loïc vöøa ñeå tieáp nhaän naêng löôïng töø phuï taûi traû veà. Vì boä chænh löu khoâng nhaän ñöôïc doøng traû veà.

- Maïch naøy seõ ñöôïc noái ngay sau bieán aùp nguoàn. Töø sô ñoà ta coù theå

thaáy raèng maïch naøy khaù ñôn giaûn.

- Khi transistor daãn, nguoàn ñieän seõ chaûy moät caùch tröïc tieáp ñeán ñaàu ra. Ñieän aùp naøy cuõng phaûi qua cuoän daây . Khi transistor ngaét, doøng ñaõ löu tröõ trong cuoän laøm cho diode phaân cöïc thuaän vaø cho pheùp doøng trôû veà taûi.

- Moãi chu kyø laøm vieäc goàm 2 giai ñoaïn :

i L

Trang 13

* Giai ñoaïn 1: D < t < Dt

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

D : Heä soá chu kyø hay tæ soá thôøi gian daãn ( duty cycle) treân thôøi gian

1 f

laøm vieäc T = laø chu kyø ñoùng ngaét, f laø taàn soá ñoùng ngaét thöôøng vaøo khoaûng

10KHz  100KHz. Dsb phaân cöïc nghòch, khoâng daãn.

VL = Vs - Vo =

di L L dt

-Ñieän aùp ôû L laø : VL = Vs - Vo

. t



- Vaäy iL bieán thieân tuyeán tính theo thôøi gian naøy löôïng tích luõy vaøo R,C cung caáp cho phuï taûi.

 L

iL = ILmin

-IL taêng töø ILmin ñeán ILmax trong thôøi gian T

V-V S O L

V - V 0 0 i l

i = i 1

Dsb

LiV

i Dsb

T i = i 1

Dsb

iL = t + ILmin= iDCX

-DT (2-1) Imax - ILmin =

 Giai ñoaïn 2: DT < t < T

.. DCX

Dsb

.. Dsbi

Trang 14

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

-DCX ngöng daãn, nhôø coù Dsb neân iL vaãn lieân tuïc vì Dsb daãn :

VL = -Vo = L

-iL giaûm töø ILmax  ILmin trong thôøi gian :

T - DT = ( 1 - D ) T theo haøm soá

Vo L

IL = - ( t - DT ) + ILmax = iDSb

( 2 - 2 ) ILmin - ILmax = IL = - ( 1 - D ) T

-Ñaïi löôïng taêng doøng baèng ñaïi löôïng giaûm doøng :

Ton T

max

min

Coäng (2-1) vaø (2-2) => V0 = D.Vs vôùi D =



 2

V 0 R

)



( 2-3 ) Ta coù : Io =

1 T

1 R

1( D  2 Lf

  

  

)



vôùi f = Vaäy : ILmax = DVs

1 R

1(  D 2 Lf

  

  

ILmin = DVs

-Ñieàu kieän ñeå coù doøng lieân tuïc laø ILmin = 0

R 2 f

Vaäy : L = (1-D )

-Ñieän aùp gôïn soùng Vr ñöôïc tính nhö sau :

max

min

-Trong nöûa chu kyø C ñöôïc naïp theâm ñieän löôïng :

1 2

 2

T 2

  

  

0 (I + I )/2

L m in

L m a x

D T

D T /2

Trang 15

Q = (2- 4 )

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp





max

min

. T

-Cuõng trong nöûa chu kyø tuï ñieän C phoùng ra cuøng 1 ñieän löôïng.

 8 C

  

  

Vaäy : Vo = Vc =

1 f



 1

 TD

)

V 0 L



-Thay T = ( 1 - D ).T vaø ( ILmax-ILmin) =

C 8

 V 1( 0 . 8 LC

D 2 f

)

Vo =

D 2

DVv . 1( 8 LC .

 f

( 2-5 ) -Hoaëc : V0 =

V0 ( 1 - D ) fL

(2-6) -Doøng gôïn soùng : iL=

* Chæ tieâu caùc linh kieän :

- Transistor DCX :



) VD

-VDCXmax = Vs

 1( D Lf 2

-IDCXmax =

- Diode Dsb :



) VD

VDsbmax = Vs

 1( D Lf 2

IDsbmax =

(2- 7) IDbstrung bình = (1-D).I0

II. SÔ ÑOÀ BOOST

Vo +

Vo Control circuit

iDCX

Trang 16

-Caùc chæ tieâu linh kieän tích luõy ñieän naêng laø L vaø C, ñoùng ngaét ñieän laø transistor DCX, D khoâng cho doøng töø C phoùng veà nguoàn Vs . Moãi chu kyø laøm vieäc goàm 2 giai ñoaïn : i L

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

Sô ñoà Boost

* Giai ñoaïn 1 : O < t < DT

d iL ; ñieän dt

- DCX daãn, D phaân cöïc nghòch neân khoâng daãn VL = Vv = L

naêng tích luõy vaøo L, C vaãn caáp ñieän cho taûi.

Lmax

LminI

DCX

DT i DT

=i DCXi

= DCXi i

*Giai ñoaïn 2.

-DCX ngöng daãn, iL vaãn lieân tuïc do D daãn vaøo phuï taûi, L phoùng ñieän

Vo +

vaøo taûi.

.. D

. . DCX

VL = Vs- Vo; Vo> Vs

S  L

(2-8) iL = ID = (T - DT ) + ILmax

-iL giaûm töø ILmax  ILmin

Trang 17

( T - DT ) ILmin- ILmax =

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

Vs 1

vôùi O

-Trong thöïc teá Vr khoâng lôùn hôn 5Vv

1 2

-Coâng suaát vaøo = [ Imax + ILmin] Vs

Vo R

-Coâng suaát ra :

-Caân baèng coâng suaát vaøo vôùi coâng suaát ra :

1 2

V 2 0 R

Ta coù : (2-10) [ ILmax + ILmin] VS =

-Töø (2-9) vaø (2-10) :

2 VS  D

22 )

(2 - 11) Ta coù : ILmmax + ILmin =

1 T

. DVS Lf 2

VV  1( D

- ( f = ) -Töø (2-8) vaø (2-11) ta coù : ILmin =

. DVS Lf 2

VV  1( D

+ ILmax =

-Ñieàu kieän doøng lieân tuïc :

. DVS Lf 2

VS  1( D



- = 0 ILmin =

R 2 f

L =

-Ñeå tính ñöôïc ñieän aùp gôïn soùng V0 hay doøng ñieän taïi tuï loïc C

-Ñieän löôïng naïp theâm vaøo tuï ñieän C laø Ir baèng ñieän löôïng phoùng ra

Vaäy : V0 = VC =

Q C

Q = Io.DT

nuoâi phuï taûi, coi doøng gôïn soùng taïi phuï taûi Ir khoâng ñaùng keå so vôùi iL

V .0 R

DV o Rf

Q = ( 2-12 )

TON T

Vôùi D : heä soá chu kyø , D =

Trang 18

f = 1/T : Taàn soá ñoùng ngaét

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp



DV o Rf C

V o RfC

Vaäy : V0 =

* Chæ tieâu caùc linh kieän :



- Transitor DCX : VDCXmax = VS + Vo

Io 

DV S 2 Lf

IDCXmax =



- Diode D : VDmax = VS + Vo

Io 

DV S 2 Lf

= ( 2 -13) IDmax

( 2 -14 )

III. OÅN AÙP BUCK - BOOST

-ID trung bình = Io

- i s

Vo +

+ Vs

V D

Q 1

=Vo

i 1

I i L, L

Control circuit Vo

-OÅn aùp Buck - Boost cung caáp moät ñieän aùp ngoõ ra maø coù theå thaáp hôn hay lôùn hôn ñieän aùp ngoõ vaøo. Cöïc tính ñieän aùp ngoõ ra ngöôïc vôùi ñieän aùp ngoõ vaøo.

Sô ñoà Buck Boost

*Maïch hoaït ñoäng ñöôïc chia laøm 2 giai ñoaïn.

- Giai ñoaïn 1 : Transistor Q1 daãn vaø diode Dm bò phaân cöïc ngöôïc.

Doøng ngoõ vaøo taêng vaø chaûy vaøo cuoän caûm L, Q1

- Giai ñoaïn 2 : Transistor Q1 ngaét , naêng löôïng tích tröõ trong L vaø

doøng cuoän caûm öùng tuyeán tính töø I2 ñeán I1, trong khoaûng t2

LI. Vo

I 2t



Vo = -L => t2=



. tVS 1 L

. tVo L

Trang 19

I =

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

-Thay t1= DTvaø t2 = ( 1 - D) T

-Ñieän aùp trung bình ngoõ ra :

. DVS 1 D

Vo = - ( 2-15 )

-Vôùi D laø heä soá chu kyø

-Giaû söû maïch khoâng toån hao : VSIS = VO.IO = VS.Ia. D/ ( 1 - D )

-Doøng trung bình ngoõ vaøo : IS quan heä vôùi doøng trung bình ngoõ ra IO : IS= Io. D





)











-T : Chu kyø ngaét daãn

1 f

 I V

(. VoLI VV . S

T =

. 0 VV S  ( VfL

)

- Vaø doøng gôïn soùng ñænh ñænh : I =

. DVS Lf .

I =

- Doøng xaû trung bình cuûa tuï IC = Io

t 1

-Vaø ñieän aùp gôïn soùng ñænh- ñænh cuûa tuï laø :





1 C

Iot C

(2-16 ) VC =

Io . Vo  CfV )

( V

Hay : VC =

DI O . Cf

VC =

- Öu, nhöôïc ñieåm chung cuûa 3 loaïi : Buck, Boost, Buck - Boost

convertes.

* Öu ñieåm :

-Caû ba converter ñeàu khoâng söû duïng bieán aùp neân dieän tích chieám choã

cuûa boä nguoàn nhoû.

*Nhöôïc ñieåm :

Trang 20

-Söï phaûn hoài cuûa ñieän aùp oån ñònh ngoõ ra chung DC vôùi söï phaûn hoài cuûa ngoõ vaøo DC chöa loïc. Nhöng vì ngöôøi söû duïng thöôøng caàn coù ñieän aùp DC ngoõ ra oån ñònh thöù hai maø phaûi ñöôïc caùch ñieän DC vôùi ñieän aùp ngoõ ra oån ñònh thöù nhaát. Vì vaäy khoù coù theå thieát keá ñöôïc nhieàu ngoõ ra cho boä nguoàn.

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

IV. PUSH - PULL CONVERTER

Maïch Push - Pull nhö sô ñoà sau:

- Noù goàm 1 bieán aùp T1 vôùi nhieàu cuoän thöù caáp NS1, NS2, Nm vaø moät maïch

ñieàu khieån ñoä roäng xung baèng ñieän aùp DC. Caùc ngoõ ra ñieän aùp VS1 ,Vs2,

Vs2 =Vdc(Ns2/Np)2Ton/T

Vs1 =Vdc(Ns1/Np)2Ton/T

Vm=Vdc(Nm1/Np)2Ton/T

Vce(Q ) 1

Ic(Q ) 1

2Vdc Vce(Q ) 2

Ic( Q ) 2

Trang 21

Vm vaø laáy tín hieäu phaûn hoài veà töø Vm. Ton ñöôïc ñieàu chænh ñeå ngaên chaën söï thay ñoåi taûi hay nguoàn cung caáp.

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

- Khi transitor daãn thì ñieän aùp döôùi cuûa moãi nöûa cuoän sô caáp giaûm xuoáng Vce(sat) khoaûng 1V. Vì theá khi caû hai transitor daãn thì ñieän aùp vuoâng coù giaù trò Vdc- 1

- Ñieän aùp trung bình taïi ngoõ ra Vm

( V



N N

2 Ton T

  )1  

   

   

 5,0   

(2-17) Vm =

-Khi Vdc thay ñoåi thì voøng hoài tieáp aâm seõ ñieàu chænh Ton ñeå giöõ Vm khoâng ñoåi

- Ton, Vm seõ ñöôïc ñieàu chænh ñeå ngaên chaën ñieän aùp DC ngoõ vaøo vaø doøng taûi ngoõ ra thay ñoåi.

- Khi Vm thay ñoåi thì seõ xuaát hieän tín hieäu ngoõ ra ôû boä khueách ñaïi sai

leäch vaø Ton seõ ñöôïc thay ñoåi theo söï thay ñoåi cuûa Vm

 Ñieän aùp taïi ngoõ ra cuûa 2 cuoän thöù caáp :

( V



VS1 =

N S N

2 Ton T

  )1  

   

   

 5,0   

VS2 =

 Möùc ñieän aùp treân moät voøng :

E N

= Ae ( dB/dt) x 10-8

-Ae : laø tieát dieän loõi saét ( cm2)

-dB : laø ñoä thay ñoåi töø caûm ( Gauss )

Gauss s

  

  

-dB/dt

F N

- laø ñieän aùp treân voøng laø tæ leä theo taàn soá soùng ngaét.

- Trong thöïc teá, giaù trò ñieän aùp treân voøng trong phaïm vi töø 2V taïi taàn soá

ñoùng ngaét 25KHZ ñeán 5 hay 6v ôû 100KHz.

a. BIEÁN AÙP COÂNG SUAÁT

Trang 22

 Choïn loõi : Thieát keá bieán aùp ta phaûi choïn loõi phuø hôïp vôùi coâng suaát ra. Choïn loõi cho coâng suaát ngoõ ra cuûa bieán aùp phuï thuoäc vaøo taàn soá hoaït

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

ñoäng, maät ñoä töø caûm ( B1 vaø B2 ), tieát dieän loõi saét, tieát dieän khung quaán daây Ab,vaø maät ñoä doøng ñieän trong moãi cuoän.

 Choïn soá voøng daây sô caáp

-Ñònh luaät Faraday : E = NAe (dB/dt ) x 10+8

Vôùi:- E: Ñieän aùp rôi treân loõi cuoän daây( hay cuoän daây bieán aùp )

-N : Soá voøng daây(voøng) -Ae : Tieát dieän loõi ( cm2 )

E dt

-dB : ( Gauss )

 810. NAe

--> dB = ( Gauss )

- Soá voøng daây sô caáp ñöôïc xaùc ñònh nhö sau :

 8



10 x

( Vdl

min

+Np : Ñöôïc tính vôùi ñieän aùp ñaët leân cuoän sô caáp laø nhoû nhaát (Vdc-1) vaø thôøi gian môû laø cöïc ñaïi.

)2/8,0)(1 T dBAe .

( V



 810 x

(2-18) Np =

)(1 N

) Ton xAc

Vôùi dB = (2-19)

 Choïn soá voøng daây thöù caáp :

(Vdc

-Soá voøng daây thöù caáp ñöôïc choïn töø :

0,5 - ) 1 -

2 Ton T

N N

   

   

 1

- 0,5] Vm =  (Vdc - 1 )

N S N

2 Ton T

   

   

 1

VS1 = [(Vdc - 1 )

2 Ton T

N S N

   

   

VS2 = [(Vdc - 1 )

 Tính toaùn doøng san baèng ñænh.

-Giaû söû hieäu suaát 80% ( thöôøng ñaït ñöôïc ôû taàn soá treân 200KHz )

P0 = 0,8Pin

-Hay Pin = 1,25P0 = Vdcmin.0,8Ipft

P 0 dcV

min

Trang 23

(2-20) -Vaäy Ipft = 1,56

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

4,0

 Tính toaùn doøng ñieän sô caáp hieäu duïng vaø tieát dieän daây daãn :

Irms = Ipft D = Ipft

-Vôùi D : heä soá chu kyø : D = (0,8T/2)/2

P 0



-Hay : Irms = 0,632 Ipft

56,1 V

986,0 V

min

Vaäy ta coù : Irms = 0,632

 Tính toaùn doøng gôïn soùng ñænh thöù caáp vaø kích côõ daây :

4,0 = 0,632.Id c

IS(rms) = Idc D = Idc

-Vôùi Idc doøng ñieän ngoõ ra.

 Thieát keá boä loïc ngoõ ra.

1) Thieát keá cuoän caûm ngoõ ra :

Ton 0L

dI = 2Idcmin = VL. = (V1 - V0 )

TV 0 2V 1

N0= V1(2Ton/T) thì Ton =

TV 0 2V 1

N0 = V1 (2Ton/T ) thì Ton =



-NS seõ ñöôïc choïn 0,8172 khi Vdc , V1 laø nhoû nhaát

Ton

T 8,0 2

TV 0 V 2 1

min

25,1(

T )2/8,0)(

V  0

hay V1min = 1,25V0

V 0 L 0

TV 0.

dI = = 2Idcmin

05,0 dcI

min

Trang 24

Vaø L0 =

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

1 10

.5,0

Neáu doøng Idcmin = Ion

0. TV nI 0

Vaäy : L0 =

-Trong ñoù , L0 (H)

-V0 (V)

-T(s)

-Idcmin doøng ngoõ ra cöïc tieåu (A)

-Ion doøng ngoõ ra danh ñònh (A)

2. Thieát keá tuï ngoõ ra.

-Tuï ngoõ ra ñöôïc choïn ñeå ñaùp öùng ñöôïc yeâu caàu kyõ thuaät ñieän aùp

gôïn soùng ngoõ ra.

Vr = R0.dI

Vôùi -R0 : Ñieän trôû trong cuûa tuï C0

 6



-dI : Doøng ñieän ñænh ñænh cuoän caûm. -Tích soá R0.C0 thay ñoåi giöõa 50 -80 x 10-6

80 V

10 x R 0

10 x dI r /

)

C0 =

80( 10 c rV

C0 =

* Öu ñieåm vaø nhöôïc ñieåm :

1) Öu ñieåm

- Converter naøy phaân phoái naêng löôïng ra taûi qua bieán aùp. Vì vaäy söï phaûn hoài ñieän aùp ngoõ ra ñöôïc caáp ñieän DC vôùi ngoõ vaøo vaø coù nhieàu cuoän thöù caáp bieán aùp neân coù theå coù nhieàu ñieän aùp ñaàu ra.

- Khi boä nguoàn cung caáp ñaõ ñöôïc caûi tieán, ñieàu chænh caùc converter ban ñaàu ñeå mang laïi coâng suaát lôùn hôn töø nhöõng linh kieän nhoû hôn. Vì vaäy hieäu suaát cho heä thoáng phaûi taêng. Moät caùch ñôn giaûn ñeå laøm ñieàu naøy laø söû duïng bieán aùp coù ñaàu noái giöõa cuoän daây sô caáp ñeå lôïi duïng cho moãi nöûa chu kyø treân vaø nöûa chu kyø döôùi cuûa cuoän sô caáp.

- Hieäu suaát cao ( gaàn 90%).

Trang 25

2) Nhöôïc ñieåm.

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

- Moät trong nhöõng vaán ñeà ñoái vôùi push-pull converter, ñoù laø töø thoâng trong hai phaàn cuûa cuoän daây sô caáp vaø thöù caáp coù ñaàu ra ôû giöõa coù theå trôû neân maát caân baèng vaø gaây ra vaán ñeà veà nhieät ñoä.

- Vaán ñeà thöù hai laø moãi transitor phaûi khoùa gaáp ñoâi möùc ñieän aùp so vôùi caùc

converter khaùc.

V.FORWARD CONVERTER

1. Lyù thuyeát cô baûn.

Vs2

Vs1

Vom

-Boä ñoåi ñieän naøy thöôøng ñöôïc söû duïng cho nhöõng nguoàn coù coâng suaát ngoõ ra töø 150-200w khi ñieän aùp ngoõ vaøo DC cöïc ñaïi ôû möùc 60V ñeán 200V.

Vea

Vref

Maïch ñieàu khieån ñoä roäng xung

Maïch so saùnh

Vdc

-Trong maïch converter naøy chæ coù moät transistor vaø moät diode ôû phía sô

caáp. Trong khi maïch push -pull cnverterlaø hai transistor.

- Khi Q1 daãn, ñaàu coù chaám cuûa cuoän sô caáp vaø taát caû caùc cuoän thöù caáp

trôû thaønh döông so vôùi caùc ñaàu daây coøn laïi khoâng daáu.

- Doøng chaûy ñeán taûi khi transistor coâng suaát Q1 daãn - neân goïi laø Forward converter. OÅn aùp Push-Pull vaø Buck cuõng phaân phoái doøng ñeán taûi khi transitor coâng suaát daãn.

-Traùi laïi, Boost converter vaø Flyback löu tröõ naêng löôïng ôû cuoän caûm hay cuoän sô cuûa bieán aùp khi transistor daãn vaø phaân phoái doøng ñeán taûi khi transistor ngaét

- Khi Q1 daãn (Ton), thì ñieän aùp ôû toát chænh löu ôû möùc cao trong thôøi gian

Trang 26

Ton. Giaû söû 1V cho Q1 vaø D2 phaân cöïc thuaän VD2 thì ñieän aùp ôû möùc cao ñoù laø :

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

 Vdc 1 

Nm Np

 V0mr =   

  

- VD2

-Khi Q1 taét , doøng löu tröõ trong daây daãn cuûa T1 ngöôïc cöïc vôùi ñieän aùp treân Np. Taát caû caùc ñaàu ñaàu cuûa sô vaø thöù aâm so vôùi caùc ñaàu coøn laïi. Thì Transistor Q1 seõ bò ñaùnh thuûng neáu khoâng coù diode D1 daãn traû naêng löôïng .

Ton

- Ñieän aùp ngoõ ra DC :

 V

  1

V d

Nm Np

  

  

  

  

(2-21 ) Vom =

2.Caùc moái quan heä thieát keá cuûa ñieän aùp vaøo , ra , thôøi gian môû vaø tæ

soá voøng.

- Ñieän aùp Vom ñöôïc phaûn hoài veà vaø ñöôïc so saùnh vôùi ñieän aùp chuaån Vref, vaø thay ñoåi Ton ñeå giöõ Vom = const ñoái vôùi baát cöù söï thay ñoåi ôû Vdc hay doøng taûi.



 V

 1

- Thôøi gian Ton cöïc ñaïi ( Tonmax) seõ xay ra ôû Vdcmin

min

V d

Nm Np

max on T

  

  

  

  



 V

 1

Vom =

min

V d

N 1 S Np

max on T

  

  

  

  



 V

 1

VS1 =

min

V d

N 2 S Np

max on T

  

  

  

  

VS2 =

3. Quan heä giöõa doøng ñieän sô caáp, coâng suaát ngoõ ra, vaø ñieän aùp ngoõ

vaøo :

- Giaû söû hieäu suaát cuûa nguoàn 80%

P0 = 0,8Pin

Hay

(2.22 ) Pin = 1,25P0 = Vdcmin ( 0,4 Ipft)

P 0.13,3 dcV

min

Hay Ipft =

Trang 27

4. Thieát keá bieán aùp coâng suaát :

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

a) Loõi bieán aùp :Vieäc choïn loõi cho bieán aùp Forward converter gioáng vôùi bieán aùp Push - Pull vì coù cuøng thoâng soá. Maät ñoä töø tröôøng, loõi saét, tieát dieän ñieän caûm, taàn soá, vaø maät ñoä doøng cuûa cuoän.

 8



 Vdc

min

b) Tính toaùn voøng daây sô caáp.

 10)22/8,0(1 T . dBAe

(2-23) Np =

-Vôùi dB = 1.600 Gauss.

-Vdmin : ñieän aùp DC ngoõ vaøo nhoû nhaát (V)

-T : Khoaûng thôøi gian ngaét daãn (S)



 V

 1

c) Tính toaùn voøng daây thöù caáp :

min

V d

Nm Np

max on T

  

  

  

  



 V

 1

Vom =

min

V d

N 2 S Np

max on T

  

  

  

  



 V

 1

VS2 =

min

N 1 S Np

max on T

  

     

  

VS1 =

P 0

4,0

d) Tính toaùn doøng ñieän gôïn soùng sô caáp :

12,3 dcV

min

P 0

Irms(p) =

79,1 dcV

min

(2-24) Irms(p) =

4,0

e) Tính toaùn kích côõ daây :

Trang 28

Irms(sec) = Idc .

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

= 0,632.Idc.

f) Boä loïc ngoõ ra :

V (

min

max

 Cuoän caûm :

 TV ) 0 L 1

V (

TV ) 0

max

dI = 2Idcmin =

 I

min 2

min

( 2-25 ) Hay L1 =

dkmin Tonmax/T Nhöng V0 = V min

Vôùi Tonmax = 0,8T/2

TV03 Ion

(2-26) Neân L1 =

Tuï ñieän ngoõ ra :

Nhö ôû phaàn ( 4 - 2) Ta coù : C0 = 65 x 10-6/R0

dI rV 0

(2-27) C0 = 65 x 10-6.

VI. SÔ ÑOÀ FLYBACK

-Sô ñoà duøng linh kieän ngaét daãn doøng vaøo cuoän sô caáp maùy bieán aùp loõi

ferrite, ñieän theá taïi cuoän thöù caáp ñöôïc ñoåi ra ñieän moät chieàu baèng diode chænh löu.

L1,n1

ÑCX

Trang 29

-Taàn soá ñoùng ngaét coù theå töø 10kHz ñeán 100KHz

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

n i 1 1

1n i

1max

1n i

1min

22n i

n i 2 2max

n i 2min 2

-Chu kyø laøm vieäc goàm hai giai ñoaïn :

*Giai ñoaïn 1: O

-DCX daãn VL1 = VS . Do chieàu daây quaán n1,n2 khoâng daãn L1 tích luõy

naêng löôïng vaøo maïch töø ferrit, töø thoâng trong maïch töø taêng.

VS .t + I1min 1L

i1 =

-i1 taêng töø I1min ñeán I1max doøng gia taêng baèng :

.DT (2-28 ) I1max - I1min =

V  0

n 2 . V n 1

  

  

-Ñieän aùp ngöôïc taïi D laø :VDngöôïc = -

Vaäy ta coù :

Vs R

D  D

)

  

n 2 n 1

Vs 2 L 1

  

  

     

  

I1min =

Trang 30

Vaäy ñieàu kieän ñeå coù doøng lieân tuïc laø :

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp



)

R 2 f

n 1 n

  

  

L1 =

oV

- Ñieän aùp dôïn soùng:

- Doøng taïi tuï ñieän loïc ic ñöôïc bieåu dieãn bôûi hình treân . Ñieän löôïng naïp theâm vaøo tuï ñieän loïc Q ôû giai ñoaïn  ñöôïc phoùng vaøo taûi trong giai ñoaïn 1.



Q = Io .DT =

Vo Rf

1 T

 fD  

  





oV =

 Q C

V o Rfc

-Chu kyø sau dieän tích S ôû phaàn döôùi ñöôøng bieåu dieãn thieân doøng qua tuï ic

* Chæ tieâu caùc linh kieän

D 24

- Transistor DCX:

I o   11

n 1  n 2

IDCX max = 

- Diode D

ID trung bình (av)=Io

O 

n n

VD max=

ÑCX

*Giai ñoaïn 2: DT

-DCX ngöng daãn töø thoâng maïch töø giaûm , ñieän aùp taïi cuoän n2 ñaûo cöïc

T (



)



tính khieán D daãn doøng iL giuùp cho soá ampe voøng lieân tuïc, töùc thôøi ñieåm DT soá ampe voøng n2I2max = n1I1min. L2 ñaët vaøo ñieän aùp Vo , do ñoù :

max

V o L o

i2 = -

-Maïch töø phoùng thích naêng löôïng vaøo phuï taûi , i2 giaûm töø I2max ñeán I2min,

Trang 31

löôïng doøng giaûm baèng.

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp



) TD

Vo L 2

(2-29) I2max-I2min =

n 1 n

- Ñieän aùp taïi cuoän n1 =

- Do ñoù ñieän aùp taïi transistor DCX =



- Ñieän aùp ra Vo :

LI , 1 2

L 1

n 1 n

  

  



OTD



)

V o 4

n 1 n

V s L 1

  

  1( 

(2-30)





D

 I

I av 1

min

max

1 2

- Ñieàu kieän ñeå coù doøng lieân tuïc.

-Coâng suaát vaøo: Ps =Vs.I1av=

1 V R S

D 

2

 1

n n 1

  

  

-Coâng suaát ra : Po =

(

2 .)

-Neáu hieäu suaát baèng 1 ta coù :

Vs2 R

n n

D )D-1(

(2-31) I1max + I1min =

*Öu nhöôïc ñieåm:

- Caùch ly sô caáp vaø thöù caáp

- Giaûm ñöôïc doøng qua transistor coâng suaát.

- Taïo ñöôïc nhieàu caáp ñieän aùp ôû ñaàu ra baèng caùch quaán nhieàu cuoän thöù

caáp .

Rot

- Doøng san baèng ñænh töông ñöông cuûa transistor khaù cao .

13,3 dcV

min

Ipft =

Trang 32

Vôùi Pot : toång coâng suaát ngoõ ra

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

Vì vaäy giaù thaønh cho transistor cao

VII - HALF - BRIDGE CONVERTER

Sô ñoà Half-Bridge

- Khi chuyeån maïch S, ôû phía treân öùng vôùi ngoõ vaøo 220VAC, maïch

cænh löu toaøn soùng vôùi 2 tuï loïc C1 noái tieáp C2

+ Ñieän aùp ñænh DC chænh löu khoaûng : (1,41x220)-2  308V

- Khi S1 ñoùng öùng vôùi ngoõ vaøo 110V maïch hoaït ñoäng nhö maïch nhaân ñoâi ñieän aùp.

- Nöûa chu kyø ñaàu tieân A döông so vôùi B, C1 naïp qua D1

+ Ñieän aùp ñænh khoaûng (1,41x110)-1  154V

- Nöûa chu kyø sau C2 naïp qua D2

+ Ñieän aùp ñænh khoaûng (1,41x110)-1  154V

+ Ñieän aùp toång treân tuï C1, C2 khoaûng 308V

* Giaû söû ñieän aùp chænh löu 308V, boû qua tuï Cb.

Moät ñaàu cuûa cuoän sô caáp ñöôïc noái vôùi 2 ñaàu tuï C1,C2 vaø Q1,Q2 daãn ôû

moãi nöõa chu kyø.

1/ Quan heä giöõa doøng sô caáp, coâng suaát ra, ñieän aùp vaøo

-Giaû söû hieäu suaát 80%.

Pin = 1,25P0.

-Xung doøng ñænh sô caáp san baèng töông ñöông öùng vôùi Vdcmin

.13,3 Vdc

Po min

(2-32) Ipft (half bridge) =

Trang 33

2/ Choïn côû daây sô caáp:

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

-Doøng ñieän gôøn soùng sô caáp

Irms = Ipft

TT /8, Po min

.70,2 Vdc

(2-33) Irms =

3/ Choïn côû daây daãn vaø soá voøng daây thöù caáp:

-Soá voøng daây thöù caáp ñöôïc choïn ôû (4.1.) ñeán (4.3) cho thôøi gian môû

Vdc min  2



5,0

cöïc ñaïi Tonmax = 0,8T/2 vaø Vdcmin - 1 ñöôïc thay baèng

Vdc 2

NS 1 NP

T 8,0 2

     

  

     

  

(2-34) Vaäy : V1

4,0 ôû 500 circularmils

(2-35) V2

- Doøng hieäu duïng sô caáp : Irms = Idc D =Idc

treân doøng hieäu duïng laø = 500(0,632)Idc

I rms = 316.Idc

8,0 T

I ptc

-Thieát keá tuï cb ta coù :

Cb = (2-36)

-Vôùi dv : Ñoä thay ñoåi aùp töø luùc daãn ñeán luùc taét cuûa moãi transistor.

VII. SÔ ÑOÀ CAÀU (FULL - BRIDGE)

Sô ñoà Full-Bridge

-Caùc transistor T1 vaø T'2 cuøng daãn luaân phieân vôùi T2 vaø T'1. Moãi ñoâi daãn trong thôøi gian DT trong moãi chu kyø laøm vieäc, ta coù: 0

SDV

n 2 n 1

(2-37) Vo = 2

Trang 34

-Chæ tieâu caùc linh kieän .

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

mVs





 ) D ALsf

. DVs Lf 2

 Im o  

  

(2-38) -Transistor : TTr max

n 2 n 1`

m =

VTr max = Vs

21(

-Diode D1,D2,D'1,D'2 :

oImD ). 2

(2-39) ID trung bình =

VDmax = Vs (8.4)

-Diode D5 vaø D6 : ID5b = DIo

VD5 max = VD6max = 2nVD (2mVD)

* Keát luaän: Trong caùc loaïi converter trong ñoù coù Half - Bridge

converter coù nhieàu öu ñieåm nhö.

- Hieäu suaát cao khoaûng 90%

- Bieán aùp khoâng söû duïng ñaàu ra ôû giöõa vì vaäy loaïi tröø ñöôïc söï maát

caân baèng töø thoâng. Keát quaû laø loaïi converter naøy ñöôïc duøng ñeå thieát keá caùc boä nguoàn vôùi coâng suaát coù theå leân ñeán 1000W

- Ñieän aùp cöïc ñaïi ñaët leân transistor giaûm ñi moät nöõa so vôùi tröôøng hôïp cuûa Push - Pull converter. Ñieàu naøy daãn ñeán giaù thaønh transistor va caùc thaønh phaàn linh kieän lieân quan cuõng giaûm .

Töø nhöõng öu ñieåm ñaõ neâu ôû treân, neân ta choïn thieát keá nguoàn oån aùp

Trang 35

xung theo kieåu Half - Bridge converter

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

Chöông III

BIEÁN AÙP XUNG

I.TOÅN HAO LOÕI VÔÙI TAÀN SOÁ VAØ MAÄT ÑOÄ TÖØ CAÛM.

-Haàu heát caùc bieán aùp xung söû duïng loõi ferrite.Ferrites laø vaät lieäu goám saét töø .Caáu truùc cuûa noù goàm hoån hôïp oxit saét vôùi Mn, keõm oxit.Toån hao doøng ñieän xoaùy cuûa noù boû qua khi ñieän trôû suaát raát cao.Toån hao loõi chuû yeáu do toån hao töø treå nhöng cuõng khaù thaáp.

-Moät soá chaát lieäu ñöôïc ño ñaït sau cho toån hao loõi laø nhoû ôû taàn soá cao vaø

nhieät ñoä cao.

-Yeáu toá chính aûnh höôûng vieäc choïn löïa chaát lieäu laø ñaëc tính toån hao loõi

(thöôøng mW/cm3) ñoái vôùi taàn soá vaø maät ñoä töø caûm.

Trang 36

a-Ñöôøng ñaëc tính töø treå.

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

b-Toån hao loõi ñoái vôùi maät ñoä töø caûm.

Trang 37

c-Toån hao loõi ñoái vôùi nhieät ñoä

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

II.HÌNH DAÏNG LOÕI FERRITE

-Loõi ferrite ñöôïc saûn suaát vôùi kích côû töông ñoái nhoû.

-Hình daïng loõi khaùc nhau nhö: Loiõ hình cheùn, loõi RM, EE, PQ, UU,

UI,EI.

-Loõi hình cheùn (hình hoäp) ñöôïc söû duïng ôû möùc coâng suaát thaáp hôn 125W

Trang 38

-Caùc daïng loõi khaùc nhau cuûa bieán aùp coâng suaát .

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

Material

Core loss , mW/cm3 for various peak flux densities, G

Fre- Quency KHZ

1600

1400

1200

1000

800

600

20 50 100 200

85 Ferroxcube 3C8 82 Ferroxcube 3C85 Ferroxcube 3F3 28 Magnetics Inc - R 20 40 Magnetics Inc - p 60 TDK - H7C1 45 TDK - H7C4 50 Siemens N27 270 Ferroxcube 3C8 80 Ferroxcube 3C85 Ferroxcube 3F3 70 Magnetics Inc - R 75 147 Magnetics Inc - P 160 TDK - H7C1 100 TDK - H7C4 144 Siemens N27 850 Ferroxcube 3C8 260 Ferroxcube 3C85 Ferroxcube 3F3 180 Magnetics Inc - R 250 340 Magnetics Inc - P 500 TDK - H7C1 300 TDK - H7C4 480 Siemens N27 Siemens N47 Ferroxcube 3C8 700 Ferroxcube 3C85 600 Ferroxcube 3F3

60 25 20 12 18 40 29 190 65 50 55 85 90 65 600 160 120 150 181 300 180 500 360

40 18 12 7 13 30 18 130 40 30 28 57 60 40 400 100 70 85 136 200 100 350 250

25 13 9 5 8 20 10 24 80 30 22 20 40 45 28 96 250 80 55 70 96 140 70 200 190 700 300 180

15 10 5 3 5 10 47 18 12 11 20 25 20 140 48 30 35 57 75 50 400 180 85

22 9 5 5 9 20 65 30 14 16 23 35 190 75 40

Trang 39

Table :Core Losses for Various Core Materials at Various Frequencies and peak Flux Densities at 100oC

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

500 1000

Magnetics Inc - R 650 850 Magnetics Inc - P 1400 TDK - H7C1 800 TDK - H7C4 960 Siemens N27 Siemens N47 Ferroxcube 3C85 Ferroxcube 3F3 Magnetics Inc - R Magnetics Inc - P TDK - H7F TDK - H7C4 Ferroxcube 3C85 Ferroxcube 3F3 Magnetics Inc - R Magnetics Inc - P

450 567 900 500 1800 2200 4500 2800

280 340 500 300 1200 1300 3200 1800

200 227 400 200 480 480 1800 900 1100 1800 1200 3500 5000

100 136 200 100 950 500 700 1100 980 2500 3000

45 68 100 45 500 280 400 570 100 320 200 1200 1500 6200

Note : data are for bipolar magnetic circuits ( first and third - quadrant operation) . For unipolar ( forward conventer , flyback ), divide by 2 .

Ferroxcube-Philips

Magnetics

TDK

EE Cores

EE19

EE42/42/15

EE55/55/21

814E250 813E187 812E343 812E272 E375 E21 783E608 783E776 E625 E55 E75

41205 41808 43515 44317 44721 45724

EC Cores

EC35 EC41 EC52 EC70

43517 44119 45224 47035

EC35 EC41 EC52 EC70

ETD Cores

ETD29 ETD34 ETD39 ETD44 ETD49

43434 43939 44444 44949

ETD34 ETD39 ETD44 ETD49

Pot Cores

704 905 1107 1408 1811 2213 2616

40704 40905 41107 41408 41811 42213 42616

P7/4 P9/5 P11/17 P14/8 P14/8 P22/13 P26/16

Trang 40

Table : Core Type Number for Geometrically interchangeable Cores

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

3019 3622 4229

43019 43622 44229

P30/19 P36/22 P42/29

RM Cores

RM4 RM5 RM6 RM7 RM8 RM10 RM12 RM14

41110 41510 41812 42316 42819 43723 PQ Cores 42016 42020 42626 42625 43220 43230

PQ20/16 PQ20/20 PQ26/26 PQ26/25 PQ32/20 PQ32/30

III.QUAN HEÄ GIÖÕA COÂNG SUAÁT NGOÕ RA CÖÏC ÑAÏI VÔÙI MAÄT ÑOÄ TÖØ CAÛM, TIEÁT DIEÄN LOÕI, KHUNG VAØ MAÄT ÑOÄ DOØNG ÑIEÄN TRONG CUOÄN .

a-Söï lieân heä veà coâng suaát ngoõ ra cuûa boä ñoåi ñieän Forward.

-Coâng suaát ngoõ ra ñöôïc döïa treân nhöõng giaû thieát sau:

1.Hieäu suaát cuûa nguoàn: Boû qua tieâu taùn töø Vdc ngoõ vaøo ñeán caùc ngoõ ra

(giaû söû hieäu suaát laø 80%).

2.Heä soá khe hôû (Space Factor :SP):

-SP=0.4

-Daïng soùng doøng sô caáp

-Daïng soùng doøng Ipft duøng ñeå tính coâng suaát ngoõ ra ñoái vôùi Bmax, taàn soá,

Ae, Ab, Dcma.

Ñieän trôû daây

Irms

rms.R

Hình soá

Taàn soá

Heä soá chu kyø

Tieát dieän daây

0,4

0,632Ip

rms.R

-Tæ soá Ns/Np ñeå T0 = 0,8T/2 ôû Vdcmin

Ip

2F1

O,4

0,5N

2A1

0,25R1

2Po

2Ip

1,264Ip

rms.R

Trang 41

-Daïng soùng doøng sô caáp ôû Vdc min, thôøi gian môû ôû 0.8T/2

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

T8.0 T2.0

-Ta coù :Po = 0.8Pin = 0.8Vdc min.Ipft.

(3-1) Po = 0.32Vdc min.Ipft

4.0

Nhöng giaù trò hieäu duïng gôïn soùng cuûa Ipft,heä soá chu kyø: 0.4

Irms = Ipft

I0 = 1.58.Irms

BΔ

(3-2) Po = 0.32Vdc min(1.58Irms)

TΔ

.10-8 Töø ñònh luaät Faraday:Vp =Np.Ae.

-Vôùi : Vp:Ñieän aùp sô caáp ( Vdc)

Np: Soá voøng sô caáp Ae: Tieát dieän loõi (cm2)

B: Ñoä thay ñoåi töø caûm,G(0 ñeán Bmax)

T:Thôøi gian(s)

506

f.B.A.N. e

max

rms

10x

ÔÛ Vdcmin, B/T = Bmax/0,4T

p 4.0

-Töø (3-2) ta coù : Po =

(3-3)

Po=1.256.Np.Bmax.Ae.f.10-8.Irms -Ab:Tieát dieän khung quaán daây(in2) Vieát taét (in =inch )

-Ap:Tieát dieän cuoän daây sô caáp(in2) -As:Tieát dieän cuoän daây thöù caáp(in2) -Ati:Tieát dieän cuûa moät voøng daây sô caáp(in2)

Vôùi SF=0.4

Vaø Ap=As

tcm

Ap=0.2.Ab=Np.Ati

A I

rms

-Maät ñoä doøng :Dcma =

tcm

Atcm: Laø tieát dieän daây daãn sô caáp ño baèng circurar mils.

A D

cma

Trang 42

(3-4) Irms =

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

6-10.

π 4

10).A.2.0(4

Ta coù:Tieát dieän 1 in2 = (tieát dieän Circular mils ).

6+10xA4 ti π

N.π

= Atcm =

10×A8.0 b D×Nπ p

cma

(3-5) Töø (3-4) ta coù: Irms =

Thay (3-5) vaøo (3-3) ta coù:

10×A8.0 b D×Nπ p

cma

00322

max

P0 = (1.265Np .Bmax.Ae.f.10-8)

A.A.f.B. D

cma

P0 =

0005

Ab(in2)Ab(cm2)

A.A.f.B. max D

cma

Neân ta coù: (3-6) Po =

Trong ñoù: P0 (watt)

B (gauss) Ab (cm2)

Trang 43

Dcma (circular/rms ampe)

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

Trang 44

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

Trang 45

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

b- Söï lieân heä coâng suaát ngoõ ra cuûa boä ñoåi ñieän Puss-Pull

P0 = 0.8Vdc min(0.8Ipft)

4.0

(3-7) P0 = 0.64 Vdc min.Ipft

Irms = Ipft

Hay Ipft = 1.58Irms

P0 = 0.64Vdc min (1.58Irms)

(3-8) = 1.01Vdc min.Irms

Ap = 0.2Ap = 2Np.Ati

A1.0 N

(3-9) Ati =

tcm

Vôùi: Np soá voøng daây nöûa cuoän sô caáp.

rms

(3-10) Dcma = Ab (in2) Ati (in2) A I

Vôùi:Atcm tieát dieän daây daãn (circular mils)

tcm

-Doøng ñieän gôïn soùng treân nöûa cuoän sô caáp

A D

cma

Irms =

π 4

).10-6 Vôùi Ati = Atcm(

A N

.10+6 (3-11) Vaäy Atcm =0.1273.

Thay (3-11) vaøo (3-10) ta coù:

A b DN p

cma

.10+6 Irms = 0.1273

A b DN p

cma

.10+6 Thay Irms vaøo (3-8) ta coù: Po = 1.01Vdc min. 0.1273

A b DN p

cma

Trang 46

.10+6 Po = 0.129Vdc min .

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

BΔ.A.N e

TΔ

.10-8 -Töø ñònh luaät Faraday: Vdc min =

-Bieân ñoä ñænh ñænh cuûa töø caûm: 2Bmax ôû 0.4T tai Vdc min

B2 max T4.0

A b D.N p

cma

00645

max

.10-2 Po = 0.129(Np.Ae)

A.A.f.B D

cma

Po =

A b (cm2) 45.6

Vôùi Ab (in2) =

A.A.f.B001 max D

cma

Neân: Po =

c- Söï lieân heä coâng suaát ngoõ ra cuûa boä ñoåi ñieän Half-Bridge

T8.0 2

- Thôøi gian môû cuûa transistor laø taïi Vdc min

- Hieäu suaát Eff = 80% - Ae,Ab: tieát dieän loõi, khung (cm2). - Abi: tieát dieän khung (in2). - Ap: tieát dieän cuoän daây sô caáp (in2).

SF = 0.4

Dcma: maät ñoä doøng ñieän. Ati: tieát dieän daây (in2).

Atcm: tieát dieän daây (circular mils).

Np: soá voøng daây sô caáp.

8.0 = 0.894Ipft hay Ipft = 1.12Irms

Irms = Ipft.

V min dc 2

Neân Po = 0.8Pin = 0.8 Iav

π 4

.10-6 Vôùi Ati = Atcm.

A N

tcm

)10+6 (3-13) Vaäy Atcm = 0.255(

.0=

255

A D

cma

A bi D.N p

cma

Trang 47

(3-14) Irms =

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

-Table:Maximum Available Output Power in Forward Converter Topology

Core

24Khz

200Khz

250Khz

300Khz

Output power in watts at ( Ae, Ab :cm2; f: Khz) 150Khz

48Khz

96Khz

72Khz

Ae.Ab 20Khz

EE Core. Ferroxcube-Philips

814E250 O.202 0.171 0.035 1.1 813E187 O.225 0.329 0.074 2.4 813E343 0.412 0.359 0.148 4.7 812E250 0.395 0.581 0.229 7.3 782E272 0.577 0.968 0.559 17.9 0.810 1.149 0.931 29.8 E375 E21 1.490 1.213 1.807 57.8 783E608 1.810 1.781 3.224 103.2 783E776 2.330 1.810 4.217 135.0 2.340 1.370 3.206 102.6 E625 3.530 2.800 9.884 316.3 E55 3.380 2.160 7.301 233.6 E75

1.3 2.8 5.7 8.8 21.4 35.7 69.4 123.8 161.9 123.1 379.5 280.4

2.7 5.7 11.4 17.6 42.9 71.5 138.8 247.6 323.9 246.2 759.1 560.7

4.0 8.5 17.0 26.4 64.3 107.2 208.2 371.4 485..8 369.3 1138.6 841.1

5.3 11.4 22.7 35.3 85.5 143.0 277.6 495.1 647.8 492.4 1518.2 1121.4

8.3 17.8 35.5 55.1 134.0 223.4 433.8 773.7 1012.2 769.4 2372.2 1752.2

11.1 23.7 47.3 73.4 178.7 297.8 578.4 1031.6 1349.5 1025.9 3162.9 2336.3

13.8 29.6 59.2 91.8 223.4 372.3 722.9 1289.4 1686.9 1282.3 3953.6 2920.3

16.6 0.89 71.0 110.2 268.1 446.7 867.5 1547.3 2024.3 1538.8 4744.3 3504.4

EC Core ,Ferroxcube-Philips

EC35 EC41 EC52

0.843 0.968 0.816 26.1 0.971 1.220 1.185 37.9 1.800 2.130 3.834 122.7

31.3 45.5 147.2

62.7 91.0 294.5

94.0 136.5 441.7

125.3 182.0 588.9

195.8 284.3 920.2

261.1 379.1 1226.9

326.4 473.3 1533.6

391.7 568.6 1840.3

ETD Core, Ferroxcube-Philis

EC70 ETD29 ETD34 ETD39 ETD44 ETD49

2.790 4.770 13.308 425.9 0.760 0.903 0.686 22.0 0.971 1.220 1.185 37.9 1.250 1.740 2.175 69.6 1.740 2.130 3.706 118.6 2.110 2.710 5.718 183.0

511.0 26.4 45.5 83.5 142.3 219.6

1022.1 52.7 91.0 167.0 284.6 439.2

1533.1 79.1 136.5 250.6 427.0 658.7

2044.2 105.4 182.0 334.1 569.3 878.3

3194.0 164.7 284.3 322.0 889.5 1372.3

4258.7 219.6 379.1 696.0 1186.0 1829.8

5323.3 274.5 473.3 870.0 1482.2 2287.2

6388.0 329.4 568.6 1044.0 1779.0 2744.7

Pot Cores, Ferroxcube-Philips

0.070 0.022 0.002 0.0 0.101 0.034 0.003 0.1 0.167 0.054 0.009 0.3

0.1 0.1 0.3

0.1 0.3 0.7

0.2 0.4 1.1

0.2 0.5 1.4

0.4 0.8 2.2

0.5 1.1 2.9

0.6 1.4 3.6

0.7 1.6 4.3

704 950 1107

Trang 48

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

-Table:Maximum Available Output Power in Forward Converter Topology (continued)

Core

24Khz

200Khz

250Khz

300Khz

Output power in watts at ( Ae, Ab :cm2; f: Khz) 150Khz

48Khz

96Khz

72Khz

Ae.Ab 20Khz

Pot Cores, Ferroxcube-Philips

1408

0.251 0.097 0.024 0.8

0.9

1.9

2.8

3.7

5.8

7.8

9.7

11.7

1811

0.433 0.187 0.081 2.6

3.1

6.2

9.3

12.4

19.4

25.9

32.4

38.9

2213

0.635 0.297 0.189 6.0

7.2

14.5

21.7

29.0

45.3

60.4

75.4

90.5

2616

0.948 0.407 0.386 12.3

14.8

29.6

44.4

59.3

92.6

123.5

154.3

185.2

3019

1.380 0.587 0.810 25.9

31.1

62.2

93.3

124.4

194.4

259.2

324.0

388.8

3622

2.020 0.774 1.563 50.0

60.0

120.1

180.1

240.2

375.2

500.3

625.4

750.5

2.660 1.400 3.724 119.2

143.0

1191.6

1489.6

1787.5

4229

286.0

429.0

572.0

893.8

RM Cores, Ferroxcube-Philips

RM5 RM6 RM8 RM10 RM12 RM14

0.250 0.095 0.024 0.8 0.370 0.155 0.057 1.8 0.630 0.310 0.195 6.2 0.970 0.426 0.413 13.2 1.460 0.774 1.130 36.2 1.980 1.100 2.187 69.7

0.9 2.2 7.5 15.9 43.4 83.6

1.8 4.4 15.0 31.7 86.8 167.3

2.7 6.6 22.5 47.6 130.2 250.9

3.6 8.8 30.0 63.5 173.6 334.5

5.7 13.8 46.9 99.2 271.2 522.7

7.6 18.4 62.5 132.2 361.6 697.0

9.5 22.9 78.1 165.3 452.0 871.2

11.4 27.5 93.7 198.3 542.4 1045.4

PQ Cores,Magnetics, Inc.

51.2

0.620 0.256 0.159 5.1 0.620 0.384 0.238 7.6 1.190 0.322 0.383 12.3 1.180 0.502 0.592 19.0 1.700 0.470 0.799 25.6 1.610 0.994 1.600 1.960 1.590 3.116 99.7 2.010 2.4905.005

160.2

6.1 9.1 14.7 22.7 30.7 61.5 119.7 192.2

12.2 18.3 29.4 45.5 61.4 122.9 239.3 384.4

18.3 27.4 44.1 68.2 92.0 184.4 359.0 576.6

24.4 38.1 58.9 91.0 122.7 245.8 478.7 768.8

38.1 50.8 92.0 142.2 191.8 384.1 747.9 1201.2

50.8 63.5 122.6 189.6 255.7 512.1 997.2 1601.6

63.5 95.2 153.3 236.9 319.6 640.1 1246.6 2002.0

76.2 114.3 183.9 284.3 383.5 768.2 1495.9 2402.4

42016 42020 42620 42625 43220 43230 43535 44040

Trang 49

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

-Table:Maximum Available Output Power in Half- or Full-Bridge Converter Topology

Core

24Khz

200Khz

250Khz

300Khz

Output power in watts at ( Ae, Ab :cm2; f: Khz) 150Khz

48Khz

96Khz

72Khz

Ae.Ab 20Khz

EE Core. Ferroxcube-Philips

3.7 8.0 16.0 24.8 60.3 100.5 195.2 348.1 455.5 346.2 1067.5 778.5

7.4 15.9 31.8 49.3 120.1 200.1 388.6 693.1 906.7 689.2 2125.1 1569.7

11.2 23.9 47.8 74.1 180.4 300.6 583.8 1041.2 1362.2 1035.5 3192.5 2358.2

14.9 31.8 63.6 98.7 240.2 400.2 777.2 1386.2 1813.4 1378.5 4250.1 3139.3

23.2 49.7 99.4 154.2 375.3 625.4 1214.6 2166.2 2834.0 2154.3 6642.0 4906.1

30.9 66.3 132.5 205.6 500.4 833.9 1619.4 2888.4 3778.7 2872.4 8856.1 6541.5

38.7 82.9 165.7 257.0 625.6 1042.4 2024.3 3610.4 4723.4 3590.5 11070.1 8176.9

46.4 99.5 198.8 308.4 750.7 1250.8 2429.1 4332.5 5668.1 4308.6 13284.1 9812.3

814E250 O.202 0.171 0.035 3.1 813E187 O.225 0.329 0.074 6.6 813E343 0.412 0.359 0.148 13.3 812E250 0.395 0.581 0.229 20.6 782E272 0.577 0.968 0.559 50.0 0.810 1.149 0.931 83.4 E375 E21 1.490 1.213 1.807 161.9 783E608 1.810 1.781 3.224 288.8 783E776 2.330 1.810 4.217 377.9 2.340 1.370 3.206 287.2 E625 3.530 2.800 9.884 885.6 E55 3.380 2.160 7.301 654.2 E75

EC Core ,Ferroxcube-Philips

EC35 EC41 EC52

0.843 0.968 0.816 73.1 0.971 1.220 1.185 146.4 1.800 2.130 3.834 343.5

88.1 176.4 414.1

175.4 351.2 824.3

263.6 527.6 1238.4

350.9 702.4 1648.6

548.4 1097.7 2576.4

731.2 1463.6 3435.3

913.9 1829.5 4294.1

1096.7 2195.4 5152.9

ETD Core, Ferroxcube-Philis

EC70 ETD29 ETD34 ETD39 ETD44 ETD49

2.790 4.770 13.308 1192.4 0.760 0.903 0.686 61.5 0.971 1.220 1.185 106.1 1.250 1.740 2.175 194.9 1.740 2.130 3.706 332.1 2.110 2.710 5.718 183.0

1437.3 74.1 127.9 234.9 400.3 219.6

2861.3 147.6 254.7 467.6 796.8 439.2

4298.6 221.7 382.6 702.5 1197.1 658.7

5722.6 295.1 509.4 935.3 1593.7 878.3

8943.2 461.2 796.1 146.6 2490.6 1372.3

11924.2 614.9 1061.4 1948.8 3320.8 1829.8

14905.3 768.6 1326.8 2436.0 4150.9 2287.2

17886.4 922.4 1592.1 2923.2 4981.1 2744.7

Pot Cores, Ferroxcube-Philips

704 950 1107

0.070 0.022 0.002 0.1 0.101 0.034 0.003 0.3 0.167 0.054 0.009 0.8

0.2 0.4 1.0

0.3 0.7 1.9

0.5 1.1 2.9

0.7 1.5 3.9

1.0 2.3 6.1

1.4 3.1 8.1

1.7 3.8 10.1

2.1 4.6 12.1

Trang 50

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

-Table:Maximum Available Output Power in Half- or Full-Bridge Converter Topology (continued) Output power in watts at ( Ae, Ab :cm2; f: Khz) 150Khz

24Khz

48Khz

96Khz

72Khz

Core

200Khz

250Khz

300Khz

Ae.Ab 20Khz

Pot Cores, Ferroxcube-Philips

1408

0.251 0.097 0.024 2.2

2.6

5.2

7.8

10.4

16.3

21.8

27.2

32.7

1811

0.433 0.187 0.081 7.3

8.7

17.4

26.2

34.8

54.4

72.6

90.7

108.8

2213

0.635 0.297 0.189 16.9

20.4

40.5

60.9

81.1

126.7

169.0

211.2

253.5

2616

0.948 0.407 0.386 34.6

41.7

83.0

124.6

165.9

259.3

345.7

432.1

518.6

3019

1.380 0.587 0.810 72.6

87.5

174.2

261.6

348.3

544.4

725.8

907.2

1088.7

3622

2.020 0.774 1.563 140.1

158.9

336.1

505.0

672.3

1050.7

1400.9

1751.1

2101.3

4229

402.2

1202.9

1601.3

2502.5

3336.7

800.7

4170.9

5005.1

2.660 1.400 3.724 333.7

RM Cores, Ferroxcube-Philips

RM5 RM6 RM8 RM10 RM12 RM14

16.0 10.2 24.7 38.5 131.2 84.0 277.7 177.7 759.4 485.9 1463.6 936.5

21.3 51.4 175.0 370.2 1012.5 1951.5

26.6 64.2 218.7 462.8 1265.6 2439.4

31.9 77.1 262.5 555.4 1518.8 2927.2

0.250 0.095 0.024 2.1 0.370 0.155 0.057 5.1 0.630 0.310 0.195 17.5 0.970 0.426 0.413 37.0 1.460 0.774 1.130 101.3 1.980 1.100 2.187 195.1

2.6 6.2 21.1 44.6 122.0 235.2

5.1 12.3 42.0 88.8 243.0 468.3

7.7 18.5 63.1 133.5 365.0 703.5

PQ Cores,Magnetics, Inc.

42016 42020 42620 42625 43220 43230 43535 44040

0.620 0.256 0.159 14.2 0.620 0.384 0.238 21.3 1.190 0.322 0.383 34.3 1.180 0.502 0.592 53.1 1.700 0.470 0.799 71.6 1.610 0.994 1.600 143.4 1.960 1.590 3.116 279.2 2.010 2.490 5.005 448.4

17.1 35.7 41.4 64.0 86.3 172.8 336.6 540.5

34.1 51.2 82.4 127.4 171.8 344.1 670.0 1076.1

51.3 76.9 123.8 191.3 258.1 516.9 1006.6 1616.6

68.2 102.4 164.8 254.7 343.6 688.1 1340.1 2152.1

106.7 160.0 257.5 398.1 536.9 1075.4 2094.2 3363.3

142.2 213.3 343.3 530.8 715.9 1433.9 2792.3 4484.4

177.8 266.6 429.2 663.4 894.9 1792.4 3490.4 5605.5

213.3 320.0 515.0 796.1 1073.9 2150.9 1488.4 6726.6

Trang 51

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

10.

V min dc D.N p

cma

BΔ

10.

(3-15) Neân Po = 0.0913

A.N= p

min dc 2

TΔ

Töø ñònh luaät Faraday: Vp min =

Vôùi B = 2Bmax , T = 0.4T Neân Vdc min = 10Np.f.Ae.Bmax.10-8

00913

max

Thay Vdc min vaøo (3-15) ta coù:

A.A.f.B D

cma

0014

Po =

A.A.f.B max D

cma

(3-16) Po =

IV. SÖÏ GIA TAÊNG NHIEÄT ÑOÄ CUÛA BIEÁN AÙP

-Nhieät ñoä cuûa bieán aùp taêng cao hôn nhieät ñoä cuûa moâi tröôøng laø do phuï thuoäc vaøo toån hao loõi, toån hao doøng vaø beà maët taûn nhieät cuûa bieán aùp. Khoâng khí thoåi qua bieán aùp coù theå laøm giaûm söï gia taêng nhieät ñoä ñaùng keå.

-Ñeå tính toaùn söï gia taêng nhieät ñoä ngöôøi ta döïa vaøo moät soá ñöôøng ñaët tính

kinh nghieäm cuûa ñieän trôû nhieät treân tieát dieän beà maët taûn nhieät.

-Ñieän trôû nhieät Rt

-Söï gia taêng nhieät ñoä: dT

-Toån hao coâng suaát: P

dT = P.Rt

- Ñöôøng ñaëc tính ñieän trôû nhieät cuûa boä taûn nhieät ñoái vôùi toång dieän tích beà

Trang 53

maët ñöôïc minh hoaï ôû hình sau :

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

PHAÀN B

PHAÀN THIEÁT KEÁ

Trang 54

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

I.SÔ ÑOÀ KHOÁI CUÛA BOÄ NGUOÀN:

110-220VAC

BAÛO VEÄ QUAÙ AÙP

DAÏO ÑOÄNG SOÙNG VUOÂNG

BAÛO VEÄ QUAÙ DOØNG

BIEÁN AÙP XUNG

CHÆNH LÖU VAØ LOÏC

5V/10A

+15V/3A

-15V/3A

Trang 55

CHÆNH LÖU CAÀU VAØ LOÏC

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

-KHOÁI CHÆNH LÖU CAÀU VAØ LOÏC: Duøng ñeå bieán ñoåi ñieän xoay chieàu thaønh ñieän naêng moät chieàu vaø laøm phaúng ñieän aùp hay doøng ñieän moät chieàu ôû ngoû ra chænh löu.

-DAO ÑOÄNG SOÙNG VUOÂNG : Duøng ñeå bieán ñoåi ñieän aùp DC thaønh

ñieän aùp AC taàn soá cao.

-BIEÁN AÙP XUNG: Duøng ñeå caûm öùng ñieän aùp AC sô caáp sang thöù caáp

theo tæ soá doøng daây giöõa cuoän sô caáp vaø caùc cuoän daây thöù caáp.

-CHÆNH LÖU VAØ LOÏC: Chænh löu ñieän aùp xoay chieàu taàn soá cao ra

ñieän aùp moät chieàu vaø ñöôïc loïc phaúng ñeå taïo ra caùc möùc ñieän aùp ngoõ ra.

-KHOÁI BAÛO VEÄ QUAÙ DOØNG: Duøng ñeå taét boä dao ñoäng khi coù hieän

töôïng quaù doøng.

-KHOÁI BAÛO VEÄ QUAÙ AÙP : Duøng ñeå taét dao ñoäng khi coù hieän töôïng

quaù aùp

II.TÍNH TOAÙN , THIEÁT KEÁ BIEÁN AÙP XUNG :

-Yeâu caàu thieát keá :

-Coâng suaát ra :

P out = 5.10 + ( 15.3 )2=140W

-Nhö vaäy coâng suaát ra cuûa boä nguoàn laø 140W .Tra baûng ta choïn taàn soá

dao ñoäng f=62KHz

-Töø nhöõng phaân tích ôû chöông II , ta ñaõ choïn Half-Bridge converter ñeå

thieát keá nguoàn oån aùp xung.

1.Coâng suaát vaøo:

Pin =Pout / eff vôùi eff laø hieäu suaát

-Giaû söû hieäu suaát cuûa boä nguoàn laø 80%.

Pin=140 / 0,8= 175 W

2.Ñieän theá naén ngoõ vaøo :

Khi nguoàn xoay chieàu ngoõ vaøo laø :

 110V:Thì maïch hoaït ñoäng nhö maïch nhaân ñoâi ñieän aùp

-Nöûa chu kyø ñaàu :Ñieän aùp ñænh do tuï C1 naïp

( 94/1 ) VP =1,41 .110 -1=154V

Trang 56

-Nöûa chu kyø sau :Tuï C2 cuõng naïp vôùi möùc VP

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

-Vaäy ôû caû moät chu kyø: Vdc=Vc1+Vc2=154+154=308V ( 94/1 )

 220V:Ñieän aùp DC chænh löu ñænh :Vdc=(1,41. 220)-2=308V

3.Tính toaùn soá doøng daây sô caáp :

(

- 2/Vdc

10 .

Ta coù

=N p

1)(0.8T/2) dB.Ae

(2.7/1)

Vôùi T=1/f. vôùi f=62 KHz

Ae=1,11 cm2 :tieát dieän loõi

( 308

-Choïn dB=1600 Gausse

=N p

10 . 3

- 2/ .11,1

1)(0.8T/2) 1600 10.62.

= 55,57 voøng

-Choïn NP= 56 voøng

4.Giaù trò doøng ñieän:

13,3

-Doøng san baèng ñænh:

Po Vdc

.13,3

140

Ipft(half-bridge) = (3.1/1)

43.1=

308

Ipft(half-bridge) =

.79,2

140

-Doøng ñieän gôïn soùng sô caáp:

308

Irms(p) = =

Irms(p) = 1.27A

5.Tieát dieän daây sô caáp:

1395

Po.

Ta coù :

Vdc

(3.3/1) Atcm=

1395

140

Vôùi Atcm laø tieát dieän daây (circular mils) (1 in2 =  /4.10-6 circular mils)

. 308

Trang 57

= 634 (circular mils) Atcm =

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

Ati = Atcm ( /4) 10-6 (258/1)

255,0

10.

N.A tcm (7.15/1) Abi =

Vôùi Ati : tieát dieän daây (in2)

Abi : tieát dieän khung (in2)

Vaäy:

634 255,0

56. 610.

= 0,14 ( in2) Abi =

A.2,0 Np

= (7.14/1) A ti

At = Ati . 6,45 .16 ( cm2 )

( 1 inch = 2,54 cm )

At = 0,0033 cm2 = 0,33 mm2

Maø At =  d2/4

Vaäy ñöôøng kính daây sô caáp d = 0,65 mm

(

1)-

1]-

6.Soá doøng daây thöù caáp:

V dc 2

N N

2.T T

V(5) = [ (2.2/1)

vôùi N5S: soá doøng daây thöù caáp (5v)

1)-

Ton = 0,8T / 2

5S – 1) . 0,8 = 2,7 voøng

308 2

N 56

V(5) = ((

Choïn N5S = 3 voøng

Vdc – 1) 2

N N

V(15) = (( – 1) . 2Ton / T

Vôùi N15S : soá voøng daây thöù caáp ( 15v )

N15S = 7,3 voøng

Choïn N15S = 8 voøng

Ta coù doøng ñieän gôïn soùng thöù caáp :

Trang 58

Is(rms) = 0,632 . Idc

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

Idc : doøng moät chieàu ngoõ ra +5V/10A

Is(rms) = 0,632 . 10 = 6,32 A

7.Tieát dieän daây thöù caáp:

Tieát dieän daây thöù caáp : Ascm =316.I+

5V/10A : vôùi Ascm (circular mils)

Ascm = 316 . 10 = 3160

Tieát dieän daây tính baèng in2

Asi = 3160 .  /4 . 10-6 = 0,00248 in2

Tieát dieän daây tính baèng cm2

Asc = Asi . 6,45 . 10 = 0,0159 cm2

Tieát dieän daây tính baèng mm2 Asm = 1,59 mm2 Maø Asm =  d2/4 =>d = 1,4 mm

Vaäy ñöôøng kính daây thöù caáp (5V/10A) : d = 1,4 mm

15V/3A :

Ta coù Is(rms) = 0,632 . 3 = 1,896 A

Ascm = 316 . 3 = 948

Tieát dieän daây tính baèng in2

Asci = 948 . ( /4) . 10-6 = 0,000744 in2

Tieát dieän daây tính baèng cm2

Asc = Asi . 645.16 = 0,00479 cm2

Tieát dieän daây tính baèng mm2 Asm = 0,479 mm2

Ñuoøng kíng daây d = 0,78 mm

8.Tieát dieän khung quaán daây : Abi = 0,14 in2 => Abi = 0,14 . 6,4516 = 0,9 cm2

III.THIEÁT KEÁ BOÄ LOÏC NGOÛ RA ;

A-5V/10A :

-Cuoän loïc ngoû ra(Lo)

Trang 59

Lo= 0,5.V0 .T / I0

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

Vôùi V0 = Vdc . ÔÛ ngoû ra : Vo = 5V

T = 1/f ; f = 62 KHz

Ion = Idc = 10 A

0,5 . 5

=> Lo = = 4 H

10 . 62 . 103

-Tuï loïc ngoû ra (Co)

Ta coù : dI = 2 . Idc min

Vôùi Idc min = 1/10 . Idc

Bieân ñoä doøng ñieän ñænh ñænh gôïn soùng cuûa cuoän daây : dI = 2 A

Ñieän aùp goän soùng ñænh ñænh Vr = Ro . dI

Ro : Ñieän trôû töông ñöông

Ro thöôøngng raát nhoû, choïn Ro = 0,05

Vr = 0,05 . 2 = 0,1 V

Co = 80 . 16-6 . dI / Vr = 1600 F

B- 15 V / 3A :

Cuoän loïc ngoû ra : Lo

0,5 . Vo . T 0,5 . 15

Lo = = = 40 H

Io 3 . 62 . 103

Vôùi Ion = Idc = 3A

T = 1/f ; f = 62 KHz

Tuï loïc ngoû ra Co :

Ta coù dI = 2 . Idc min

Vôùi Idc min = Idc/10

dI = 0,6 A

Ñieän aùp gôïn soùng ñænh : Vr = Ro . dI

Choïn Ro = 0,05  : Ñieän trôû tuong ñuong

Trang 60

Vr = 0,05 . 0,6 = 0,03 V

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

80 . 10-6 . di 80 . 10-6 . 0,6

Co = = = 1600 F

Vr 0,03

Choïn C = 1600 F

IV.THIEÁT KEÁ MAÏCH NAÉN LOÏC NGOÛ VAØO :

1.CAÀU DIODE :

Maïch naén loïc ngoõ vaøo ñuôïc thieát keá theo maïch nhö hình veõ

Ñieän aùp nguoàn löôùi ñaët tröïc tieáp vaøo caàu naén neân 4 diode phaûi chòu

ñieän aùp ngöôïc cao.

Trò soá ñænh cuûa ñieän aùp laø : Vp = 220 . 1,414 = 311 V

Trò soá ñænh cuûa ñieän aùp nguoïc ñaët leân moãi diode laø :

Vin = 311 . 1,57 = 448 V

Neáu döï tröõ theâm 10% thì ta caàn choïn caùc diode chòu ñuoïc aùp nguôïc cho

pheùp laø 600 V.

Töø nhaän xeùt treân ta thaáy Diode 1N4007 laø thích hôïp, vì noù coù ñieän aùp

nguôïc Vin = 1000V

Doøng ñieän baûo hoøa nguoïc Is = 5 A

Doøng ñieän thuaän cöïc ñaïi IF max = 1 A

Diode 1N4007 laø loaïi diode thoâng duïng, coù nhieàu treân thò tröôøng, giaù

kinh teá. Neân ta choïn caàu Diode laø 1N4007.

2.Tuï loïc :

Vì ñaây laø maïch oån aùp xung , neân ñieän aùp ngoõ ra ñöôïc loïc ôû ngoõ ra, neân

vaán ñeà loïc ngoõ vaøo coù ñoä gôïn soùng cao vaø coù theå leân ñeán 25 – 40 %.

ta coù : 1

 =

2 3 f R C

vôùi  : ñoä gôïn soùng ( % )

C = = 192,45  F

Trang 61

2 3fRC

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

vôùi  = 30 % , f = 50 Hz , R = 100 K

Thöïc teá ta choïn C = 220 F

V.MAÏCH ÑIEÀU KHIEÅN :

Maïch ñieàu khieån ñoä roäng xung vôùi taàn soá coá ñònh ñuoïc xaây döïng ñeå thöïc hieän vieäc ñieàu khieån trong boä nguoàn switching. Noù ñuoïc thieát keá theo töøng khoái rôøi hay ñöôïcc tích hôïp trong caùc IC .

Neáu thieát keá theo töøng khoái rôøi thì boä nguoàn seõ phöùc taïp, ñoä chính xaùc khoâng cao ,dieän tích chieám choå lôùn . Vì vaäy ta choïn IC ñeå khaéc phuïc caùc nhöôïc ñieåm treân.

Coù nhieàu loaïi IC ñieàu khieån ñoä roäng xung nhö :SG 1524,UC 1846, TL 494, TL 495....Nhöng TL 494 coù nhieàu treân thò tröôøng, giaù thaønh reû, neân ta choïn IC TL 494.

Moâ taû IC TL 494 :

IC TL 494 bao goàm boä dao ñoäng raêng cöa tuyeán tính vôùi taàn soá ñöôïc

xaùc ñònh bôûi 2 thaønh phaàn beân ngoaøi laø RT vaø CT

Taàn soá dao ñoäng : f = 1,1 / ( RT . CT )

Ngoû ra cuûa maïch ñieàu cheá ñoä roäng xung ñöôïc thöïc hieän bôûi söï so saùnh soùng raêng cöa vôùi 2 tín hieäu ñieàu khieån ñöa ñeán coång NOR vaø sau ñoù suaát ra 2 transistor Q1 vaø Q2 .Tín hieäu suaát ra ñeán Q1,Q2 chæ xaûy ra khi tín hieäu raêng cöa lôùn hôn so vôùi 2 tín hieäu vaøo . Vì theá vieäc taêng bieân ñoä tín hieäu ñieàu khieån seõ laøm giaûm ñoä roäng xung ra ( xin tham khaûo sô ñoà veõ daïng soùng cuûa IC TL494 )

Tín hieäu ñieàu khieån 1 beân ngoaøi ñöa vaøo ñuoïc cung caáp cho maïch dead-time .Tín hieäu ñieàu khieån 2 ñöôïc ñöa vaøo maïch khueách ñaïi sai leäch hoaëc ngoû vaøo feedback .

Maïch so saùnh ñieàu khieån ñoä roäng xung seõ so saùnh ñieän aùp ñöa töø beân ngoaøi vaøo ñeå cho ra 1 xung coù ñoä roäng xung tuøy thuoäc vaøo ñieän theá ngoû vaøo.Thôøi gian hoaït ñoäng cuûa xung tuøy thuoäc vaøo thôøi gian dead-time vaø ñoä roäng xung cuûa maïch so saùnh PWM.

IC TL 494 coù 1 ñieän theá oån aùp beân trong laø 5V vôùi doøng laø 10 mA vaø

ñöôïc ñöa ra chaân soá 14 ñeå laøm ñieän aùp chuaån

Trang 62

Nhö ñaõ noùi ôû treân taàn soá dao ñoäng ñöôïc ñònh bôûi RT vaø CT ,thöïc teá treân maïch laø C36 vaø R36 vaø fosc = 62 KHz

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

Ta coù

1 36C.36R

fosc = = 62 KHz

Choïn R36 = 18 K

Thay caùc giaù trò vaøo ta ñuoïc C36 = 958 pF = 1000 pF

Doøng IC 494 laø 10 mA vaø aùp cuûa noù cung caáp cho maïch laø 5V

R42 = 5/10 = 0,5 K

Choïn R42 = 1K

Q3 ( C 945 ) vaø Q4 ( C 945 ) laø 2 transistor ôû taàng driver :

C 945 coù ñaëc tính kyõ thuaät sau :

BVCBO = 70 V

BVCEO = 70 V

BVEBO = 4 V

Tính R18 ,ta coù :

R18

VBQ4 = Vcc

R17 + R18

Khi Q4 daån ,ta coù VBQ4 = 0,6 V , Vcc = 5 V

Choïn R18 = 1 K

Thay caùc giaù trò treân vaøo coâng thöùc ta ñuoïc

R17 = 4,2 K

Choïn R17 = 3,9 K

Baèng caùch duøng 2 coâng thöùc treân aùp duïng cho Q3 vôùi 2 ñieän trôû phaân cöïc

laø R21 vaø R19 ( choïn R21 = 3,9 K ) ta coù : R19 = 1,2 K

Thöïc teá choïn R19 = 1,5 K

Aùp duïng cho Q6 ta cuõng ñuoïc keát quaû

R39 = 39 K

R40 = 1 K

Thoâng soá kyõ thuaät cuûa transistro A 733 ( Q5 )

Trang 63

BVCBO = 100

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

BVCEO = 80

BVEBO = 5

Ic max = 0,5 A

P = 0,5 W ,  =120

-ÔÛ cheá ñoä Q5 baét ñaàu daån thì doøng Ic = 0,12 mA neân ta cuõng coù

IBQ5 = Ic /  = 1 mA

Neân R41 = ( 5-VBEQ1 ) / IBQ1

Vôùi VBEQ1 = 0,2 V =>IBQ1 = 1 mA

-Thay caùc giaù trò vaøo ta ñöôïc : R41 = 4,8 K

-Thöïc teá choïn R41 = 4,7 K

-Tính tuï lieân laïc C5:

Ta coù : Ipft . 0,8 T/2 Ipft . 0,8 .T/2

C5 = =

dV 10 % . VCQ1

Vôùi Ipft = 1,42 A ( tính toaùn ôû phaàn ñaàu )

VCQ1 = 150 V

=> C5 = 0,6 F

Choïn C5 = 1 F

VI.TRANSISTOR NGAÉT DAÃN :

Vì ñaây laø cheá ñoä Half-Bridge converter neân ñieän aùp nguoïc C-E laø :

VBCE = 220 . 1,414 . 1,21 = 376,5 V

Trong ñoù 1,21 laø heä soá döï phoøng ,neân ta choïn transistor coù ñieän aùp nguoïc

naèm trong khoaûng naøy .

Theo lyù luaän treân ta choïn transistor C 4242 vì caùc thoâng soá cuûa C 4242

ñaùp öùng ñöôïc yeâu caàu treân

Thoâng soá kyõ thuaät cuûa C 4242 laø :

VCBO = 700 V

VEBO = 9 V

VCEO = 4000 V

Trang 64

I = 2 A

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

Heä soá  = 20

Bình thöôøng khi Q1 chöa daãn thì noù ñaõ coù 1 ñieän theá moài töø 0,2 ñeán 0,4 V ñeå chæ caàn kích moät ñieän theá nhoû töông öùng laø 0,4 V hay 0,2 V laø transisitor seõ daãn .Bình thöôøng doøng taïi cöïc B cuûa Q1 ôû cheá ñoä moài naøy raát nhoû , khoaûng vaøi microA neân ñeå doøng chính qua R6 phaân cöïc cho Q1 thì doøng qua noù phaûi lôùn gaáp nhieàu laàn so vôùi 0,2 A . Ñaây chính laø doøng phaân cöïc cho Q1

IBQ1 = 0,2 . 100 = 0,2 mA

Luùc naøy : R6 = UBEQ1/IBQ1 = 0.6 / 0.2 = 3 K

Thöïc teá choïn R6 = 2,7 K

Tính R9 : Ta coù

VCQ2 . R9

VBQ2 =

R7 + R9

Choïn R7 = 330 K , UBQ2 = 0,6 V

Thay caùc soá vaøo coâng thöùc ta ñuoïc R9 = 2,1 K

Trang 65

Thöïc teá choïn R9 = 2,7 K

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

Trang 66

SÔ ÑOÀ NGUYEÂN LYÙ

Nguyeãn Vaên Ñöùc

Luaän vaên toát nghieäp

-NGUYEÂN LYÙ HOAÏT ÑOÄNG CUÛA BOÄ NGUOÀN OÅN AÙP

XUNG 5V/10A,  15V/3A :

--Khi cung caáp nguoàn ñieän AC vaøo , nguoàn ñieän vaøo ñöôïc D5 naén vaø taïo ñieän aùp moài thoâng qua R4, ñeán cöïc B cuûa Q1( C4242) laøm Q1 daãn taïo moät ñieän theá caûm öùng qua cuoän thöù caáp cuûa bieán aùp xung nhôø D14 naén vaø tuï loïc C19 loïc taïo thaønh ñieän aùp ñöa ñöa vaøo chaân soá 12 cuûa IC TL494 vaø laøm cho IC494 ± dao ñoäng vaø ñöa ñieän aùp dao ñoäng cho Q3 ( C945) kích thích dao ñoäng cho Q1 vaø Q2.

-Nhôø xung Dead-Time Q2 daãn laøm cho ñieän theá thöù caáp cuûa bieán aùp

xung ra cao.

-IC TL494 laø IC ñieàu khieån ñoä roäng xung .Nguyeân lyù ñieàu roäng xung

cuûa noù ñöôïc giaûi thích nhö sau:

+Chaân soá 2 ñöôïc cung caáp ñieän aùp VREF =2,5V.

+Chaân soá 1 ñöa ñieän aùp doø sai laáy töø Vout ra .

+Chaân soá 4 ñöôïc aùp vaøo ñieän theá ñeå khoáng cheáthôøi gian Dead –

Times khoaûng 0,4V .

-Ñieän aùp ngoõ ra phaûn hoài veà so saùnh vôùi ñieän aùp chuaån . Neáu coù söï sai leäch thì tín hieäu ngoõ ra boä khueách ñaïi sai leäch seõ ñieàu khieån ñoä roäng xung ôû ngoõ ra chaân 9 vaø chaân 10 cuûa IC TL494 .Tín hieäu ôû ngoõ ra 2 chaân naøy phaûn hoài veà kích cho Q3 vaø Q4 daãn hay ngaét ñeå ñieàu khieån thôøi gian Ton cuûa 2 Transistor giao hoaùn Q1 vaø Q2.

 Maïch baûo veä quaù doøng vaø quaù aùp:



Baûo veä quaù doøng : Vì moät lyù do naøo ñoù maø doøng ñieän ngoõ ra taêng leân ñoät ngoät ( cao hôn doøng ñieän ñònh möùc ).Doøng naøy qua ñieän trôû 1K ,vaø laøm phaân cöïc ñieän aùp D5 .Luùc naøy xuaát hieän ñieän aùp phaân cöïc cho Q6  laøm Q6 daãn  Q5 daãn taïo ra moät ñieän theá 5V taïi chaân 4 cuûa IC 494 .nhìn vaøo caáu taïo beân trong cuûa IC ,ta thaáy chaân 4 cuûa noù laø 5V ñieàu naøy coù nghóa laø ngoõ ra maïch so saùnh Dead Times laø 5V (töông ñöông möùc 1 ) luùc naøy seõ khoâng coù dao ñoäng ngoõ ra  Maïch töï cuùp laïi khoâng hoaït ñoäng.



Trang 67

Baûo veä quaù aùp: Vì moät lyù do naøo ñoù ñieän aùp ngoõ vaøo taêng cao hôn giaù tri ñònh möùc .Thì ñieän aùp phía thöù caáp cuõng taêng cao vaø laøm phaân cöc D6 ,luùc naøy cuõng xuaát hieän ñieän aùp phaân cöïc cho Q6 .Baèng caùch lyù luaän töông töï nhö phaàn baûo veä quaù doøng Maïch töï cuùp laïi (khoâng hoaït ñoäng nöõa).