Điện tử công suất - Chương học 3: Biến đổi DC

Nội dung text: Điện tử công suất - Chương học 3: Biến đổi DC

1. CHƯƠNG3:BINĐIDC GI ỚI THI ỆU o GIITHIU
   Ở trên ta xét đến trường hợp dịng liên o CÁCBBINðIDỊNGKHƠNGLIÊNTC tục: là dịng trong cuộn cảm lúc nào cũng 1. Mch bin đi gim áp cĩ trị dương trong tồn chu kỳ. (BuckConverter)
   Dịng liên tục khơng phải là điều kiện cần 2. Mch bin đi tăng áp để bộ chuyển đổi hoạt động. Một cách phân (BoostConverter) giải khác cần thiết là trường hợp dịng 11:55 AM 1 khơng11:55 AM liên tục. 2 GI ỚI THI ỆU GI ỚI THI ỆU • Sơ đ dng sĩng
   Trong trường hợp năng lượng điện tích trữ trong cuộn dây cung cấp khơng đủ cho tải trong giai đoạn Toff thì sẽ cĩ một khoảng thời gian dịng điện đi qua cuộn dây bằng 0. Điểm khác biệt so với trường hợp trên là Dạng sĩng dịng điện và điện áp của cuộn dây xả hết trong giai đoạn cuối của mạch Boost converter hoạt động ở chế độ khơng liên tục. chu kỳ. 11:55 AM 3 11:55 AM 4 1
2. GI ỚI THI ỆU GI ỚI THI ỆU V D • Từ hai phương trình trên ta tính được: δ = i V −V
   Mặc dù nhỏ nhưng nĩ cũng tạo nên sự o i • Dịng Io đi qua tải bằng với dịng đi diode D: khác biệt. Dịng điện đi qua cuộn dây lúc I L max I = I D = o 2 V DT V D V 2 D 2T bắt đầu chu kỳ là bằng 0, dịng I (với I = i i = i Lmax • Thay ILMax và δ ở trên vào ta được: o 2L Vo −Vi 2L()Vo −Vi V DT t=D.T) là: I = i V V D 2T L max L • Rút gọn ta được: o =1+ i Vi 2LI o
   Trong trạng thái OFF, dịng IL giảm về 0 • Từ biểu thức trên ta thấy điện áp Vout của chế độ khơng liên tục khơng những phụ thuộc vào chu kỳ (V −V )δT sau khoảng thời gian δ.T : I + i o = 0 mà cịn phụ thuộc vào giá trị của cuộn dây, điện áp L max L Vin và Io. 11:55 AM 5 11:55 AM 6 GI ỚI THI ỆU CÁCBBINĐIDỊNGKHƠNGLIÊNTC • Giới hạn của Boostconverterhoạt động ở 1. Mch bin đi gim áp chế độ liên tục và khơng liên tục: • Sơ đ nguyên lý L S + + D C Vo R Vidc Diode Schottky - - • Chức năng các linh kiện: S, L, C, D1, R. • Các giả thiết khi phân giải: 11:55 AM 7 11:55 AM 8 2
3. CÁCBBINĐIDỊNGKHƠNGLIÊNTC CÁCBBINĐIDỊNGKHƠNGLIÊNTC 1. Mch bin đi gim áp 1. Mch bin đi gim áp • Ch đ ON • Ch đ OFF Khi S đĩng, do diode phân cực nghịch nên Khi bật hở, diode trở nên phân cực thuận nên ngưng, ta cĩ dịng điện chạy qua cuộn cảm. dẫn, và do đĩ cho dịng điện cuộn cảm chạy Điện thế cuộn cảm bằng: qua hình. Điện thế qua cuộn cảm khi bật hở: diL diL −V0 diL V = V +V ⇒ V = V −V = L L VL = −V0 = L ⇒ = L i L 0 L i 0 dt S dt dt L S i i −V L = L = 0 + t TOFF L + C C D1 R D1 R di i i V −V Vidc Thời gian OFF chỉ cĩ Vidc L = L = L = i 0 dt t DT L - giá tri trong khoảng δ: - Vi −V0   V0  ⇒ ()iL ()swon =  DT )1( L ⇒ iL()swoff = − δT )2(    L  11:55 AM 9 11:55 AM 10 CÁCBBINĐIDỊNGKHƠNGLIÊNTC CÁCBBINĐIDỊNGKHƠNGLIÊNTC 1. Dngsĩngmchbinđigimáp 1. Dngsĩngmchbinđigimáp TON δT TON δT S S t t vL DT T vL DT T vi vi vivo vivo t t Vo Vo iL iL ILmax ILmax IL IL t t ii ii t t 11:55 AM 11 11:55 AM 12 3
4. CÁCBBINĐIDỊNGKHƠNGLIÊNTC CÁCBBINĐIDỊNGKHƠNGLIÊNTC 1. Dngsĩngmchbinđigimáp 1. Dngsĩngmchbinđigimáp TON δT TON δT S S t t vL DT T vL DT T vi vi vivo vivo t t Vo Vo iL iL ILmax ILmax IL IL t t ii ii t t 11:55 AM 13 11:55 AM 14 CÁCBBINĐIDỊNGKHƠNGLIÊNTC CÁCBBINĐIDỊNGKHƠNGLIÊNTC 1. Mch bin đi gim áp 1. Mch bin đi gim áp TON δT Hoạt động thường trực địi hỏi dịng điện • Dng sĩng S Hệ thức giữa dịng t cuộn cảm tại cuối chu kỳ giao hốn bằng với v DT T L trị số tại lúc bắt đầu nghĩa là sự thay đổi tổng cuộn cảm và dịng vi v v i o cộng trong dịng cuộn cảm trên 1 chu kỳ là nguồn được tính t trước hết là cho điện Vo bằng khơng: iL I (i ) + (i ) = 0 thế trung bình của Lmax L swon L swoff I L V −V  V  t )1( + )2( ⇒  i 0 DT −  0 δT = 0 cuộn cảm bằng khơng  L   L  cho chu kỳ hoạt (V −V )DT −V δT = 0 ⇒ (V −V )DT = V δT ii i 0 0 i 0 0 động. Điện thế cuộn V  D  t 0 =   V D + δ cảm theo hình: i   11:55 AM 15 11:55 AM 16 4
5. CÁCBBINĐIDỊNGKHƠNGLIÊNTC CÁCBBINĐIDỊNGKHƠNGLIÊNTC 1. Mch bin đi gim áp 1. Mch bin đi gim áp V δT V • Dịng điện trung bình qua cuộn cảm: 1 1  0  0 • Thay I vào (3): I max ()D + δ =  ()D + δ = max 2 2  L  R V0 1  1 1  1 I = I = I L =  I max DT + I maxδT  = I max ()D + δ L R R T  2 2  2     1 V0  D   2D  I max ()D + δ = )3( Giải phương trình ta được: V0 = Vi   = Vi Kết hợp lại: 2 R  D + δ   8L   D + D 2 +  • Vì dịng bắt đầu bằng khơng, dịng cực đại bằng  RT  với sự thay đổi dịng trong suốt thời gian bật S đĩng. Giới hạn giữa dịng liên tục và khơng liên tục xảy Khi bật đĩng, điện thế cuộn cảm là: ra khi δ = (1 – D) . Nhớ lại rằng điều kiện xảy ra tại di V −V i i I kết quả là: L = i 0 = L = L = max vL = Vi −V0 dt L t DT DT giới hạn giữa dịng liên tục và khơng liên tục là Imin V −V V δT • Dịng I :  i 0  0 max I max = iL =  DT = = 0  L  L 11:55 AM 17 11:55 AM 18 CÁCBBINĐIDỊNGKHƠNGLIÊNTC CÁCBBINĐIDỊNGKHƠNGLIÊNTC 2. Mch bin đi tăng áp 2. Mch bin đi tăng áp • Sơ đ nguyên lý • Ch đ ON L D1 Khi S đĩng, diode phân cực nghịch nên Diode Schottky + + ngưng, dịng điện qua cuộn L tạo nên điện S C Vo R Vidc thế VL cho bởi: diL diL Vi VL=Vi VL = Vi = L ⇒ = - dt dt L - D1 + i i V • Chức năng các linh kiện: S, L, C, D1, R. C L = L = i Vidc t DT L S R - • Các giả thiết khi phân giải: V DT ()i = i )4( L swon L 11:55 AM 19 11:55 AM 20 5
6. CÁCBBINĐIDỊNGKHƠNGLIÊNTC CÁCBBINĐIDỊNGKHƠNGLIÊNTC 2. Mch bin đi tăng áp 2. Mch bin đi tăng áp TON δT • Ch đ OFF S t Khi S hở, diode phân cực thuận nên dẫn cho DT T v dịng qua cuộn cảm L tạo nên điện thế của L vi cuộn cảm V : t L di di V −V V = V −V = L L ⇒ L = i 0 L i 0 dt dt L ViVo iL VL=Vi-Vo ILmax D1 IL i i V −V t + L = L = i 0 C t δT L Vidc S i (V −V )δT i R ()i = i 0 )5( - L swoff L t 11:55 AM 21 11:55 AM 22 CÁCBBINĐIDỊNGKHƠNGLIÊNTC CÁCBBINĐIDỊNGKHƠNGLIÊNTC 2. Mch bin đi tăng áp 2. Mch bin đi tăng áp TON δT TON δT S S t t DT T DT T vL vL vi vi t t ViVo ViVo iL iL ILmax ILmax IL IL t t ii ii t t 11:55 AM 23 11:55 AM 24 6
7. CÁCBBINĐIDỊNGKHƠNGLIÊNTC CÁCBBINĐIDỊNGKHƠNGLIÊNTC 2. Mch bin đi tăng áp 2. Mch bin đi tăng áp TON T TON δT δ S • Dng sĩng S t t DT T DT T v vL L Do sự thay đổi tổng v vi i cộng dịng điện chạy t t qua cuộn cảm khi S ViVo ViVo i iL L I ILmax đĩng và khi S hở là Lmax I IL L t bằng khơng: t i ii iL()()ON + iL OFF = 0 i t t 11:55 AM 25 11:55 AM 26 CÁCBBINĐIDỊNGKHƠNGLIÊNTC CÁCBBINĐIDỊNGKHƠNGLIÊNTC 2. Mch bin đi tăng áp 2. Mch bin đi tăng áp 1  1  1 • Dịng điện trung bình qua diode: I D =  I maxδT  = I maxδ Ở hoạt động thường trực, sự thay đổi tổng T  2  2 cộng dịng trong cuộn cảm phải bằng khơng, Vi DT • Dịng điện Imax: I max = iL = theo (4) và (5) ta được: L 1 V DT  V V  2L  • Thay Imax vào I : I =  i δ = 0 ⇒ δ =  0   D D 2 L R   (iL )swon + (iL )swoff = 0    Vi  RDT  2 2 Vi DT ()Vi −V0 δT V  V  D RT )4( + )5( ⇒ + = 0 • Thay D1 và rút gọn:  0  −  0  − = 0 L L      Vi   Vi  2L V DT + (V −V )δT = 0 2 i i 0 V 1  2D RT  0 = 1+ 1+  D + δ     Vi 2 L V0 = Vi      δ  11:55 AM 27 11:55 AM 28 7
8. CÁCBBINĐIDỊNGKHƠNGLIÊNTC NGDNG
   Giới hạn giữa dịng liên tục và khơng liên
   Là thiết bị cung cấp nguồn một chiều thay đổi tục khi δ =1 – D. Điều kiện khác tại giới hạn được, các tải của bợ biến đổi xung áp một chiều là khi Imin = 0. cũng chính là tải của sơ đồ chỉnh lưu nhưng bợ
   Khi bộ chuyển đổi tăng thế hoạt động biến đổi lại làm việc với nguồn một chiều. Vì vậy, theo kiểu dịng liên tục hay khơng liên tục phạm vi ứng dụng của hai bợ biến đổi thật sự tùy thuộc vào sự tổ hợp thơng số mạch bao gồm tỉ số định dạng D. Khi D thay đổi với khơng trùng nhau. Các ứng dụng của bợ biến đổi một bộ chuyển đổi tăng thế cho sẵn thay xung áp một chiều cĩ thể chia làm hai nhĩm: đổi cĩ thể đi vào hay đi ra khỏi kiểu khơng
   Sử dụng nguồn một chiều áp khơng đổi liên tục.
   Sử dụng nguồn một chiều chỉnh lưu diode từ 11:55 AM 29 lưới11:55 AM xoay chiều cơng nghiệp 30 NHHƯNGLINHKINLÊNDNGSĨNG NHHƯNGLINHKINLÊNDNGSĨNG Khi linh Sử dụng mạch sửa dạng sĩng kiện khơng R1 L S 1k G lý tưởng L1 D3 R2 1uH 1k D2 R dạng sĩng C D1 C1 ra cĩ dạng 1uF như hình 11:55 AM 31 11:55 AM 32 8
9. NHHƯNGLINHKINLÊNDNGSĨNG Dạng sĩng ra sau khi quamạch sửa dạng sĩng BCPðINDC CƠBN 11:55 AM 33 11:55 AM 34 9