Bài giảng Điện tử công suất - Chương 3: Biến đổi DC (Phần 2)

CHƯƠNG3:BINĐIDC GI ỚI THI ỆU o GIITHIU
Ở trên ta xét đến trường hợp dòng liên o CÁCBBINðIDÒNGKHÔNGLIÊNTC tục: là dòng trong cuộn cảm lúc nào cũng 1. Mch bin ñi gim áp có trị dương trong toàn chu kỳ. (BuckConverter)
Dòng liên tục không phải là điều kiện cần 2. Mch bin ñi tăng áp để bộ chuyển đổi hoạt động. Một cách phân (BoostConverter) giải khác cần thiết là trường hợp dòng 11:55 AM 1 không11:55 AM liên tục. 2 GI ỚI THI ỆU GI ỚI THI ỆU • Sơ ñ dng sóng
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 Dạng sóng dòng điện và điện áp của cuộn dây xả hết trong giai đoạn cuối của mạch Boost converter hoạt động ở chế độ không liên tục. chu kỳ. 11:55 AM 3 11:55 AM 4 1 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 nó cũng tạo nên sự o i • Dòng Io đi qua tải bằng với dòng đi diode D: khác biệt. Dòng 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, dòng 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, dòng IL giảm về 0 • Từ biểu thức trên ta thấy điện áp Vout của chế độ không liên tục không những phụ thuộc vào chu kỳ (V −V )δT sau khoảng thời gian δ.T : I + i o = 0 mà còn 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 CÁCBBINĐIDÒNGKHÔNGLIÊNTC • Giới hạn của Boostconverterhoạt động ở 1. Mch bin ñi gim áp chế độ liên tục và không liên tục: • Sơ ñ 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 CÁCBBINĐIDÒNGKHÔNGLIÊNTC CÁCBBINĐIDÒNGKHÔNGLIÊNTC 1. Mch bin ñi gim áp 1. Mch bin ñi gim áp • Ch ñ ON • Ch ñ OFF Khi S đóng, do diode phân cực nghịch nên Khi bật hở, diode trở nên phân cực thuận nên ngưng, ta có dòng điện chạy qua cuộn cảm. dẫn, và do đó cho dòng 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 có 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 CÁCBBINĐIDÒNGKHÔNGLIÊNTC CÁCBBINĐIDÒNGKHÔNGLIÊNTC 1. Dngsóngmchbinñigimáp 1. Dngsóngmchbinñigimáp 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 CÁCBBINĐIDÒNGKHÔNGLIÊNTC CÁCBBINĐIDÒNGKHÔNGLIÊNTC 1. Dngsóngmchbinñigimáp 1. Dngsóngmchbinñigimáp 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 CÁCBBINĐIDÒNGKHÔNGLIÊNTC CÁCBBINĐIDÒNGKHÔNGLIÊNTC 1. Mch bin ñi gim áp 1. Mch bin ñi gim áp TON δT Hoạt động thường trực đòi hỏi dòng điện • Dng sóng S Hệ thức giữa dòng t cuộn cảm tại cuối chu kỳ giao hoán bằng với v DT T L trị số tại lúc bắt đầu nghĩa là sự thay đổi tổng cuộn cảm và dòng vi v v i o cộng trong dòng cuộn cảm trên 1 chu kỳ là nguồn được tính t trước hết là cho điện Vo bằng không: 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 không  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 CÁCBBINĐIDÒNGKHÔNGLIÊNTC CÁCBBINĐIDÒNGKHÔNGLIÊNTC 1. Mch bin ñi gim áp 1. Mch bin ñi gim áp V δT V • Dòng 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 dòng bắt đầu bằng không, dòng cực đại bằng  RT  với sự thay đổi dòng trong suốt thời gian bật S đóng. Giới hạn giữa dòng liên tục và không liên tục xảy Khi bật đóng, 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 dòng liên tục và không liên tục là Imin V −V V δT • Dòng I :  i 0  0 max I max = iL =  DT = = 0  L  L 11:55 AM 17 11:55 AM 18 CÁCBBINĐIDÒNGKHÔNGLIÊNTC CÁCBBINĐIDÒNGKHÔNGLIÊNTC 2. Mch bin ñi tăng áp 2. Mch bin ñi tăng áp • Sơ ñ nguyên lý • Ch ñ ON L D1 Khi S đóng, diode phân cực nghịch nên Diode Schottky + + ngưng, dòng 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 CÁCBBINĐIDÒNGKHÔNGLIÊNTC CÁCBBINĐIDÒNGKHÔNGLIÊNTC 2. Mch bin ñi tăng áp 2. Mch bin ñi tăng áp TON δT • Ch ñ OFF S t Khi S hở, diode phân cực thuận nên dẫn cho DT T v dòng 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 CÁCBBINĐIDÒNGKHÔNGLIÊNTC CÁCBBINĐIDÒNGKHÔNGLIÊNTC 2. Mch bin ñi tăng áp 2. Mch bin ñi 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 CÁCBBINĐIDÒNGKHÔNGLIÊNTC CÁCBBINĐIDÒNGKHÔNGLIÊNTC 2. Mch bin ñi tăng áp 2. Mch bin ñi tăng áp TON T TON δT δ S • Dng sóng S t t DT T DT T v vL L Do sự thay đổi tổng v vi i cộng dòng điện chạy t t qua cuộn cảm khi S ViVo ViVo i iL L I ILmax đóng và khi S hở là Lmax I IL L t bằng không: t i ii iL()()ON + iL OFF = 0 i t t 11:55 AM 25 11:55 AM 26 CÁCBBINĐIDÒNGKHÔNGLIÊNTC CÁCBBINĐIDÒNGKHÔNGLIÊNTC 2. Mch bin ñi tăng áp 2. Mch bin ñi tăng áp 1  1  1 • Dòng điện trung bình qua diode: I D =  I maxδT  = I maxδ Ở hoạt động thường trực, sự thay đổi tổng T  2  2 cộng dòng trong cuộn cảm phải bằng không, Vi DT • Dòng 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 CÁCBBINĐIDÒNGKHÔNGLIÊNTC NGDNG
Giới hạn giữa dòng liên tục và không 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 bộ biến đổi xung áp một chiều là khi Imin = 0. cũng chính là tải của sơ đồ chỉnh lưu nhưng bộ
Khi bộ chuyển đổi tăng thế hoạt động biến đổi lại làm việc với nguồn một chiều. Vì vậy, theo kiểu dòng liên tục hay không liên tục phạm vi ứng dụng của hai bộ biến đổi thật sự tùy thuộc vào sự tổ hợp thông số mạch bao gồm tỉ số định dạng D. Khi D thay đổi với không trùng nhau. Các ứng dụng của bộ biến đổi một bộ chuyển đổi tăng thế cho sẵn thay xung áp một chiều có thể chia làm hai nhóm: đổi có thể đi vào hay đi ra khỏi kiểu không
Sử dụng nguồn một chiều áp không đổi liên tục.
Sử dụng nguồn một chiều chỉnh lưu diode từ 11:55 AM 29 lưới11:55 AM xoay chiều công nghiệp 30 NHHƯNGLINHKINLÊNDNGSÓNG NHHƯNGLINHKINLÊNDNGSÓNG Khi linh Sử dụng mạch sửa dạng sóng kiện không R1 L S 1k G lý tưởng L1 D3 R2 1uH 1k D2 R dạng sóng C D1 C1 ra có dạng 1uF như hình 11:55 AM 31 11:55 AM 32 8 NHHƯNGLINHKINLÊNDNGSÓNG Dạng sóng ra sau khi quamạch sửa dạng sóng BCPðINDC CƠBN 11:55 AM 33 11:55 AM 34 9