Bài giảng Điện tử công suất - Chương 3: Biến đổi DC (Phần 1)
4. Mạch băm xung áp dùng SCR: Thông thường mạch tải có chứa điện cảm L. Điện cảm này sẽ tích tụ năng lượng điện từ khi dòng io tăng. thường dùng diode hoàn năng lượng D r, đấu song song ngược với mạch tải để tạo đường phóng điện cho khối năng lượng điện từ nói trên, khi dòng io suy giảm. Lúc đầu, dòng tải io= 0. Dòng io được xác lập dần. Qua một vài chu kỳ, dòng io sẽ biến động giữa hai giá trị biên I1 và
Bạn đang xem nội dung tài liệu Bài giảng Điện tử công suất - Chương 3: Biến đổi DC (Phần 1), để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
CHƯƠNG 3: BI N Đ I DC GI ỚI THI ỆU
o GI I THI U
• Dòng liên tục là dòng trong cuộn cảm lúc
o CÁC B BI N ð I DÒNG LIÊN T C nào cũng có trị dương trong toàn chu kỳ.
1. M ch bi n ñ i gi m áp (Buck Converter) • Để có điện áp DC lớn người ta thường
ghép nhiều bộ nối tiếp nhau.
2. M ch bi n ñ i tăng áp (Boost Converter)
• Mạch boost converter có thể tăng điện áp
3. M ch bi n ñ i tăng gi m áp
và thay thế các viên pin.
11:53 AM 1 11:53 AM 2
GI ỚI THI ỆU CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C
1. M ch bi n ñ i gi m áp
• Sơ ñ nguyên lý
• Với hai viên pin ta có thể dùng mạch L
S
Boost converter tăng điện áp lên để sử +
+ D
C Vo R
dụng cho các xe điện và hệ thống đèn Vidc Diode Schottky
-
trang trí. -
• Để có điện áp DC lớn người ta thường • Chức năng các linh kiện: S, L, C, D1, R.
ghép nhiều bộ nối tiếp nhau. • Các giả thiết khi phân giải:
11:53 AM 3 11:53 AM 4
1
CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C
1. M ch bi n ñ i gi m áp 1. M ch bi n ñ i gi m 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 L
L Vi = VL +V0 ⇒ VL = Vi −V0 = L
dt S di di −V
S V = −V = L L ⇒ L = 0
di V −V L 0
L = i 0 dt dt L
+
+ dt L
C
C i i −V
D1 R L = L = 0
D1 R di i i V −V Vidc
Vidc L = L = L = i 0 t ()1− D T L
dt t DT L V
- ⇒ i = − 0 1− D T )2(
- V −V L()swoff ()
i 0 L
⇒ () iL swon = DT )1(
() L
11:53 AM 5 11:53 AM 6
CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C
1. D ng sóng m ch bi n ñ i gi m áp 1. D ng sóng m ch bi n ñ i gi m áp
TON TOFF TON TOFF
S S
t t
vL DT T vL DT T
Vi Vi
Vi Vo Vi Vo
t t
Vo Vo
iL iL
ILmax ILmax
IL=I O iL IL=I O iL
ILmin ILmin
t t
iC iC
iC iC
t t
11:53 AM 7 11:53 AM 8
2
CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C
1. D ng sóng m ch bi n ñ i gi m áp 1. D ng sóng m ch bi n ñ i gi m áp
TON TOFF TON TOFF
S S
t t
vL DT T vL DT T
Vi Vi
Vi Vo Vi Vo
t t
Vo Vo
iL iL
ILmax ILmax
IL=I O iL IL=I O iL
ILmin ILmin
t t
iC iC
iC iC
t t
11:53 AM 9 11:53 AM 10
CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C
1. M ch bi n ñ i gi m áp 1. M ch bi n ñ i gi m áp
T T
ON OFF Hoạt động thường trực đòi hỏi dòng điện
• D ng sóng S
t cuộn cảm tại cuối chu kỳ giao hoán bằng với
vL DT T
V
Do sự thay đổi tổng i trị số tại lúc bắt đầu nghĩa là sự thay đổi tổng
Vi Vo
cộng dòng điện chạy t cộng trong dòng cuộn cảm trên 1 chu kỳ là
V
qua cuộn cảm khi S o bằng không:
iL
ILmax
đóng và khi S hở là ( iL )swon + ( iL )swoff = 0
IL=I O iL
I Vi −V0 V0
bằng không: Lmin )1( + )2( ⇒ DT − ()1− D T = 0
t L L
iC
ton
iL()()ON + iL OFF = 0 V0 = DVi = Vi ⇔ V0 < Vi
T
iC
t
Vi −V0 (V0 D)−V0 V0
() iL swon = DT = DT = ()1− D T
() L L L
11:53 AM 11 11:53 AM 12
3
CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C
1. M ch bi n ñ i gi m áp 2. M ch bi n ñ i tăng áp
• Dòng điện trung bình qua cuộn cảm: • Sơ ñ nguyên lý
L D1
V
I = I = 0
L R R
Diode Schottky +
• Dòng điện max và min qua cuộn cảm: +
S C Vo R
1 1− D 1 toff 1 1− D 1 toff
( ) ( ) Vidc
I max = V0 + = V0 + I min = V0 − = V0 −
R 2Lf R 2L R 2Lf R 2L
-
• Giá trị cực tiểu cuộn cảm: -
(1− D) (1− D)T
Lmin = R = R • Chức năng các linh kiện: S, L, C, D1, R.
2 f 2
V0 1− D
• Độ dợn sóng ngõ ra: = 2
V0 8LCf • Các giả thiết khi phân giải:
11:53 AM 13 11:53 AM 14
CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C
2. M ch bi n ñ i tăng áp 2. M ch bi n ñ i tăng áp
• Ch ñ ON • Ch ñ OFF
Khi S đóng, diode phân cực nghịch nên Khi S hở, diode phân cực thuận nên dẫn cho
ngưng, dòng điện qua cuộn L tạo nên điện dòng qua cuộn cảm L tạo nên điện thế của
thế V cho bởi: cuộn cảm VL:
L diL diL Vi −V0
VL = Vi −V0 = L ⇒ =
diL diL Vi dt dt L
VL=Vi VL = Vi = L ⇒ =
D1 dt dt L VL=Vi-Vo
D1
+ i i V −V
+ L L i 0
C iL iL Vi = =
= = C t ()1− D T L
Vidc t DT L
S Vidc
R S
R (Vi −V0 )(1− D)T
- () iL swoff = )4(
Vi DT - L
() i = )3(
L swon L
11:53 AM 15 11:53 AM 16
4
CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C
2. D ng sóng m ch bi n ñ i tăng áp 2. D ng sóng m ch bi n ñ i tăng áp
TON TOFF TON TOFF
S S
t t
vL DT T vL DT T
Vi Vi
t t
Vi Vo Vi Vo
iL iL
ILmax ILmax
IL iL IL iL
ILmin ILmin
t t
iD iD
Imax Imax
Imin Imin
t t
11:53 AM 17 11:53 AM 18
CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C
2. D ng sóng m ch bi n ñ i tăng áp 2. D ng sóng m ch bi n ñ i tăng áp
TON TOFF TON TOFF
S S
t t
vL DT T vL DT T
Vi Vi
t t
Vi Vo Vi Vo
iL iL
ILmax ILmax
IL iL IL iL
ILmin ILmin
t t
iD iD
Imax Imax
Imin Imin
t t
11:53 AM 19 11:53 AM 20
5
CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C
2. M ch bi n ñ i tăng áp 2. M ch bi n ñ i tăng áp
TON TOFF
• D ng sóng S Ở hoạt động thường trực, sự thay đổi tổng
t
v DT T cộng dòng trong cuộn cảm phải bằng không,
Do sự thay đổi tổng L
theo (3) và (4) ta được:
Vi
cộng dòng điện chạy t
( iL )swon + ( iL )swoff = 0
qua cuộn cảm khi S Vi Vo
iL Vi DT (Vi −V0 )(1− D )T
I )3( + )4( ⇒ + = 0
đóng và khi S hở là Lmax L L
IL iL
I
bằng không: Lmin V
t V = i
0 1− D
iD
Imax
iL()()ON + iL OFF = 0 Vi
Vi − ()1− D T
(Vi −V0 )(1− D )T 1− D Vi DT
Imin iLswoff = = =
t L L L
11:53 AM 21 11:53 AM 22
CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C
2. M ch bi n ñ i tăng áp 3. M ch bi n ñ i tăng gi m áp
• Dòng điện trung bình qua cuộn cảm: • Sơ ñ nguyên lý
S D1
Vi
I L =
()1− D 2 R
Diode Schottky +
• Dòng điện max và min qua cuộn cảm: +
i V V DT i V V DT L C Vo R
I = I + L = i + i L i i Vidc
max L 2 I min = I L − = 2 −
2 swon ()1− D R 2L 2 swoff ()1− D R 2L
-
• Giá trị cực tiểu cuộn cảm: -
D(1− D)2 R D(1− D)2 R • Chức năng các linh kiện: S, L, C, D1, R.
()Lf = ⇒ L =
min 2 min 2 f
V D
• Độ dợn sóng ngõ ra: 0 = • Các giả thiết khi phân giải:
V0 RCf
11:53 AM 23 11:53 AM 24
6
CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C
3. M ch bi n ñ i tăng gi m áp 3. M ch bi n ñ i tăng gi m áp
• Ch ñ ON • Ch ñ OFF
Khi S đóng, diode phân cực nghịch nên Khi S hở, dòng trong cuộn cảm không thay
ngưng, dòng điện qua cuộn L tạo nên điện đổi tức thời, diode phân cực thuận nên dẫn
cho dòng qua tụ và tải tạo nên điện thế của
thế VL cho bởi:
di di V
V = V = L L ⇒ L = i cuộn cảm VL: di di V
L i dt dt L V = V = L L ⇒ L = 0
S D1 L 0
S D1 dt dt L
+
iL iL Vi +
C = = i i V
t DT L C L = L = 0
Vidc
L Vidc t ()1− D T L
R L
- R
Vi DT -
() iL swon = )5( V0 (1− D)T
L () iL swoff = )6(
L
11:53 AM 25 11:53 AM 26
CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C
3.D ng sóng b bi n ñ i tăng gi m áp 3.D ng sóng b bi n ñ i tăng gi m áp
TON TOFF TON TOFF
S S
t t
vL DT T vL DT T
Vi Vi
t t
Vo Vo
iL iL
ILmax ILmax
IL iL IL iL
ILmin ILmin
t t
11:53 AM 27 11:53 AM 28
7
CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C
3.D ng sóng b bi n ñ i tăng gi m áp 3.D ng sóng b bi n ñ i tăng gi m áp
TON TOFF TON TOFF
S S
t t
vL DT T vL DT T
Vi Vi
t t
Vo Vo
iL iL
ILmax ILmax
IL iL IL iL
ILmin ILmin
t t
11:53 AM 29 11:53 AM 30
CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C
3. M ch bi n ñ i tăng gi m áp 3. M ch bi n ñ i tăng gi m áp
TON TOFF
• D ng sóng S Ở hoạt động thường trực, sự thay đổi tổng
Tùy theo bật S đóng t cộng dòng trong cuộn cảm phải bằng không,
vL DT T
hay mở sẽ cung cấp theo (5) và (6) ta được:
Vi
điện làm diode ngưng t
( iL )swon + ( iL )swoff = 0
hay dẫn và do đó sẽ V V DT V ()1− D T • Nếu D > 0,5: điện thế ra
o ⇒ i + 0 = 0
i
L L L
cấp dòng cho tải. Do ILmax
I i Vi D D lớn hơn điện thế vào.
L L V = − = −V
cách mắc diode nên 0 i
ILmin 1− D 1− D
t V (1− D)T
điện thế ra V có trị i = 0 • Nếu D < 0,5: điện thế ra
0 Lswoff L
âm. Ta có mạch V D
i ()1− D T nhỏ hơn điện thế vào.
1− D Vi DT
iL()()ON + iL OFF = 0 = =
tương đương ở hình L L
11:53 AM 31 11:53 AM 32
8
CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C
3. M ch bi n ñ i tăng gi m áp 4. B chuy n ñ i C’uk
• Dòng điện trung bình qua cuộn cảm: • Sơ ñ nguyên lý
2 L1 C1 L2
Vi D
2
V0 1− D Vi D
I L = = = 2 +
Vi RD Vi RD R 1( − D) + Diode Schottky
• Dòng điện max và min qua cuộn cảm: S Vo R
Vidc
i V D V DT D1 C2
iL Vi D Vi DT L i i
I = I + = + I min = I L − = 2 −
max L 2 2 ()1− D R 2L
2 swon ()1− D R 2L swoff -
-
• Giá trị cực tiểu cuộn cảm: • Chức năng các linh kiện: S, L1, L2, C1,
2 2
(1− D) R (1− D) R
()Lf = ⇒ L =
min 2 min 2 f C2, D1, R.
V0 DT V0 D
Độ dợn sóng ngõ ra: V0 = =
• RC RCf • Các giả thiết khi phân giải:
11:53 AM 33 11:53 AM 34
CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C
4. B chuy n ñ i C’uk 4. B chuy n ñ i C’uk
• Ch ñ ON • Ch ñ OFF
Ta có các mạch tương đương khi S đóng như ở hình Ta có các mạch tương đương khi S đóng như ở hình
Điện thế trung bình của tụ C1 được tính theo định Điện thế trung bình của tụ C1 được tính theo định
luật Kirchhoff về điện thế luật Kirchhoff về điện thế.
Trị số điện thế trung bình qua cuộn cảm bằng không Trị số điện thế trung bình qua cuộn cảm bằng không
iC1=iL1
ở chế độ thường trực L1 iC1=-iL2 L2 ở chế độ thường trực. L1 L2
+ +
Vc1 = Vi −V0 C2 Vc1 = Vi −V0 C2
S
Vs D1 Vs
S D1
R
i = −I R (ic1 )swoff = I L1
( c1 )swon L2 - -
11:53 AM 35 11:53 AM 36
9
CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C
4. B chuy n ñ i C’uk 4. B chuy n ñ i C’uk
Công suất hấp thụ của tải bằng với công suất • Lưu ý rằng các linh kiện L2, C2 và R có cùng cấu
cấp điện: hình như bộ chuyển đổi hạ thế và dòng qua cuộn
cảm có cùng dạng với bộ chuyển đổi hạ thế. Do đó,
[(i ) ]DT + (i ) (1− D)T = 0 độ dợn sóng hoặc sự thay đổi trong điện thế ra
c1 swon [ c1 swoff ] • Nếu D > 0,5: điện thế
cũng sẽ bằng với của bộ chuyển đổi hạ thế. :
I D ra lớn hơn điện thế vào. V 1− D
− I DT + I ()1− D T = 0 ⇒ L1 = 0 =
L2 L1 I 1− D V 8L C f 2
L2 • Nếu D < 0,5: điện thế 0 2 2
• Độ dợn sóng ngõ ra C :
I L1 −V0 1
Pi = P0 ⇒ Vi I L1 = −V0 I L2 ⇒ =
I L2 Vi ra nhỏ hơn điện thế vào. 2
T V D
1 I L1 Vi D 0
vc1 ≈ I L1dt = ()1− D T = HAY vc1 ≈
C ∫DT C RC f 1− D
D 1 1 1 RC1 f
V0 = −Vi
1− D
11:53 AM 37 11:53 AM 38
CÁC B BI N Đ I DÒNG LIÊN T C NG M CH BI N Đ I DC
4. B chuy n ñ i C’uk: 4. M ch băm xung áp dùng SCR:
G
T S
• Sự tăng giảm của dòng qua cuộn cảm có thể tính +
bằng cách xem điện thế cuộn cảm khi bật S đóng:
C
di i V V DT V D +
v = V = L L1 L1 = i ⇒ i = i = i Tn Gn R
L1 i 1 L1 E E
dt DT L1 L1 L1 f Dr
TAI
Dr
• Điện thế qua L2 khi bật S đóng: - D L
di -
v = V + ()V −V = V = L L2
L2 0 i 0 i 2 dt
Vi DT Vi D
• Dòng điện iL2 là: iL2 = =
L2 L2 f Trạng thái ban đầu : T và T n đều bị khoá, tụ điện C
• Với dòng liên tục trong cuộn cảm, dòng trung được nạp điện, bản cực dương ở phía bên trên như
bình phải lớn hơn 1/2 sự thay đổi trong dòng. Ta có ghi trên Hình
trị số cực tiểu của các cuộn cảm: (1− D)2 R (1− D)R
L = L ,2 min =
,1 min 2Df 2 f
11:53 AM 39 11:53 AM 40
10
NG M CH BI N Đ I DC NG M CH BI N Đ I DC
4. M ch băm xung áp dùng SCR: 4. M ch băm xung áp dùng SCR:
T G T G
Nếu bây giờ cho xung
C C
+ Cho xung điều khiển + kích mở Tn, SCR này mở,
Tn Gn Tn Gn
E kích mở T. SCR này mở E đặt điện áp giữa hai bản
TAI TAI
Dr Dr
- D L cho dòng điện chạy qua, - D L cực của tụ điện C lên T
tức là S đóng kín mạch. khiến T bị khoá lại và S
hở mạch, V o=0.
Dòng điện từ nguồn E chạy qua T, qua tải và trở
Gọi T và chu kỳ băm : T = T 1 + T 2
về nguồn. Đồng thời tụ điện C phóng điện theo T =DT :là thời gian S đóng mạch.
mạch C T L D C và được nạp ngược lại. Điện áp 1
T2 = T – T1 : là thời gian S mở mạch.
trên tải và Vo = E.
D = T 1/ T : là tỉ số chu kỳ.
11:53 AM 41 11:53 AM 42
NG M CH BI N Đ I DC NG M CH BI N Đ I DC
4. M ch băm xung áp dùng SCR: 4. M ch băm xung áp dùng SCR:
Vo Thông thường mạch tải có chứa điện cảm L. Điện
io
I 1 2
I1
E cảm này sẽ tích tụ năng lượng điện từW = Lio khi
2
I 2 dòng i tăng. thường dùng diode hoàn năng lượng
io t o
0
DT
1 T1 T2
V = Edt = DE D , đấu song song ngược với mạch tải để tạo
o ∫ T r
T 0
đường phóng điện cho khối năng lượng điện từ nói
Như vậy, bằng cách làm biến đổi tỉ số chu kỳ D
(trong khi giữ cho chu kỳ băm T = const ) có thể trên, khi dòng io suy giảm. Lúc đầu, dòng tải io=
điều chỉnh được trị trung bình của điện áp đặt trên
0. Dòng i được xác lập dần. Qua một vài chu kỳ,
tải. o
dòng io sẽ biến động giữa hai giá trị biên I1 và I2 .
11:53 AM 43 11:53 AM 44
11
BI N ð I DC
DÒNG KHÔNG LIÊN
T C
11:53 AM 45
12
Các file đính kèm theo tài liệu này:
bai_giang_dien_tu_cong_suat_chuong_3_bien_doi_dc_phan_1.pdf
