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

CHƯƠNG3:BINĐIDC GI I THI U o GIITHIUBCPðINDC
Các b chuyn ñi DC – DC căn bn va o CÁCBCPðINDCCƠBN xét trên có bt li chính là không có s cô 1. B chuyn ñi thun:(Forwardconverter) lp ñin gia ngõ ra và ngõ vào. 2. B chuyn ñi phn hi:(Flyback converter) 3. B chuyn ñi ñy kéo:(Pushpullconverter)
Do ñó khi ngun cp ñin ngõ vào ni 4. B chuyn ñi cu và bán cu:(Fullbridge mass, thì ngõ ra cũng s ni mass. ð cô converter,halfbridgeconverter) 5. B chuyn ñi cp dòng:(Current–fedconverter) lp ñin thông thưng là s dng bin th 6:29 PM 1 ghép6:29 PM gia ngõ ra và ngõ vào. 2 GI I THI U CÁCBCPĐINDCCƠBN 1. B chuyn ñi thun (Forward Trong các b cp ñin n áp giao hoán converter) • B chuyn ñi thun mt van thưng gm có các thành phn sau: • Sơ ñ nguyên lý VL • B chnh lưu trc tip t mng ñin khu T1 D1 Ii IL vc. Io • B inverterDC– ACghép máy bin th Vs D2 C xung. R • B chnh lưu tn s cao,b chuyn ñi S n n DC– DC. 2 2 1 V2 = V1 = Vi = Vi n1 n1 n 6:29 PM 3 6:29 PM 4 1 CÁCBCPĐINDCCƠBN CÁCBCPĐINDCCƠBN 1. B chuyn ñi thun 1. B chuyn ñi thun • B chuyn ñi thun mt van • B chuyn ñi thun mt van • Nguyên tc hot ñng • Nguyên tc hot ñng Khi S ñóng Khi S h VL VL Lm T1 D1 Lm Ii T1 Ii IL D1 IL Io Io D2 D2 Vs C Vs C R R S S IL 6:29 PM 5 6:29 PM 6 CÁCBCPĐINDCCƠBN CÁCBCPĐINDCCƠBN 1. B chuyn ñi thun 1. B chuyn ñi thun • B chuyn ñi thun mt van • B chuyn ñi thun mt van • Nguyên tc hot ñng • Nguyên tc hot ñng Cách hot ñng ca mch tương t như ð ñm bo cho dòng iLm không gim v zero khi S h b chuyn ñi h th nhưng vi ñin th T2 VL tác ñng vào mch L, C và diode D2 vi D3 n3 I3 D1 ñin th: V2 = n2 n1 Vi n2 IL Lm Ii n1 Io D2  n2  1 V0 1− D Vs C V = V D = V D  = V D R 0 2 i   i = 2 n1 n V 8LCf   0 S 6:29 PM 7 6:29 PM 8 2 CÁCBCPĐINDCCƠBN CÁCBCPĐINDCCƠBN 1. B chuyn ñi thun 1. B chuyn ñi thun • B chuyn ñi thun mt van • B chuyn ñi thun mt van • Nguyên tc hot ñng • Nguyên tc hot ñng  n1   n1  v1 = v3   = −Vi   v1 = Vi Khi S h  n   n  D3  3   3  Khi S ñóng T2 D3  n   n  VL T2 2 2 v = v   = V   > 0  n2   n2  VL 2 1   i   I3 n3 v = v   = −V   n1 n1 D1 2 3   i   I3 n3     n2 IL n n D1  3   3  Lm Ii n1 Io n2 IL  n3   n3  Lm Ii n1 Io v = v   = V   D2 3 1   i   Vs C v = −V D2 n n R 3 i Vs C  1   1  R S S V = −V − v < 0 D3 i 3  n2  di di −V i i L L 0 L L V0 = Vi D   n  di vL = −V0 = L ⇒ = = =    2  L dt dt L t ()1− D T n1 vL = v2 −V0 = Vi   −V0 = L    n1  dt 6:29 PM 9 6:29 PM 10 CÁCBCPĐINDCCƠBN CÁCBCPĐINDCCƠBN 1. B chuyn ñi thun 1. B chuyn ñi thun • B chuyn ñi thun mt van • B chuyn ñi thun mt van i • Dng sóng ra L • B chuyn ñi thun thc t iL Vs2 Vdk i t D4 L3 Lm DT T Ns2 R3 1+ n3  1+ n3  Nr D7 C3 D T < T ⇒ D  < 1 iLm     Vs1 n n T t0 t  1   1  i x 1 Sơ Np D3 L2 D1 Ns1 D6 C2 R2 t ñ Vom i Vdc 1( − D) 1( − D) s D2 L1 i = V T = V mch Q1 Nm R3 R4 L 0 L 0 L. f D5 C1 iD t R5 V o DT t0 T t DC Voltage controlled variable-width DT T t pulse gennerator EA Vref 6:29 PM 11 6:29 PM 12 3 CÁCBCPĐINDCCƠBN CÁCBCPĐINDCCƠBN 1. B chuyn ñi thun 1. B chuyn ñi thun • B chuyn ñi thun mt van • B chuyn ñi thun hai van • Dng sóng b chuyn ñi thun thc t v • Sơ ñ nguyên lý Q1 Ápr D3 2V dc A2 S1 Vdc Dng A1 VDS iLx iLm T1 D1 Lx t sóng i Q1 + ID(Q1) Lm N1 N2 ra Vs t - iD1 I D2 C D1 R Vo t 2V dc S2 Vdk V dc D4 t 6:29 PM 13 6:29 PM 14 CÁCBCPĐINDCCƠBN CÁCBCPĐINDCCƠBN 1. B chuyn ñi thun 1. B chuyn ñi thun • B chuyn ñi thun hai van • B chuyn ñi thun hai van • Nguyên tc hot ñng • Nguyên tc hot ñng Khi các S cùng ñóng Khi các S cùng h D3 S1 D3 S1 iLx iLx iLm T1 D1 Lx iLm T1 D1 Lx + + Lm N1 N2 Lm N1 N2 Vs Vs - D2 - D2 C C R R S2 D4 D4 S2 6:29 PM 15 6:29 PM 16 4 CÁCBCPĐINDCCƠBN CÁCBCPĐINDCCƠBN 1. B chuyn ñi thun 1. B chuyn ñi thun • B chuyn ñi thun hai van • B chuyn ñi thun hai van • Nguyên tc hot ñng • Nguyên tc hot ñng ðin th ra ging như ca b chuyn ñi + Q1 VG Vs1 thun mt van. Nhưng li ñim ca b D3 L1 Tnsñóng V Ns1 dc ngt D5 C1 chuyn ñi thun 2 van là ñin th ca D1 D2 f V Vs2 Q Np transistor ngưng là V hơn là V (1+n /n ), D4 L2 i i 1 3 Ns2 D6 C2 Dngsóng như b chuyn ñi thun 1 van trên. _ ñóngngtQ Q2 Q1,Q2 Q1,Q2 Q1,Q2 t ðiu này rt quan trng cho các áp dng ON ON ON cao th. 6:29 PM 17 6:29 PM 18 CÁCBCPĐINDCCƠBN CÁCBCPĐINDCCƠBN 1. B chuyn ñi thun 1. B chuyn ñi thun • B chuyn ñi thun ghép ñan xen 2van • B chuyn ñi thun ghép ñan xen 2van VG • Mch thc t • Dng sóng ra Tnsñóng Vo1 ngt f D3A L1 mch thc t V Ns1 Q1 D1 D5A C1A Np Vo2 Q1ON D4A L2 Ns2 V D5B C1B V t dc Q2 Q1 Q2ON D3B t Ns1 D2 V Np (V dc 1)(N s1 /N) CcKca D4B Ns2 D3A,B t V Q2 (V dc 1)(N s2 /N) CcKca D4A,B t 6:29 PM 19 6:29 PM 20 5 CÁCBCPĐINDCCƠBN CÁCBCPĐINDCCƠBN 2. B chuyn phn hi (Flyback converter) 2. B chuyn phn hi (Flyback converter) • Sơ ñ nguyên lý • Ch ñ hot ñng kiu liên tc • Sơ ñ nguyên lý is i1 T1 D1 Vo + V1 Vi iLm Lm V2 C iR Vs i2 R S - S N1 N2 6:29 PM 21 6:29 PM 22 CÁCBCPĐINDCCƠBN CÁCBCPĐINDCCƠBN 2. B chuyn phn hi (Flyback converter) 2. B chuyn phn hi (Flyback converter) • Ch ñ hot ñng kiu liên tc • Ch ñ hot ñng kiu liên tc • Nguyên lý hot ñng • Nguyên lý hot ñng  n   n  Khi các S ñóng Khi các S h  1   1  v2 = −V0 ⇒ v1 = v2   = −V0   D1 n2 n2 T1 D1 T1      n2   n2  v2 = v1   = Vi   +     +  n1   n1  Lm C Lm C Vs R Vs R S  n  S -  2  - vD = −V0 −Vi   < 0  n1  di di i i V  D  n  v = V = L Lm ⇒ Lm = Lm = Lm = i V = V   2  1 i m dt dt t DT L 0 i   m 1− D  n1  6:29 PM 23 6:29 PM 24 6 CÁCBCPĐINDCCƠBN CÁCBCPĐINDCCƠBN 2. B chuyn phn hi (Flyback converter) 2. B chuyn phn hi (Flyback converter) • Ch ñ hot ñng kiu liên tc • Ch ñ hot ñng kiu liên tc • Nguyên lý hot ñng • Các công thc tính toán 2    n1   n1  iLm Vi D n2 Vi DT Khi các S h v = −V ⇒ v = v   = −V   I Lm,max = I Lm + =   + 2 0 1 2  n  0  n  2 1− D 2 R  n  2L T1 D1  2   2  ()  1  m 2 i V D  n  V DT + I = I − Lm = i  2  − i Lm,min Lm 2   Lm C 2 ()1− D R  n1  2Lm Vs R - S 2 ()1− D 2 R  n  L =  1  ()m min   2 f  n2   D  n2  V = V    V D 0 i   0 = 1− D  n1  V0 RCf 6:29 PM 25 6:29 PM 26 CÁCBCPĐINDCCƠBN CÁCBCPĐINDCCƠBN 2. B chuyn phn hi (Flyback converter) 2. B chuyn phn hi (Flyback converter) • Ch ñ hot ñng kiu liên tc • Ch ñ hot ñng kiu không liên tc i • Dng sóng ra Lm • Các công thc tính toán iLm i V DT Lm i t i s DT T I Lm,max = Lm DT t t V 2 T i 0 ii D P = P ⇒ V I = i 0 i i R t i 2 C 1 V DT   1  V D T t t  i  i I i =  ()DT   = 2  Lm   T  2Lm vi VS t TR R V0 = Vi D = Vi D -Vo(N 1/N 2) 2Lm 2Lm f 6:29 PM 27 6:29 PM 28 7 CÁCBCPĐINDCCƠBN CÁCBCPĐINDCCƠBN 2. B chuyn phn hi (Flyback converter) 2. B chuyn phn hi (Flyback converter) • Ch ñ hot ñng kiu không liên tc • Ch ñ hot ñng kiu không liên tc • Mch thc t • Dng sóng ra mch thc t Vo1 Ip D1 + Ns1 C1 Is t Vom Vdc Np T D2 on Nsm Ro R1 Co Q1 t R2 T T _ r dt Vdc +(N m/N p) V dc DC Voltage controlled A2 Vref variable-width EA Vdc pulse gennerator A1 6:29 PM 29 6:29 PM 30 CÁCBCPĐINDCCƠBN CÁCBCPĐINDCCƠBN 3. B chuyn ñi ñy kéo 3. B chuyn ñi ñy kéo (Pushpullconverter) • Nguyên lý hot ñng • Sơ ñ nguyên lý v p1 = Vi Khi các SW1 ñóng Np:Ns Lx iLx   ns Np:Ns D1 Lx iLx   vs1 = Vi + + + VLx - +   + + + VLx - + n + D1 +  p  Vp2 Vs2 R Vo Vp2 Vs2 Vx R Vo Vx C C - - - - - - - - + +  n  + + Vp1 s Vs1 v = V   Vp1 s 2 i - D2  n  Vs1 + -  p  - Vs + + - - SW2 SW1 Vsw v = V Vs + D2 -   n   p2 i - V  s  −V  Vsw  i  n  0  SW2 SW1 -  p  vsw2 = 2Vi ()iLx sw1on =  DT  Lx      6:29 PM 31 6:29 PM 32 8 CÁCBCPĐINDCCƠBN CÁCBCPĐINDCCƠBN 3. B chuyn ñi ñy kéo 3. B chuyn ñi ñy kéo v = −V • Nguyên lý hot ñng p2 i • Nguyên lý hot ñng Khi các SW2 ñóng v p1 = −Vi Khi các SW1 và SW2 ñóng Np:Ns D1 Lx iLx Np:Ns D1 Lx iLx + + + VLx - +   + + + - + ns VLx v = 0 +   + x Vp2 Vs2 R Vo vs1 = −Vi Vx   Vp2 Vs2 Vx R Vo C n C - p - - -   - - - - v = v −V = −V + + Lx x 0 0 + + Vp1 Vp1 Vs1 D2  n  Vs1   n   - s D2   s   + - v = −V   - Vi −V0 s2 i + -   n      p   V0  1  n p   Vs +   ()iLx sw ,2,1 off =  DT −  − DT = 0 Vs +   -  Lx   Lx  2  Vsw - SW2 SW1 Vsw   - SW2 SW1   v = 2V -     s1 i ns  n  v = v −V = V   −V  s  V0 1− 2D Lx x 0 i 0 V0 = 2Vi D =  n   n  2  p   p  V0 32LxCf 6:29 PM 33 6:29 PM 34 CÁCBCPĐINDCCƠBN CÁCBCPĐINDCCƠBN 3. B chuyn ñi ñy kéo 3. B chuyn ñi ñy kéo • Dng sóng ra • B chuyn ñi ñy kéo thc t D6 S1 Vs2 Vdc(Ns2/Np)(2Ton/T) Ns2 L3 ON R3 t Ns2 D5 C3 D4 S2 DT T Vs1 Np1 Vdc(Ns1/Np)(2Ton/T) Ns1 L2 R2 ON Np2 Ns1 C2 D3 t D2 Vm Vo T/2 T/2+DT Vdc Vdc(Nm/Np)(2Ton/T) Nm L1 Q1 Q2 R4 R1 Nm D1 C1 t R5 iLx DT T/2 T/2+DTT DC Voltage controlled variable-width pulse gennerator EA iLx Vref t 6:29 PM 35 6:29 PM 36 9 CÁCBCPĐINDCCƠBN CÁCBCPĐINDCCƠBN 3. B chuyn ñi ñy kéo 4. B chuyn ñi cu và bán cu:(Fullbridge • Dng sóng b chuyn ñi ñy kéo thc t converter,halfbridgeconverter) S • B chuyn ñi cu • Sơ ñ nguyên lý t Q2,3 ON SW1 SW3 t Lx iLx Q1,4 DT T + + + D1 Ns Vx R Vo ON + Np C - - t Vs Vp Vp T/2 T/2+DT - +v Ns dc -   D2 ns T/2+DT t   V0 = 2Vi D DT T/2 T SW4 SW2   n p vdc   6:29 PM 37 6:29 PM 38 CÁCBCPĐINDCCƠBN CÁCBCPĐINDCCƠBN 4. B chuyn ñi cu và bán cu: 4. B chuyn ñi cu và bán cu: • B chuyn ñi cu • B chuyn ñi cu • Dng sóng ra • Mch thc t S1,S2 L1 D5 Vo1 ON Q1 Q3 Ns1 t 220Vac C1 D3 C3 S3,S4 DT T D1 D3 D1 A S1 Ns1 220Vac Cb Np D6 L2 320Vdc D7 ON Vom t B V T/2 T/2+DT Nsm p 120Vac C2 C4 vs Q4 Q2 D2 D2 D4 D4 Nsm D8 T/2+DT t DT T/2 T vs vx vs(Ns/Np) t 6:29 PM 39 6:29 PM 40 10 CÁCBCPĐINDCCƠBN CÁCBCPĐINDCCƠBN 4. B chuyn ñi cu và bán cu:(Fullbridge 4. B chuyn ñi cu và bán cu:(Fullbridge converter,halfbridgeconverter) converter,halfbridgeconverter) • B chuyn ñi bán cu • B chuyn ñi bán cu • Sơ ñ nguyên lý • Dng sóng ra S1 + ON Vs/2 C1 t S2 DT - SW3 T Lx iLx ON + + + D1 t Vp T/2 T/2+DT Ns Vx R Vo + Np C vs/2 - - Vs Vp - T/2+DT Ns t -   DT T/2 T + n - s v D2   v /2 x Vs/2 C1 V0 = Vi D (Vs )(Ns/Ns   /2 - SW2 n p p)   t 6:29 PM 41 6:29 PM 42 CÁCBCPĐINDCCƠBN CÁCBCPĐINDCCƠBN 4. B chuyn ñi cu và bán cu:(Fullbridge 5. B chuyn ñi cp dòng:(Current–fed converter,halfbridgeconverter) converter) • B chuyn ñi bán cu • Sơ ñ nguyên lý • Dng mch thc t Np:Ns ix D1 L1 + + D3 Vo1 + Q1 Ns1 Vp2 Vs2 iD1 R Vo 220Vac C1 D1 C1 Lx iLx C D1 D3 - - - S1 A Ns1 + VLx - + + 220Vac Cb Np D4 L2 Vp1 B D5 Vs1 Vo2 - iD2 320Vdc Ns2 + - 120Vac C2 C2 D2 Vs + D2 D2 D4 Q2 Ns2 - D6 Vsw SW2 SW1 - 6:29 PM 43 6:29 PM 44 11 CÁCBCPĐINDCCƠBN CÁCBCPĐINDCCƠBN 5. B chuyn ñi cp dòng: 5. B chuyn ñi cp dòng: • Nguyên lý hot ñng • Nguyên lý hot ñng Khi SW1 ñóng và SW2 h Khi SW1 h và SW2 ñóng Np:Ns D1 Np:Ns D1  n p   n p  + + iD1 = I Lx   + + iD2 = I Lx     +   +  ns   ns  Vp2 Vs2 iD1 R Vo Vp2 Vs2 R Vo Lx iLx C Lx iLx C - - - - - -  n p  + - + + + - + + VLx  n  VLx v = V   Vp1 p Vp1 p1 0   n Vs1 v p2 = V0   Vs1  s  D2   D2 - n - + -  s  + -  n  Vs + Vs + p - iD2 Vsw  n  - vLx = Vi − v p1 = Vi −V0   SW2 SW1 p Vsw   vLx = Vi −V0   SW2 SW1  ns  -   -  ns   n p   n p  vsw2 = v p1 + v p2 = 2V0   v = v + v = 2V    n  sw1 p1 p2 0    s   ns  6:29 PM 45 6:29 PM 46 CÁCBCPĐINDCCƠBN CÁCBCPĐINDCCƠBN 5. B chuyn ñi cp dòng: 5. B chuyn ñi cp dòng: • Nguyên lý hot ñng • Dng sóng ra S1 Khi SW1 ñóng và SW2 ñóng ON Np:Ns D1 t v + v = 0 S2 DT T + + p1 p2 + ON Vp2 Vs2 R Vo t Lx iLx C v = V i - - - Lx i D1 + VLx - + + Vp1 Vs1  n p  t D2 v = V −V   i - Lx i 0   D2 + -  ns  t Vs + ix -   n p  Vsw   SW2 SW1 vLx = Vi ()2D −1 T + Vi −V0  2()1− D T = 0 - n   s  iLx t V  n  V = i  s  t 0   2()1− D n p T   (1D)T 6:29 PM 47 6:29 PM 48 12 CÁCBCPĐINDCCƠBN CÁCBCPĐINDCCƠBN 5. B chuyn ñi cp dòng ñy kéo: 5. B chuyn ñi cp dòng ñy kéo: • Mch thc t dng 1 • Mch thc t dng 2 D3 D3 D1 Vo D1 Vo Nls Ns Nls T2 Np Ns Co T2 Np Co Nlp Np Ns Nlp Np Ns Vct D2 V Q2 Q1 Vct D2 in V Q2 Q1 in 6:29 PM 49 6:29 PM 50 CÁCBCPĐINDCCƠBN Bngtómtccácbcpñincơbn Cu hình Cð Cððy Cð bán Cð phi hi Cð cu Thun kéo cu ðIUCHð ði lưng  n    V 0  n   n  s n s  n  D 2  2  2D  D    s    D       2D   n n p n  n  RNGXUNG V p i 1 − D  n1   1       p  D V0 1 − D 1− 2D 2 V RCf 8 L x Cf 2 0 32LxCf 2 (1− D)R (1− D) R  n1  L   2 f min 2 f  n2  6:29 PM 51 6:29 PM 52 13