DC DC converter điện tử công suất

Chương 4 Nội dung chính 1 Dẫn nhập 2 Bộ biến đổi giảm áp Sơ đồ Buck 3 Bộ biến đổi tăng áp Sơ đồ Boost 4 Ứng dụng điển hình 5 Tổng kết 1 1 Dẫn nhập Thiết bị dùng để biến đổi và ổn định dòng điện một chiều được ứng dụng ngày một rộng rãi Thường được sử dụng Dùng để điều tiết, ổn định dòng điện thu được từ thiên nhiên  Ứng dụng tốt trong các thiết bị biến đổi sử dụng năng lượng tái tạo (Renewable Energy) Dùng để ổn định nguồn điện từ Accu cho các loại tải chuyên dụng, khó tính, như điều khiển tốc.

Chương Nội dung Dẫn nhập Bộ biến đổi giảm áp - Sơ đồ Buck Bộ biến đổi tăng áp - Sơ đồ Boost Ứng dụng điển hình Tổng kết 1.1 Dẫn nhập Thiết bị dùng để biến đổi ổn định dòng điện chiều ứng dụng ngày rộng rãi Thường sử dụng: - Dùng để điều tiết, ổn định dòng điện thu từ thiên nhiên  Ứng dụng tốt thiết bị biến đổi sử dụng lượng tái tạo (Renewable Energy) - Dùng để ổn định nguồn điện từ Accu cho loại tải chuyên dụng, khó tính,… điều khiển tốc độ động cơ, biến tần,… - Trong nhu cầu đặc biệt: hệ thống thông tin, điều khiển công nghiệp, y tế, trung tâm điều độ điện,… Các chuyển đổi DC-DC giữ vị trí quan trọng lĩnh vực Điện tử cơng suất! 1.2 Phân loại Có thể phân loại chuyển đổi DC-DC thành nhiều cách Cụ thể: - Theo nguyên lý điều khiển: tuyến tính hay đóng cắt, nối tiếp hay song song,… - Theo nguyên lý điều khiển điện áp: giảm áp (Buck), tăng áp (Boost), giảm/ tăng áp - Theo không cách ly: Buck, Boost, Buck/Boost; hay cách ly: Flyback, Forward, Push-Pull, Half Bridge,… - Flyback SW V Vout Vin Vout  Vin Mạch điều khiển Mạch điều khiển v Vin Vout Vout = Vin  V t * Hiệu suất thấp * Hiệu suất cao * Mạch kồng kềnh * Mạch gọn nhẹ * Mạch đơn giản  dễ b.trì * Mạch phức tạp  khó b.trì * Khơng kén tải dễ s.dụng * Kén tải  phù hợp với phụ tải cố định * * Phù hợp sử dụng làm nguồn phịng thí nghiệm… Phù hợp sử dụng làm nguồn thiết bị di động,… Hãy tính tốn thơng số cho linh kiện mạch ổn áp DC tuyến tính có sơ đồ ngun lý hình Vin= -12VDC Vout= 5V Q IL= 3A 7805 R C1 C2 Phân tích đề bài: Giả sử linh kiện làm việc điều kiện nhiệt độ môi trường ổn định  giá trị điện trở không thay đổi,… Vin= -12VDC Vout= 5V Q IL= 3A 7805 R C1 C2 Khi dòng điện tải qua IC ổn áp 7805 chưa vượt mức cho phép, IC gánh tồn dịng tải Phân tích đề bài: Giả sử linh kiện làm việc điều kiện nhiệt độ môi trường ổn định  giá trị điện trở không thay đổi,… Vin= -12VDC Vout= 5V Q uR IL= 3A 7805 R C1 C2 Khi dòng điện tải qua IC ổn áp 7805 vượt mức cho phép, uR đủ lớn kích Q dẫn phụ dịng cho IC 7805 Phân tích đề bài: Giả sử linh kiện làm việc điều kiện nhiệt độ môi trường ổn định  giá trị điện trở không thay đổi,… IC Vin= -12VDC Vout= 5V Q uR IL= 3A 7805 R C1 C2 Transistor Q dẫn dòng theo tín hiệu điều khiển uR Đồng nghĩa IC = f(uR) 2.1 Sơ đồ Buck: tập Bài tập: Cho nguồn ổn áp DC dạng sơ đồ Buck, biết thông số: VIN = 12VDC, VOUT = 6VDC, tần số điều chế 10KHz, dòng định mức ngõ 5A Giả sử mạch chạy chế độ dòng điện liên tục Hãy: Tính hệ số D (duty cycle) Xác định thời gian dẫn dòng điện qua diode chu kỳ điều chế Xác định thời gian dẫn dòng điện qua transistor chu kỳ điều chế (Bài giải xem lớp học trực tuyến Zoom) 3.1 Sơ đồ Boots: nguyên lý làm việc Giả thiết: Sơ đồ nguyên lý * Linh kiện lý tưởng (VDS,on = 0V; VD1,on = 0V) * C = ,  Vo = constant 3.2 Sơ đồ Boots: sóng dạng u, i  Sơ đồ có khả nâng điện áp ngõ (Boots converter hay Step-up converter) 3.3 Sơ đồ Boots: dịng ngõ Tính tốn tương tự tập điển hình sơ đồ Buck, dòng ngõ sơ đồ Boots: 3.4 Sơ đồ Boots: Tóm tắt Giả thiết: Linh kiện lý tưởng (tổn hao, sụt áp 0) Kết quả: - Trong khoảng thời gian TON, dòng điện cuộn cảm tăng lên nhanh, dòng điện qua cuộn cảm qua transistor xuống đất Dịng điện khơng qua diode Tụ điện phóng điện cung cấp cho tải - Trong khoảng thời gian TOFF, cuối cuộn dây xuất với điện áp điện áp đầu vào Điện áp đầu vào với điện áp cuộn cảm qua diode cấp cho tải đồng thời nạp cho tụ điện - Chế độ liên tục có hiệu suất chất lượng nguồn tốt nhiều chế độ không liên tục, L phải lớn 3.5 Sơ đồ Boots: chế độ không liên tục  Chuyển đổi qua lại chế độ dịng liên tục khơng liên tục: 3.5 Sơ đồ Boots: chế độ không liên tục  Xác định chế độ dòng liên tục khơng liên tục: Nếu Chế độ dịng liên tục Nếu Chế độ dịng khơng liên tục 3.5 Sơ đồ Boots: chế độ khơng liên tục  Sóng dạng dịng, áp chế độ dịng khơng liên tục: giá tri L nhỏ nên lượng điện cảm nhỏ, nên hết chu kỳ, lượng điện cảm giảm đến Năng lượng L hoàn toàn bị xả Năng lượng L hoàn toàn bị xả 3.5 Sơ đồ Boots: chế độ không liên tục  Xác định giá trị Vo Vo chế độ dịng khơng liên tục Giải tập học trực tuyến Zoom Ứng dụng 1: Biến tần Ứng dụng 2: Điều tốc động DC Điều khiển theo vòng hở Nhiệm vụ uP: - Tạo xung kích phù hợp - Điều khiển có khởi động mềm giúp động giảm sốc khởi động Ứng dụng 3: Điều tốc động DC Điều khiển theo vịng kín Hai hệ thống phản hồi theo vịng kín: - Phản hồi dịng điện qua động  điều khiển dòng qua động  điều khiển moment động - Phản hồi tốc độ động  phản hồi so sánh với phản hồi dòng  ổn định tốc độ động - Dòng khởi động bị khống chế hệ thống phản hồi Ứng dụng: mạch thực tế TỔNG KẾT Đây giảng biên soạn phục vụ học trực tuyến mùa dịch, thời gian biên soạn có hạn nên chắn cịn nhiều thiếu sót Nếu có điều kiện, em nên đọc tài liệu học tập tiếng Anh khóa học trực tuyến trường Vai trò chuyển đổi DC-DC ngày quan trọng lĩnh vực điện tử công suất Nhưng theo yêu cầu đề cương môn học, nêu lên vấn đề cốt lõi chuyển đổi DC-DC Nếu có điều kiện, bàn thêm vấn đề liên quan như: - Tích hợp thêm tính linh hoạt bảo vệ chặt chẽ (quá tải, nhiệt, ngắn mạch ) sử dụng uP - Khảo sát thêm độ ổn định, chất lượng điện áp ra; tính chống nhiễu; hiệu suất chuyển đổi;… - Các chuyển đổi DC-DC dạng cách ly (sơ đồ Flyback, Forward, Push-Pull,… Tài liệu tham khảo – Hồ Trung Mỹ, Ổn áp DC tuyến tính, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1996 – Dewei (David) Xu, Dept of Electrical & Computer Engineering, Ryerson University Lưu hành nội bộ, 2005 Nguyễn Văn Nhờ, Điện tử Công suất, NXB Đại học quốc gia, 2002 – Cùng nhiều Website liên quan Xin lỗi không đăng khơng nhớ nguồn trích dẫn! ... y tế, trung tâm điều độ điện, … Các chuyển đổi DC- DC giữ vị trí quan trọng lĩnh vực Điện tử công suất! 1.2 Phân loại Có thể phân loại chuyển đổi DC- DC thành nhiều cách Cụ thể: - Theo nguyên lý... trực tuyến trường Vai trò chuyển đổi DC- DC ngày quan trọng lĩnh vực điện tử công suất Nhưng theo yêu cầu đề cương môn học, nêu lên vấn đề cốt lõi chuyển đổi DC- DC Nếu có điều kiện, bàn thêm vấn... TOFF, cuối cuộn dây xuất với điện áp điện áp đầu vào Điện áp đầu vào với điện áp cuộn cảm qua diode cấp cho tải đồng thời nạp cho tụ điện - Chế độ liên tục có hiệu suất chất lượng nguồn tốt nhiều