0

Bài tập lớn Điện tử công suất: thiết kế bộ biến đổi DC DC buck converter ĐTCS

16 6 0
  • Bài tập lớn Điện tử công suất: thiết kế bộ biến đổi DC DC buck converter ĐTCS

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Tài liệu liên quan

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 12/05/2022, 16:57

( ) TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ TÀI Thiết kế bộ biến đổi nguồn DC DC Sinh viên Nguyễn Quang Trung Giáo viên hướng dẫn TS Phạm Việt Phương Hà Nội, 12 2020 Mục Lục Mục Lục 2 Lời mở đâu 3 Yêu Cầu Thiết Kế 4 Chương 1 Tổng quan 5 1 1 Phương pháp điều khiển 5 1 2 Bộ biến đổi buck 5 Chương 2 Mô hình hóa 7 Chương 3 Tính toán mạch lực 8 Chương 4 Thiết kế bộ điều khiển 11 Chương 6 Mô phỏng mạch lực 12 Tổng kết 15 Tài liệu tham khảo 16 Lời mở đâu Trong l. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ********** ĐỀ TÀI: Thiết kế biến đổi nguồn DC - DC Sinh viên: Nguyễn Quang Trung Giáo viên hướng dẫn: TS Phạm Việt Phương Hà Nội, 12 - 2020 Mục Lục Mục Lục Lời mở đâu Yêu Cầu Thiết Kế Chương 1: Tổng quan 1.1 Phương pháp điều khiển 1.2 Bộ biến đổi buck Chương 2: Mô hình hóa Chương 3: Tính tốn mạch lực .8 Chương 4: Thiết kế điều khiển .11 Chương 6: Mô mạch lực 12 Tổng kết 15 Tài liệu tham khảo .16 Lời mở đâu Trong lĩnh vực kỹ thuật đại ngày nay, việc chế tạo chuyển đổi nguồn có chất lượng điện áp cao, kích thước nhỏ gọn cho thiết bị sử dụng điện cần thiết Quá trình xử lý biến đổi điện áp chiều thành điện áp chiều khác gọi trình biến đổi DC-DC Cấu trúc mạch biến đổi DC-DC vốn không phức tạp vấn đề điều khiển nhằm đạt hiệu suất biến đổi cao đảm bảo ổn định mục tiêu công trình nghiên cứu Việc đưa kiến thức vào thực tiễn khơng cịn q xa lạ sinh viên theo học trường đại học đặc biệt trường kỹ thuật Trong đề tài môn học này, em thực đề tài: “Thiết kế mạch buck converter DC- DC” Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Phạm Việt Phương (bộ môn Tự động công nghiệp) quan tâm hướng dẫn tạo điều kiện để em hồn thành mơn học u Cầu Thiết Kế - Với u cầu trên, em chọn thơng số tính toán: Điện áp đầu vào: 24VDC Điện áp đầu ra: 5VDC Dòng điện ra: 7A - Các bước thực hiện: 1.Giới thiệu biến đổi Mơ hình hóa Tính tốn mạch lực thiết kế cuộn kháng Thiết kế điều khiển Mô PSIM Chương 1: Tổng quan 1.1 Phương pháp điều khiển Sử dụng phương pháp PWM (pusle width modulation): phương pháp thay đổi độ rộng xung vuông, tức thay đổi độ rộng sườn dương hay âm xung mà không thay đổi tần số xung Dùng PWM để điểu khiển việc đóng, ngắt khóa (van) biến đổi Việc thay đổi độ rộng sườn dương (âm) xung điều khiển dẫn đên thay đổi thời gian đóng (ngắt) van Do làm thay đổi điện áp đầu biến đổi 1.2 Bộ biến đổi buck Mục đích biến đổi DC-DC tạo điện áp chiều điều chỉnh để cung cấp cho phụ tải biến đổi Bộ biến đổi DC-DC thường sửa dụng yêu cầu điều chỉnh cơng suất nguồn chiều Hình 1.1: Bộ biến đổi Buck Bộ buck tạo điện áp DC đầu nhỏ điện áp đầu vào Việc điều khiển khóa chuyển mạch cách đóng mở khóa theo chu kỳ, kết tạo điện áp DC đầu nhỏ đầu vào Bộ buck converter thông thường để điều chỉnh điện áp nguồn cung cấp chất lượng cao mạch nguồn máy tính thiết bị đo lường, cịn sử dụng để điều chỉnh tốc độ động chiều cách thay đổi điện áp phần ứng Bộ biến đổi buck hoạt động theo nguyên tắc sau: khóa đóng, điện áp chênh lệch ngõ vào đặt cuộn cảm, làm dòng cuộn cảm tăng dần theo thời gian Khi khóa ngắt,cuộn cảm có khuynh hướng trì dịng điện qua tạo điện áp cảm ứng đủ để diode phân cực thuận Điện áp cuộn cảm lúc ngược dấu với khóa đóng có điện áp ngõ cộng với điện áp rơi diode D, khiến cho dòng điện qua cuộn cảm giảm dần theo thời gian Tụ điện ngõ C có giá trị đủ lớn để dao động điện áp ngõ giới hạn cho phép Chương 2: Mơ hình hóa Trong thực tế, thành phần biến đổi lý tưởng Tụ điện thay tụ điện lý tưởng mắc nối tiếp với điện trở Rc Điện trở Rc gọi điện trở nối tiếp tương đương (ESR) tụ điện, dùng để tổn thất lượng tụ điện Cuộn cảm thay cuộn cảm lý tưởng mắc nối tiếp với điện trở RL Hình 2.1: Bộ biến đổi Buck - Với: + Rds,on: điện trở tương đương MOSFET dẫn + Vd,on: điện áp rơi Diode dẫn + rL: điện trở cuộn dây L + ESR: điện trở tác dụng tụ, phần tổn hao khiến tụ nóng lên Chương 3: Tính tốn mạch lực - Khi Q dẫn, D khóa, ta có: Hình 3.1: Mạch Buck Q dẫn - Khi Q khóa, D dẫn, ta có: Hình 3.2: Mạch Buck Q khóa - Với điện áp tụ đạp mạch nhỏ, giả thiết Uo= Const Ta có điện áp trung bình cuộn dây L chu kỳ đóng cắt Q phải khơng nên ta có: - Sau biến đổi ta có: - Với thông số biết: - Ta chọn thông số van mạch: + MOSFET: IPP042N03L, hãng Infineon: ThơngsốRds,on= 0.0045Ω Hình 3.3: Mosfet + Diode Schottky: RB218T-30, hãng: Rohm: Thơngsố Vd,on= 0.58V Hình 3.4: Diode - Chọn thông số điện trở cuộn dây: rL=0.1Ω - Từ ta tính hệ số điều chế: D= - Tính tốn thơng số cuộn cảm L tụ điện C: - Tần số đóng cắt MOSFET: 100kHz để giảm kích thước cuộn cảm tụ điện - Chọn độ đập mạch dòng điện qua cuộn cảm L là: - Chọn độ đập mạch điện áp tụ: Từ cơng thức: Từ ta có - Chọn van theo dòng điện đỉnh qua van Ipeak=IL+ΔIL/2 dòng trung bình qua van + Ipeak = + 10%.7/2 = 7.35 (A) + Dịng ước tính qua diode: Id = (1-D).IL = (1- 0,25567).7 = 5,21031 (A) + Dòng trung bình qua MOSFET: Iv = D.IL = 0,25567.7 = 1.78969 (A) - Thời gian đóng, mở van: ton = D.Ts = 0,25567.10-5 = 2,5567.10-6 (s) toff = (1-D)Ts = (1-0,25567).10-5 = 7,4433.10-6 (s) Chương 4: Thiết kế điều khiển Trong phạm vi môn học em đưa phương án điều khiển: Thay đổi hệ số điều chế D tác động vào MOSFET thông qua điều chỉnh độ rộng xung điều khiển chu kì lặp khơng đổi thơng qua IC chuyên dụng 10 Hình 4.1: Độ rộng xung PWM Chương 6: Mô mạch lực - Với thơng số tính tốn, tiến hành mơ mạch lực LTspice: 11 - Kết mô + Điện áp đầu tải trở: Điện áp trung bình: Uo= 5.02V + Dịng điện chiều tải trở: + Dịng điện trung bình: Io=7.03 A 12 + Dòng điện đập mạch cuộn cảm: + Điện áp đập mạch tụ điện: 13 14 Tổng kết Kết thúc đề tài môn học thực tiến đạt tiêu đề ra, số kiến thức thu : - Mơ hình hóa đối tượng - Tính tốn thông số mạch lực - Đã mô mô hình Psim Em trau dồi thêm kinh nghiệm thiết kế mạch tiếp cận với phần mềm mô Psim Matlab Nắm mạch điều chỉnh điện áp DcDc buck converter Trong suốt q trình làm việc khơng thể thiếu ý kiến hướng dẫn thầy Phạm Việt Phương Em xin cảm ơn giúp đỡ nhiệt tình thầy bạn nhóm suốt q trình làm đề tài Trong suốt trình thực cố gắng kiến thức rộng lớn, em cịn nhiều thiếu sót mong đóng góp, góp ý từ phía thầy để em hồn thiện 15 Tài liệu tham khảo [1] Giáo trình điện tử công suất- Trần Trọng Minh [2] Fundamentals of Power Electronics - Erickson 16 ... thay đổi thời gian đóng (ngắt) van Do làm thay đổi điện áp đầu biến đổi 1.2 Bộ biến đổi buck Mục đích biến đổi DC- DC tạo điện áp chiều điều chỉnh để cung cấp cho phụ tải biến đổi Bộ biến đổi DC- DC... chuyển đổi nguồn có chất lượng điện áp cao, kích thước nhỏ gọn cho thiết bị sử dụng điện cần thiết Quá trình xử lý biến đổi điện áp chiều thành điện áp chiều khác gọi trình biến đổi DC- DC Cấu... điều chỉnh công suất nguồn chiều Hình 1.1: Bộ biến đổi Buck Bộ buck tạo điện áp DC đầu nhỏ điện áp đầu vào Việc điều khiển khóa chuyển mạch cách đóng mở khóa theo chu kỳ, kết tạo điện áp DC đầu nhỏ
- Xem thêm -

Xem thêm: Bài tập lớn Điện tử công suất: thiết kế bộ biến đổi DC DC buck converter ĐTCS,

Từ khóa liên quan