bài giảng điện tử công suất và ứng dụng chương 4

Chương 4: Bộ biến đổi (BBĐ) áp chiều 4.1 BBĐ áp chiều dạng forward tải RLE: 4.1.1 Khảo sát sơ đồ làm việc phần tư mặt phẳng tải 4.1.2 Khảo sát sơ đồ làm việc phần tư mặt phẳng tải 4.1.3 Mạch phát xung lái BBĐ 4.1.4 Mạch lọc ngỏ 4.2 Khảo sát BBĐ áp chiều dạng Flyback 4.3 Sơ đồ điều khiển BBĐ áp chiều 4.3.1 PWM 4.3.2 IC lái ½ cầu 4.3.3 PWM loại dòng điện 4.4 Mạch cải thiện HSCS chỉnh lưu diod 4.5 Ứng dụng Đọc thêm tiết, tập trang / 32 ch4 DK ap DC Bộ biến đổi (BBĐ) áp chiều Còn gọi băm điện áp (hacheur hay chopper) Dạng áp bao gồm: T: chu kỳ - thời gian có áp ton - khoảng nghỉ T – ton U Vào t on BBĐ Áp Một chiều Ra t t T Nguyên lý hoạt động BBĐA1C Các nguyên lý điều khiển: - Điều chế độ roäng xung (PWM : Pulse – Width – Modulation): T không đổi, thời gian đóng điện ton thay đổi  = ton/T gọi độ rộng xung tương đối - Điều chế tần số ton không đổi, chu kỳ T thay đổi - Điều khiển hổn hợp, T ton thay đổi t trang / 32 ch4 DK ap DC IV.1 BBĐ ÁP MỘT CHIỀU DẠNG FORWARD TẢI RLE: Khái niệm mặt phẳng tải: U phần tư phần tư thứ II thứ I Uo >0, Io 0 I tập hợp điểm làm việc BBĐ, hai trục tọa độ (Io, Uo), gồm phần tư hình IV.1.1 phần tư thứ III Uo, Io 0; Uo Imax, Imin Imax          ton /  ton /  1 E U 1 e E U e   ; I   R  e T /  R R eT /   R trang / 32 ch4 DK ap DC Tính gần đúng: Khi T 0: Io < I/2 doøng điện gián đoạn Kết quả: iO = 0, uO = E => Uo taêng: Uo  Uton   T  tx  E  T với tx : khoảng thời gian có dòng Hình IV.1.4: Dạng sóng với chu kỳ giả định tX tính tx : áp dụng đến cho chu kỳ giả định tx Imin = 0:  U  E I Uton t URton  LE Iox  x   1   x    x  on  vaø R 2L tx URton  LU URton  LU t  t on hay x URt  LE on Điều kiện để dòng gián đoạn: chu kỳ T  tx trang / 32 ch4 DK ap DC Ví dụ 4.1: a Tính thông số vẽ dạng dòng áp tải BBĐ áp làm việc1/4 mp tải U = 100 V, T = 100 microgiaây, tON = 30 microgiaây, R = ohm,L = 0.01 henry, E = 20V Giả sử dòng liên tục:  = 30/100 = 0.3, suy ra: I = (100*30*10-6*(1-0.3))/(1*10-3)= 0.21A Uo = 100.(30/100)= 30 volt; Io = (30 – 20)/5 = A Imax = Io + I/2 = 2.105 A Imin = Io – I/2 = 1.895 A > , giaû thuyết dòng liên tục - Kiểm tra lại công thức xác - Kiểm tra thời hằng: T = 100 E-6 29.475 volt tx < 100 micro giây dòng bắt đầu gián đoạn trang / 32 ch4 DK ap DC Khảo sát biến đổi làm việc hai phần tư mặt phẳng tải I II: Khi io đão chiều được, chế độ dòng gián đoạn Các công thức cũ: Uo  ton  U   U T I  UT 1     L Io  Uo  E R io >> : S1, D2 dẫn điện io Io trang 21 / 32 ch4 DK ap DC Các sơ đồ khác: Sơ đồ ghép BA: I U I L1  ton ; U C  U  o ton L1 C n  iL1  iL1  Io  C uC  uL duC T  I L1  ( ) Io dt n T  ton t L2 diL1   U C  ( on )U n dt n T  ton - Ghép BA nhiều thứ cấp: I U Ci  i ton ; I L  U ton Ci L Trung bình áp cuộn dây thứ cấp:  n  t U Ci  i  on  U n  T  ton  - Trung bình dòng điện cuộn sơ cấp: 1 T  IL     ni Ii n  T  ton  i S1 i L1 + U _ D T u L1 n:1 i L2 C i C u D1 L1 S + U _ u L L L2 + U1 + C2 D3 L3 C _ C1 D2 i L Io C3 U2 _ _ + U3 I1 I2 I3 trang 22 / 32 ch4 DK ap DC Bài tậpï IV.2.1: a Cho sơ đồ hình IV.2.5.(c), áp nguồn U = 260 volt, tần số đóng ngắt f = 20 KHz, tải định mức Uo = volt, Io = ampe Tính thông số mạch để nhấp nhô áp U = 20 mV, nhấp nhô dòng qua ngắt điện I 50 % trị trung bình chọn tON = 0.6 T = 0.6/ 20000 = 30 micro giaây C = Io*tON/U = 5*30 E -6 / 20 E -3 = 7.5 E –3 = 7500 uF n =(U * tON)/ [(T - tON )* Vo] = 78 IL = (Io * T)/ [(T - tON )* n] = ( * 50) / [(50 – 30)*78] = 0.16 ampe I = 0.16 * 0.5 = 0.08 ampe => L = (260 * 30 E –6) / 0.08 = 0.0975 H Doøng cực đại qua ngắt điện S: Imax = IL +I / = 0.20 ampe trang 23 / 32 ch4 DK ap DC IV.3 SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN BBĐ ÁP MỘT CHIỀU : PWM (Điều rộng xung) dùng so sánh có trễ: a Nguyên lý điều rộng xung: Điều chế độ rộng xung (Pulse Width Modulation) phương pháp biểu diễn thông tin k độ rộng xung , dùng cho truyền tin hay khuếch đại k > Điều rộng xung >  > BBĐ áp MC > lấy trung bình > UO (điều chế) (xử lý) Nguyên lý thực hiện: (giải điều chế) d b U đk a Dao động tam giaù c uc Uo ton Hai tam giaùc Obd Oca đồng dạng: t U   ON  ñk T Uc max U O   U  c U k Trung bình áp ra: Ucmax U U CMax U ñk T t trang 24 / 32 ch4 DK ap DC b Điều khiển dùng so sánh có trễ: Bộ so sánh so sánh ngỏ Phản hồi tín hiệu Đặt: Đặt > (Phản hồi +  : HT tác động ngắt điện S (đóng) để tăng ngỏ Đặt < (Phản hồi –  : HT tác động ngắt điện S (ngắt) để giảm ngỏ vùng trễ, xác định thời gian đóng – ngaét + U _ S1 D1 io L C uo _ Phản hồi Đặt + [Bộ so sánh có trễ] Bộ so sánh có trễ kết hợp mạch thay đổi độ rộng  việc điều khiển hệ thống Nguyên lý có tên: - điều khiển dùng rơ le có trễ - điều khiển theo áp (dòng) ngoû trang 25 / 32 ch4 DK ap DC Mạch điều rộng xung loại dòng điện: Cho phép lúc thay đổi độ rộng xung  hạn chế dòng qua ngắt điện set set reset Nguyên lý thực hiện: Dao độ ng Đặ t dò ng reset R-S F F phả n hồ i dò ng i MosFET Set S Dao động Reset Q RS FF : - SET: đóng ngắt điện S - RESET: khóa ngắt điện S trường hợp: Phản hồi dòng Điều khiển áp Đặt dòng - độ rộng xung tối đa - dòng phản hồi = dòng đặt Bộ điều khiển áp cho tín hiệu đặt dòng để điều khiển áp Shunt trang 26 / 32 ch4 DK ap DC Mạch lái nửa cầu transistor: - Là thành phần quan trọng ĐTCS đại, - lái transistor nối nguồn làm việc ngược pha Vn V V1 - Q1 OPTO2 + - V V2 mosFET N Q1 Q2 Q1 Khueách đại Q2 Mạch lái nửa cầu điều khiển độc lập Q2 Q1 (a) Q1 (b) Q2 (c) thờ i gian chế t mosFET N Khuếch đại Q1 Q1 Q2 OUT OPTO1 + Hình IV.3.6 Tín hiệu điều khiển nửa cầu có chống trùng dẫn (a) tín hiệu điều khiển lý thuyến (b), (c) tín hiệu điều khiển thực tế ngắt điện với thời gian chết từ đến vài chục micro giây - tượng trùng dẫn: Q1 Q2 lúc dẫn điện lệnh đóng ngắt điện ngắt điện dẫn chưa tắt Nguyên nhân: điều khiển đão pha toff > ton Xử lý: có thời gian chết (dead time) xen kẻ hai tín hiệu điều khiển đóng hai ngắt điện trang 27 / 32 ch4 DK ap DC Ví dụ mạch dùng BJT: Vn R6 - Nhiệm vụ chống trùng dẫn R5 phụ trách R10 - R4, R3 có trị số bé làm cho Q1 (Q2) tắt nhanh Q3 (Q4) bảo hòa - R5 có trị số lớn (hàng chục kohm) làm cho mosFET mở chậm Q3 R7 R1 R8 Q5 OUT Mạch lái dùng vi mạch: họ vi mạch IR21xx (International Rectifier) Mạch lái nủa cầu dùng IR2184, tự cấp điện VB R3 Q4 R11 R9 mosFET P R4 R5 IN Q1 R2 Q2 mosFET N trang 28 / 32 ch4 DK ap DC Mạch lái nửa cầu dùng IR2184 IN: ngỏ vào (logic đến 5V) Deadtime 0.5 micro giây SD (shut down) tín hiệu cấm Dòng xung cực đại +1.8A/ – 1.4A khối bảo vệ áp nguồn thấp (UV detect) UV: under voltage trang 29 / 32 ch4 DK ap DC IV.4 MẠCH CẢI THIỆN HSCS CỦA BỘ CHỈNH LƯU DIOD: Hệ số công suất chỉnh lưu diod cao ( > 80%), hạn chế dòng nguồn không sin v in C Nguồn i C i C C - Có thể cải thiện, nâng lên đến > 95% Sơ đồ khối nguồn diod có cos  1: Lưới AC  Chỉnh lưu D  [tụ bé  Mạch cải thiện HSCS ] tụ lớn  BBĐ Áp DC v i =i n L C1 Dạng dòng/áp chỉnh lưu có cos  (HSCS) trang 30 / 32 ch4 DK ap DC Maïch cải thiện HSCS: Là nguồn Flyback nạp tụ chỉnh lưu dòng hình sin có biên độ thay đổi theo trung bình áp ra: RS - FF Set Dao độ ng in Nguồn C1 i L S So sánh Điề u khiể n p C2 2Phả n hồ i dò ng Đặ t dò ng Shunt L S Reset Q Bộ nhâ n Ngắt điện S: điều khiển PWM loại dòng điện có tín hiệu đặt xung hình sin có trung bình thay đổi theo áp Tần số đóng ngắt hàng 100 kHZ => dòng nguồn hình sin trang 31 / 32 ch4 DK ap DC Mạch cải thiện hệ số công suất dùng vi mạch MC34262 trang 32 / 32 ch4 DK ap DC IV.5 ỨNG DỤNG: (đọc tài liệu) Ổn áp xung Bộ nguồn DC cho thiết bị điện tử Điều khiển động DC Nghịch lưu ... DK ap DC Mạch cải thiện hệ số công suất dùng vi mạch MC 342 62 trang 32 / 32 ch4 DK ap DC IV.5 ỨNG DỤNG: (đọc tài liệu) Ổn áp xung Bộ nguồn DC cho thiết bị điện tử Điều khiển động DC Nghịch lưu... Rectifier) Mạch lái nủa cầu dùng IR21 84, tự cấp điện VB R3 Q4 R11 R9 mosFET P R4 R5 IN Q1 R2 Q2 mosFET N trang 28 / 32 ch4 DK ap DC Mạch lái nửa cầu dùng IR21 84 IN: ngỏ vào (logic đến 5V) Deadtime 0.5... Ngắt điện đóng (ON): Cuộn dây nạp lượng từ nguồn Ngắt điện ngắt (OFF): Cuộn dây phóng lượng qua tải nạp lượng vào tụ trang 16 / 32 ch4 DK ap DC Khảo sát sơ đồ bản: Các giả thiết: điện áp, dòng điện