Chuong 4

Bài giả ng Đ iện T Công Suấ t GV: Thượng Văn Bé Chương 4: ðIỀU CHỈNH ðIỆN ÁP MỘT CHIỀU (Băm xung chiều) Giới thiệu: Bộ băm xung chiều dùng ñể ñiều chỉnh ổn ñịnh ñiện áp tải lấy từ nguồn ñiện chiều Băm xung c hiều ñược sử dụng thiết bị ñộng ñiện chiều, cấu ñiện từ, mạc h ổn áp dải rộng … Van thíc h hợp với băm xung chiều loại mà điều khiển q trình m khóa van, tốt dùng transistor (BJT, MOSFET, IGBT) Khi c ông suất tải lớn (Do dịng điện lớn đ iện áp q cao ) phải dùng tiris tor Lúc đó, khơng thể khóa van c ực điều khiển nên buộc phải ñưa thêm vào m ạch phần tử chuyên dùng để khóa van gọi c ác phần tử chuyển mạch ðây vấn ñề lớn phức tạp, thường làm c ho mạch hoạt ñộng tin c ậy Băm xung c hiều chia làm loại sau: a) Loại có v an v ñiện cảm mắc nối tiếp với tải: (Hình IV.1) K L + + VI VO D - Hình IV.1 ∗ Hoạt động mạc h: Trong khoảng thời gian K đóng: Diode D tắt, Nguồn c ung cấp dịng điện qua khóa K – L - tải lại nguồn L tích luỹ lượng dạng từ trường Trong khoảng thời gian K mở: L xả lượng, tiếp tục trì dịng điện qua tải - Diode D - lại L ∗ ðặc ñiểm mạch: − Giá trị ñiện áp nhỏ giá trị ñiện áp vào − Phạm vi ñ iều chỉnh ñiện áp từ ñến VI (lý tưởng) − Dịng điện nguồn cung cấp cho mạc h khơng liên tục, cịn dịng điện qua tải liên tục b) Loại có v an mắc song song với tải, cịn điệ n cảm mắc nối tiếp với tải: (Hình IV.2) L D + VI + K - VO - Hình IV.2 ∗ Hoạt động c mạch: Trong khoảng thời gian K đóng: Diode D tắt, Nguồn cấp dịng điện qua L-K nguồn L tíc h lũy lượng Trong khoảng thời gian K mở: L xả lượng, cung cấp dịng điện c ho tải qua D – tải nguồn lại L ∗ ðặc điểm mạch: − L khơng tham gia lọc điện mà phần tử tích lũy lượng thời gian K đóng − ðiện áp tải ln lớn điện áp vào Dùng cho cá c lớ p THĐT-Trường Kỹ Thuật C ao Thắn g 2001 Trang 4.1 Bài giả ng Điện Tử Công Suấ t GV: Thượng Văn Beù − Giới hạn phạm ñiều chỉnh ñiện áp từ V I ñến (VI+e), vớ i e s ức ñiện ñộng sinh L mở K − Năng lượ ng nguồn VI c ung cấp cho mạc h liên tục, c òn lượng nầy truyền ñến tải c hế ñộ xung c) Loại có v an mắc nối tiếp với tải cịn điện cảm mắc song song với tải: (Hình IV.3) K ∗ D - + L VI - VO + Hình IV.3 Hoạt động mạch: Trong khoảng thời gian K đóng: Diode D tắt, nguồn cấp dịng điện qua K-L nguồn L tíc h lũy lượng Trong khoảng thời gian K mở : L xả lượng, c ung cấp dịng điện cho tải qua D , lại L ∗ ðặc ñiểm c mạch: − ðiện áp ngượ c cực tính với điện áp vào − Năng lượ ng c nguồn VI cung c ấp c ho m ạc h chế ñộ xung lượng nầy truyền ñến tải c ũng chế độ xung d) Loại có v an mắc nối tiếp với cuộn sơ cấp mba xung: (H ình IV.4) ∗ Hoạt ñộng mạc h: Trong thời gian K đóng, có dịng điện qua c uộn sơ cấp biến áp Trong thời gian K mở , cuộn sơ c ấp xuất s ức ñiện ñộng tự cảm , hai T Chỉnh đầu c uộn thứ cấp biến áp xung c ũng ∗ Lưu c ó điện áp xung Vo Và ∗ K hi khóa K đóng m có c hu kỳ Lọc hai đầu cuộn thứ cấp nhận Vi ñược chuỗi xung Chuỗi xung nầy sau R c hỉnh lưu lọc nhận ñược K ñiện áp chiều C ðiện trở R tụ C ñể bảo vệ khóa K khỏi bị ñánh thủng K Hình IV.4 c huyển trạng thá i từ đóng sang mở ∗ ð ặc ñiểm mạch: − Giá trị điện áp c ó thể lớn nhỏ điện áp vào − Cực tính điện áp c ó thể giống khác điện áp vào − Có thể đồng thớ i nhận số điện áp có giá trị c ực tính khác Nguyên lý băm xung chiều: Thực tế ña số c ác mạch băm xung chiều loạ i c ó van ñ iện c ảm mắc nối tiếp với tải Hoạt ñộng băm xung chiều dựa nguyên tắc đóng/ngắt tải với nguồn theo chu kỳ (Hình IV.5): Dùng cho cá c lớ p THĐT-Trường Kỹ Thuật C ao Thắn g 2001 Trang 4.2 Bài giả ng Điện Tử Công Suấ t GV: Thượng Văn Bé K vo Vi R Vi Vo VTB Hình IV.5a t To T Hình IV.5b Trong khoảng thời gian T cho van dẫn (K đóng), điện áp nguồn VI ñưa thẳng tải, Trong khoảng thời gian lại c chu kỳ (T-T0) bắt van khóa (K mở) làm điện áp tải Do điện áp trung bình m ột c hiều tải là: T T V= 1 O v dt = VI dt O T ∫0 T ∫0 V = T0 VI = α VI T Theo biểu thức ta thấy ñể ñiều chỉnh ñiện áp tải c ó thể thay ñổi ñộc lập T0, T ñồng thời c ả hai tham số nầy, thông dụng phươ ng pháp thay ñổi T0 giữ chu kỳ T cố ñịnh Như từ ñiện áp nguồn VI khơng đổi liên tục, h “băm “ thành c ác xung ta điều c hỉnh ñược ñiện áp ra, Thuật ngữ băm xung xuất phát từ hình ảnh nầy chế độ dịng ñiện: Theo nguyên lý hoạt ñộng, giai ñoạn van khoá, nguồn bị cắt khỏi tả i Tuy nhiên, tải c ó E d iD tính điện cảm nên dịng điện tải L tiếp tục trì qua VO E D diode D nhờ lượ ng tích luỹ R điện c ảm nầy Tùy thuộc vào tham số R , L, Ed khoảng ngắt nguồn (T-TO ) mà dịng điện tải c ó Hình IV.6a thể tồn đến van dẫn trở lại (Chế độ dịng liên tục) s ẽ tắt trướ c (C hế độ dịng điện gián đoạn) K iK i + Hệ phương trình mơ tả hoạt ñộng mạch là: Khi Van dẫn: RiK + L di K = E − Ed dt (IV.1) Khi Van khóa: RiD + L di D = −Ed dt (IV.2) Nghiệm C hai phương trình c ó dạng: t iK = − E − Ed + Ae τ R Dùng cho cá c lớ p THĐT-Trường Kỹ Thuật C ao Thắn g 2001 Trang 4.3 Bài giả ng Điện Tử Công Suấ t GV: Thượng Văn Bé iD = − − Ed + Be R Trong ñó, τ = t − TO τ L ñược gọi thời mạc h R a) Chế ñộ dịng điện liên tục: (Hình IV.6b) ðiều ban đầu: i K (t = 0) = i D (t = T) t = TO , i K = i D Với ñ iều kiện ta ñược: iK = E − Ed E e + R R − T −T O 1− e − −1 τ − T e − t τ τ TO E E 1− e τ − iD = − d + e T − R R τ 1− e t − TO τ vO vO E Ed E tn t TO T i TO t T i IM IM Im t t 0 iK iK IM IM Im t t 0 iD iD IM IM Im t t 0 a) Hình IV.6b: Chế độ dịng điện liên tục a) Hình IV.6c: Chế độ dịng điện gián đoạn − ðiện áp trung bình tải: T VO = 1 vO dt = ∫ T T TO ∫ Edt Dùng cho cá c lớ p THĐT-Trường Kỹ Thuật C ao Thắn g 2001 Trang 4.4 Bài giả ng Điện Tử Công Suấ t GV: Thượng Văn Bé VO = T0 E = αE T − Dịng điện trung bình qua tải: I= V0 − E d α E − E d = R R b) Chế độ dịng ñiện gián ñoạn: (Hình IV.6c ) ðiều ban ñầu: t = 0, i K = t = TO , i K = i D Với ñ iều kiện ta ñược: E − Ed iK = R iD = − t  − 1 − e τ       T E d  E E − E d − τO +  − e R R R  − t −τTO e   − ðiện áp trung bình tải: VO = T T  1T  O v dt = Edt + E d dt  O ∫ ∫ ∫  T T  TO +t n  VO = T0 T − (T0 + t n ) E+ Ed T T − Dịng điện trung bình qua tải: I= V0 − E d R Dùng cho cá c lớ p THĐT-Trường Kỹ Thuật C ao Thắn g 2001 Trang 4.5 ... ∫ Edt Dùng cho cá c lớ p THĐT-Trường Kỹ Thuật C ao Thắn g 2001 Trang 4. 4 Bài giả ng Điện Tử Công Suấ t GV: Thượng Văn Bé VO = T0 E = αE T −... lưu lọc nhận ñược K ñiện áp chiều C ðiện trở R tụ C để bảo vệ khóa K khỏi bị đánh thủng K Hình IV .4 c huyển trạng thá i từ ñóng sang mở ∗ ð ặc ñiểm mạch: − Giá trị điện áp c ó thể lớn nhỏ điện... IV.5): Dùng cho cá c lớ p THĐT-Trường Kỹ Thuật C ao Thắn g 2001 Trang 4. 2 Bài giả ng Điện Tử Công Suấ t GV: Thượng Văn Bé K vo Vi R Vi Vo VTB