Thí nghiệm biến đổi nguồn DC-DC công suất docx

TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM TN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÀI 5: THÍ NGHIỆM BỘ BIẾN ĐỔI NGUỒN DC–DC CÔNG SUẤT (SWITCHING DC – DC INVERTER) A. PHẦN LÝ THUYẾT Các bộ biến đổi nguồn DC-DC với điều khiển chuyển mạch (Switching) yếu tố công suất như Transistor hoặc MOSFET cho phép tạo nguồn DC từ thế Uin thành thế ra Uo (Uo<Uin) với dòng tải lớn. Thiết bò đảm bảo hiệu suất sử dụng cao ngay cả trong trường hợp khi chênh lệch điện áp vào và ra là cực đại. Trên hình 5.1.a giới thiệu sơ đồ khóa Transistor với tải điện cảm và điện dung. Khi tác động xung điều khiển sẽ làm bảo hòa transistor T1 trong thời gian t1, đưa thế collector T1 lên giá trò nguồn, và cấm T1 trong thời gian t2 (hình 5.1b). Kết quả là lối ra yếu tố chuyển mạch T1 có chuỗi xung có biên độ từ 0 đến Ui. Bộ lọc LC thực hiện 1 việc san bằng xung thế vuông góc lối ra. Giá trò thế ra sẽ bằng: Uo = Ui.t1 / (t1 + t2) t R1 +U in +U c SD Xung Điều khiển Uo C T1 +U in +U O +U C T t2 t1 a) b) Hình 5.1: Bộ nguồn chuyển mạch Nếu thay đổi độ rộng xung t1 điều khiển dẫn Tranristor, khi giữ nguyên tần số điền khiển (t1+t2=const), có thể thay đổi thế ra Uo trong khoảng rộng. Trong chế độ dẫn bão hòa, sụt thế trên transistor là nhỏ, công suất tiêu tán trên transistor là rất nhỏ so với phương pháp điều khiển tuyến tính và không phụ thuộc vào hiệu thế giữa thế vào và thế ra. Trang 28 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM TN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ISOLATED FEEDBACK GND GND IC3B + 12V C1 K1 COUNTER TP3 I IC3B CONPARATOR GENERATION TP3 12V C1 K1 CONPARATOR IC3B + 12V I - 12V + 12V+ 12V+ 12V SWITCHING DC - DC INVERTER PEC - 503 Hình 5.2: Sơ đồ khối điều khiển nguồn DC-DC Máy phát gồm sơ đồ phát và bộ đếm, cho ra xung vuông góc trực tiếp (lối ra P). Các xung vuông góc cũng điều khiển khóa K1 ở bán kỳ ngắt cho phép dòng I nạp cho tụ C5 để hình thành xung răng cưa. Xung này được tầng ngưỡng IC3B cắt ngưỡng đồng bộ và hình thành xung ra. Kết quả là khi thay đổi ngưỡng Vref, độ rộng xung ra thay đổi. Mạch hình thành độ rộng xung trên K2, C6, IC3A ngược pha với mạch trên K1, C5 và IC3B. Vì vậy khi trộn hai tín hiệu nhờ cổng IC4, cho phép tạo chuỗi xung ra với độ rộng thay đổi từ 0 đến 100%. Mạch phản hồi cách ly (ISOLATED FEEDBACK) thực chất là bộ cách ly quang, cho phép biến đổi thế Uo thành điện thế phản hồi. Sự thay đổi điện thế ra do tải sẽ làm thay đổi điện thế để sử dụng hiệu chỉnh độ rộng xung điều khiển và cho phép bù trừ sự thay đổi thế ra do tải. Mạch trên IC5 thực hiện vai trò hàm PID nhằm đảm bảo đáp ứng lối ra tốt nhất. Trang 29 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM TN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ B. PHẦN THỰC HÀNH I. THIẾT BỊ SỬ DỤNG: 1. Thiết bò cho thực tập về biến đổi nguồn DC-DC (hình 5.3), chứa các phần chức năng: - Bảng nguồn PE-500PS, chứa Aptomat 1 pha cho các ổ điện 220VAC, Aprtomat chính 3 pha cấp nguồn cho thí nghiệm, cầu chì (~24V AC), đèn báo nguồn, Các lối ra cho nguồn ~24V AC/10A 3 pha, nguồn 1 chiều +12V/1.5A và –12V/1.5A. - Module tạo xung điều khiển đồng bộ: PEC-503. - Module MOSFET: PE –515 - Module tải PEL-521 2. Dao động ký 2 tia. 3. Phụ tùng: dây có chốt cắm hai đầu. PEL-521 PE-515 PEC-503 Hình 5.3: Thiết bò thực tập về biến đổi nguồn DC-DC công suất Trang 30 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM TN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ II. CÁC BÀI THỰC TẬP 1.1 Khảo sát bộ hình thành tín hiệu điều khiển: - Sử dụng khối PEC – 503 (hình 5.2) - Kiểm tra việc cấp nguồn ±12V và đất cho sơ đồ điều khiển PEC – 503 - Nối thế chuẩn Ut với Vref để cấp thế từ biến trở P3 cho các bộ so sánh. 1.2 Đặc biến trở P1 (FREQUENCY) và P3 ở vò trí giữa. Sử dụng dao động ký quan sát dạng sóng tín hiệu tại các chốt từ TP1tới TP13. Vẽ dạng đồ xung quan sát theo tín hiệu đồng bộ TP1,TP2 và TP13. Vẽ vào báo cáo. Vặn biến trở P3 để thay đổi ngưỡng điều khiển đồng bộ. Quan sát sự thay đổi tín hiệu tương ứng. 1.3 Nối chốt W với C. quan sát tín hiệu ra tại G-S. Vẽ vào báo cáo. 2. Khảo sát bộ biến đổi nguồn DC – DC khi không có phản hồi: 1. Sơ đồ điều khiển với xung vuông: 1.1. Nối sơ đồ để tạo bộ biến đổi DC-DC (hình 5.4) - Nối lối ra G và S của khối PEC-503 với các chốt G và S tương ứng của khối công suất PEC-515 (hình 5.2). - Nối chốt C với P (PEC-503) để cấp xung vuông góc cho POWER MOSFET. - Nối chốt để cấp nguồn ~24VAC từ PE-500PS cho lối vào VAC IN của PEC-515. - Gắn 3 tải trở R1-R2-R3 (PEC-521) nối tiếp để sử dụng 3 giá trò tải R1, R1+R2, R1+R2+R3. 1.2 Sử dụng dao động ký để quan sát tín hiệu giữa G và S của TR1. Vẽ lại dạng tín hiệu giữa S và Uo- vào báo cáo. Đo thế ra Uo (giữa Uo+&Uo-) 1.3 Vặn biến trở P1 (FREQUENCY) để thay đổi tần số máy phát. Ghi kết quả đo (Thế ra Uo, Độ mấp mô thế ra theo tải) ứng với các tần số phát khác nhau vào bảng kết quả đo. 2. Sơ đồ điều khiển với xung có độ rộng thay đổi: 2.1 Nối sơ đồ để tạo bộ biến đổi nguồn DC – DC (hình 5.4) - Nối lối ra G và S của khối PEC-503 với các chốt G và S tương ứng của khối công suất PEC-515 (hình 5.2). - Nối chốt C với W (PEC-503) để cấp xung vuông góc cho POWER MOSFET. Trang 31 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM TN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ - Nối chốt để cấp nguồn ~24VAC từ PE-500PS cho lối vào VAC IN của PEC-515. - Gắn 3 tải trở R (PEC-521) nối tiếp để sử dụng 3 giá trò tải R1, R1+R2, R1+R2+R3. 2.2 Sử dụng dao động ký để quan sát tín hiệu giữa G và S của TR1. Vẽ lại dạng tín hiệu giữa S và Uo- vào báo cáo. Đo thế ra giữa (Uo+ - Uo-). 2.3 Vặn biến trở P1 (FREQUENCY) để tần số máy phát = 20kHz. Ghi kết quả đo (Thế ra Uo, Độ mấp mô thế ra theo tải) ứng với các độ rộng xung theo % của chu kỳ T (chỉnh P3) vàøo bảng kết quả đo. 2.4 Nhận xét kết quả đo trên bảng kết quả đo về sự phụ thuộc công suất và độ mấp mô thế ra vào độ rộng xung. Trang 32 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM TN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ K1 C1 IC3B TP3 I - 12V CONPARATOR CONPARATOR K1 C1 IC3B TP3 I 12V GENERATIONCOUNTER + 12V IC3B GND + 12V+ 12V ISOLATED FEEDBACK SWITCHING DC - DC INVERTER PEC - 503 PE - 515 DC - DC INVERTER POWER MOOULE DIODE BRIDGE DC - DC INVERTER POWER MOOULE POWER MOSFET VAC IN MOSFET L1 FUSE 5A U 0+ U 0- BR1 TP1 C1 D1 C2 G S R1 R2 R3 + 12V + 12V GND Hình 5.4: Bộ nguồn biến đổi DC - DC Trang 33 . THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM TN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÀI 5: THÍ NGHIỆM BỘ BIẾN ĐỔI NGUỒN DC–DC CÔNG SUẤT (SWITCHING DC – DC INVERTER) A. PHẦN LÝ THUYẾT Các bộ biến đổi nguồn DC-DC. PEC-503 Hình 5.3: Thiết bò thực tập về biến đổi nguồn DC-DC công suất Trang 30 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM TN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ II. CÁC BÀI THỰC. cho thực tập về biến đổi nguồn DC-DC (hình 5.3), chứa các phần chức năng: - Bảng nguồn PE-500PS, chứa Aptomat 1 pha cho các ổ điện 220VAC, Aprtomat chính 3 pha cấp nguồn cho thí nghiệm, cầu chì