BÀI TẬP LỚN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN 1.2 MỤC ĐÍCH CỦA DỰ ÁN CHƯƠNG 2 ĐÁNH GIÁ TỔNG QUAN VÀ TÀI LIỆU 2.1 TỔNG QUAN 2.2 ỨNG DỤNG CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP 3.1 CẤU HÌNH CHUNG CỦA BỘ CHUYỂN ĐỔI SÁCH 3.2 SƠ ĐỒ KHỐI 3.3 THÔNG SỐ KỸ THUẬT 3.4 CÁC CHỨC NĂNG LINH KIỆN 3.5 CÁC TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN 3.5.1 MOSFET CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ QUAN SÁT 4.1 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG MATLAB 4.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG PSPICE 4.3 QUAN SÁT CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO
BÀI TẬP LỚN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Mã: 13350 Học kỳ: – Năm học: 2019 - 2020 Đề tài: Thiết kế hệ thống chỉnh lưu DCDC với sơ đồ bost converter Ngành Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Chun ngành Điện tự động cơng nghiệp Giảng viên hướng dẫn: Bộ môn: Khoa: Điện tự động công nghiệp Điện – Điện tử HẢI PHÒNG - 5/2020 ĐỀ TÀI BÀI TẬP LỚN THIẾT KÊ BỘ BIẾN ĐỔI NGUỒN DC/DC VỚI - SƠ ĐỒ BOOSTCONVERTER - ĐIỆN ÁP VÀO (18-24)V ĐIẸN ÁP RA 36V – DÒNG TẢI 2,5A Sinh viên thực (Tất SV) Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN 1.2 MỤC ĐÍCH CỦA DỰ ÁN CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ TỔNG QUAN VÀ TÀI LIỆU 2.1 TỔNG QUAN 2.2 ỨNG DỤNG CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP 3.1 CẤU HÌNH CHUNG CỦA BỘ CHUYỂN ĐỔI SÁCH 3.2 SƠ ĐỒ KHỐI 3.3 THÔNG SỐ KỸ THUẬT 3.4 CÁC CHỨC NĂNG LINH KIỆN 3.5 CÁC TÍNH TỐN THÀNH PHẦN 3.5.1 MOSFET CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ QUAN SÁT 4.1 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG MATLAB 4.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG PSPICE 4.3 QUAN SÁT CHƯƠNG KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO CHƯƠNG GIỚI THIỆU SƠ BỘ 1.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN Trong nhiều ứng dụng kỹ thuật, yêu cầu chuyển đổi nguồn chiều điện áp đặt thành đầu điện áp chiều biến thiên Bộ chuyển đổi DC-DC chuyển đổi điện áp trực tiếp từ DC sang DC gọi đơn giản Bộ chuyển đổi DC Bộ chuyển đổi DC tương đương với máy biến áp AC với tỷ lệ vòng quay biến thiên liên tục Nó sử dụng để giảm nâng cấp nguồn điện áp DC, máy biến áp Bộ chuyển đổi DC sử dụng rộng rãi để điều khiển động kéo ô tô điện, ô tô đẩy, tời hàng hải, xe nâng hàng xe ủi đất Chúng mang lại hiệu cao, khả tăng tốc tốt kiểm soát phản ứng động nhanh chóng Chúng sử dụng q trình hãm tái sinh động DC để quay trở lại lượng trở lại nguồn cung cấp Thuộc tính dẫn đến tiết kiệm lượng cho hệ thống giao thông với bước thường xuyên Bộ biến đổi DC sử dụng điều chỉnh điện áp DC; sử dụng, với cuộn cảm kết hợp với nhau, để tạo nguồn dòng điện chiều, đặc biệt cho biến tần nguồn 1.2 MỤC ĐÍCH CỦA DỰ ÁN Hiệu quả, kích thước chi phí lợi chuyển đổi nguồn so với chuyển đổi tuyến tính Hiệu suất chuyển đổi nguồn chuyển đổi chạy khoảng 70-80%, chuyển đổi tuyến tính thường có hiệu suất 30% Bộ chuyển đổi tăng cường chuyển mạch DC-DC thiết kế để cung cấp phương pháp hiệu để lấy nguồn điện áp chiều định tăng cường lên giá trị mong muốn Ở đề cập tới ĐIỆN ÁP VÀO (18-24)V ĐIẸN ÁP RA 36V – DÒNG TẢI 2,5A sơ đồ tăng áp CHƯƠNG TỔNG QUAN CƠ SỞ VÀ ỨNG DỤNG 2.1 TỔNG QUAN Nguồn cho chuyển đổi tăng cường đến từ nguồn DC phù hợp nào, chẳng hạn DC máy phát điện, pin, pin mặt trời chỉnh lưu Phương pháp thay đổi điện áp chiều thành điện áp chiều khác gọi chuyển đổi chiều sang chiều Nói chung, chuyển đổi tăng cường DC sang DC biến đổi có điện áp lớn điện áp nguồn Nó đơi gọi bước lên chuyển đổi "nâng cấp" điện áp nguồn 2.3 ỨNG DỤNG Các hệ thống chạy pin thường xếp chồng nối tiếp tế bào để có điện áp cao Tuy nhiên,không thể tạo đủ đống ô nhiều ứng dụng điện áp cao không đủ không gian Bộ chuyển đổi tăng cường tăng điện áp giảm số lượng tế bào Hai pin ứng dụng sử dụng chuyển đổi tăng áp xe điện hybrid (HEV) hệ thống chiếu sáng.Mẫu NHW20 Toyota Prius HEV sử dụng 500 V Nếu khơng có chuyển đổi tăng áp, HEV cần gần 417 tế bào để cung cấp lượng cho động Trên thực tế, Prius thực sử dụng 168 ô tăng điện áp pin từ 202 V lên 500 V Trong ứng dụng quy mô nhỏ hơn, chuyển đổi tăng cường thiết bị điện hệ thống chiếu sáng di động đèn khẩn cấp Một đèn LED trắng thường yêu cầu 3,3 V để hoạt động chuyển đổi tăng cường tăng điện áp từ 1,5 V ô kiềm để cung cấp lượng cho ánh sáng Nó tạo điện áp cao để hoạt động lạnh ống huỳnh quang cathode (CCFL) thiết bị đèn LCD số đèn pin Một chuyển đổi tăng áp sử dụng làm chế tăng điện áp mạch gọi 'Kẻ trộm Joule', cấu trúc liên kết mạch sử dụng với ứng dụng pin lượng thấp sử dụng khả chuyển đổi tăng cường để 'ăn cắp' lượng lại pin Năng lượng cịn lại khơng bị lãng phí điện áp thấp pin gần cạn kiệt khiến khơng thể sử dụng cho tải Phần lượng cịn lại chưa khai thác nhiều ứng dụng khơng cho phép đủ dịng điện để chạy qua tải điện áp suy giảm Điều xảy pin bị xuống cấp, đặc tính pin thơng thường Có nhiều cách sử dụng cho chuyển đổi tăng DC-DC Ta cần mang theo thiết bị họ muốn mang đồ điện tử từ nước nguồn cung cấp dịng điện nước ngồi khác với có mặt nhà họ Đôi cần chuyển đổi phích cắm, trường hợp khác, việc cắm thiết bị điện tử trực tiếp vào nguồn điện làm hỏng thiết bị Một thúc đẩy chuyển đổi cung cấp cầu nối cho phép khách du lịch tiếp cận điện an toàn Các thiết bị sử dụng với hệ thống yêu cầu điện áp cao, từ sân khấu chiếu sáng đến máy khoa học Trong số trường hợp, chuyển đổi tăng cường nối trực tiếp vào cung cấp điện yêu cầu lâu dài Trong trường hợp khác, cần phải cắm thiết bị theo yêu cầu, đặc biệt trường hợp thiết bị di chuyển thiết bị sử dụng băng tần buổi hòa nhạc Cũng thiết bị điện khác, nên kiểm tra chuyển đổi tăng áp trước sử dụng để xác nhận tình trạng hoạt động tốt để kiểm tra vấn đề ảnh hưởng đến chức an toàn CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGUYÊN CỨU 3.1 CẤU TRÚC CHUNG CỦA BỘ CHUYỂN ĐỔI DC-DC Trong chuyển đổi tăng áp, điện áp đầu lớn điện áp đầu vào - có tên "Tăng cường" Dưới chuyển đổi tăng cường sử dụng MOSFET Hình 3.1.1 Sơ đồ mạch Bộ chuyển đổi Boost Chức chuyển đổi tăng cường chia thành hai chế độ, Chế độ Chế độ Chế độ bắt đầu transistor M1 bật thời điểm t = Dòng điện đầu vào tăng lên chạy qua cuộn cảm L bóng bán dẫn M1 Chế độ bắt đầu transistor M1 ngắt thời điểm t = t1 Dòng điện đầu vào chạy qua L, C, tải diode Dm Dòng điện dẫn giảm chu kỳ Năng lượng lưu trữ cuộn cảm L chạy qua tải Các mạch cho hai chế độ hoạt động hiển thị đây: (a) (b) Hình 3.1.2 Hoạt động mạch (a) Chế độ (b) Chế độ Các dạng sóng cho điện áp dịng điện hiển thị bên Mối quan hệ điện áp-dòng điện cuộn cảm L là: V=Ldi/dt Đối với xung hình chữ nhật khơng đổi: I=vt/l + io Khi bóng bán dẫn M1 chuyển đổi: dentai = (Vi-Vtran)Ton/L Và bóng bán dẫn bị ngắt dịng điện là: dentai=(Vout-Vin+Vd)Toff/L Rõ ràng điện áp đầu có liên quan trực tiếp đến chu kỳ nhiệm vụ Thách thức thiết kế chuyển đổi loại cuộn cảm sử dụng Từ phương trình trên, thấy cảm kháng tỉ lệ nghịch với dịng điện gợn sóng Vì vậy, để giảm gợn sóng, cuộn cảm nên sử dụng 3.2 SƠ ĐỒ KHỐI cho thấy khối việc xây dựng mạch chuyển đổi tăng áp: Nguồn điện áp cung cấp điện áp DC đầu vào cho điều khiển công tắc, từ phần tử lưu trữ trường Khối chứa điều khiển công tắc đạo hành động công tắc phần tử, chỉnh lưu đầu lọc cung cấp điện áp chiều chấp nhận cho đầu 3.3 THÔNG SỐ KỸ THUẬT Các kỹ sư làm việc môi trường công nghệ cao ngày phải đối phó với thay đổi nhanh chóng thị trường thiết bị sản phẩm điện tử Khi công nghệ phát minh, mạch tích hợp hoạt động nhanh có kích thước hình dạng nhỏ Tuy nhiên, nhiều mạch tích hợp yêu cầu điện áp 15 vôn để hoạt động Bộ chuyển đổi DC-DC Switching Boost Converter sử dụng điện áp DC Volt cung cấp với dung sai 10% cung cấp 15 Volts cho tải Dòng điện tối đa giao cho tải 0,4 A Mạch hoạt động với hiệu suất cực tiểu 94,16% 3.4 CÁC CHỨC NĂNG LINH KIỆN Cuộn cảm thể hoạt động phần tử lưu trữ từ trường thể Hình 3.2.1 Nó lưu trữ lượng vật liệu cốt lõi PWM lý tưởng hoạt động điều khiển cơng tắc bóng bán dẫn hoạt động phần tử chuyển mạch Diode tụ điện sử dụng để thực chức chỉnh lưu đầu khối lọc 3.5 TÍNH TỐN THÀNH PHẦN 3.5.1 MOSFET Thơng số kỹ thuật MOSFET – Điện áp đầu vào 18-24 V Điện áp đầu - 30V Tải – 2,5A RDS = 0,002Ω F = 50 KHz K Chương KẾT QUẢ VÀ QUAN SÁT 4.1 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG MATLAB: Dưới sơ đồ mạch sử dụng để mô MATLAB chuyển đổi tăng cường Mục đích mạch để đo điện áp đầu dạng sóng Sơ đồ mạch Bộ chuyển đổi Boost sử dụng MATLAB Dưới dạng sóng dịng điện đầu thu từ mơ MATLAB (dịng điện đầu ra) so với Thời gian) MATLAB Dưới dạng sóng điện áp đầu thu từ mô PSPICE 4.3 QUAN SÁT: Từ kết thu được, thấy rõ biến đổi tăng áp tăng điện áp từ đến 15V phù hợp với thông số có trước đó, đáp ứng điều kiện mong muốn dòng điện đầu 2,5 A tần số 50kHz Hiệu suất chuyển đổi tăng 94,16% 21 Chương PHẦN KẾT LUẬN Tất thông số kỹ thuật nêu trước đáp ứng thiết kế chuyển đổi tăng cường Mô MATLAB PSPICE sử dụng tham số tính tốn thực tương ứng dạng sóng thu Điện áp đầu tụ đầu 15V với cực đại độ gợn đầu 1,6% Hiệu suất nguồn đoạn mạch vượt 94% Tuy nhiên, bổ sung ràng buộc cần đặt tải Tải không vượt 0,75kΩ Điều gây hiệu suất giảm xuống giá trị quy định 94,16% Thiết kế phần cứng BOOST CONVERTER thực Nó quan sát, chu kỳ nhiệm vụ thay đổi điện áp đầu thay đổi GIỚI THIỆU THAM KHẢO [1] Muhammad H Rashid, “Điện tử công suất, mạch, thiết bị ứng dụng”, thứ ba Ấn bản, Pearson Education, Inc., 2004 [2] Carl Nelson & Jim Williams, “Công nghệ tuyến tính, Sổ tay thiết kế LT1070”, 1986 [3] Marty Brown, “Thiết kế cung cấp điện chuyển mạch thực tế”, New York: Academic Press, Inc., 1990