báo cáo bài tập lớn các bộ biến đổi tĩnh đề tài thiết kế bộ biến đổi dc dc dạng boost

Tính toán các thông số - —_ Mạch vận hành ở xáclập.. - Thay đổi thông số linh kiện bằng cách double click linh kiện, bảng tính chất linh kiện sẽ hiện ra.. Sau khi kết thúc quá trình mô

DAI HOC BACH KHOA - DAI HQC QUỐC GIA TP HCM

CHƯƠNG TRÌNH KS CLC VIỆT-PHÁP

a

<>

BAO CAO BÀI TẬP LỚN CÁC

BỘ BIẾN ĐỔI TĨNH

DE TAI:

THIET KE BO BIEN DOI DC/DC DANG BOOST

GVHD:PGS TS PHAN QUOC DUNG

LOP VP10NL

MỤC LỤC

2.1 Tiến hành mô phỏng: 255 52 22222211223122211221122111221112112111211.1011211 11a 2

2.2 Kết quả mô phỏng: nem erey Error! Bookmark not defined 2.3 So sánh với lý thuyẾP: nh Hai Error! Bookmark not defined

“Am 920 cece cece cceceeenseeessecseeeseeeseseesesenseecseeeseeeeseeteeseressusesesenteenerenes 10 3.2 DIod€: Q.0 HH n1 1x Hee Error! Bookmark not defined

3.3 Dien Trt cccccccccccccecceccseeeseecesseesnvtstttstttaners Error! Bookmark not defined 3.4 CuOn Came oo ccccccccccccessuscnsnvevecscsceusssauvneesereveres Error! Bookmark not defined 3.5 TU DINE coi cccccccscseccecscsesusascnenvevevecseeuuasauenenersseeea Error! Bookmark not defined

Yêu cầu:

Thiết kế bộ biến đổi Boost với điện áp ra là 60V Điện áp ngõ vào là 12V Thiết

kế sao cho dòng qua cuộn kháng liên tục và độ nhấp nhô điện áp thấp hơn 1%

Tải R = 50O Tân số đóng cắt có thể chọn 20kHz

Sơ đồ nguyên lý bộ Boost:

1 Tính toán các thông số

- —_ Mạch vận hành ở xáclập

- Dòng qua cuộn kháng liên tục, luôn dương

- _ Tụ điện rất lớn, điện áp ngõ ra không đôi và có giá tri Vo

- Chu kỳ đóng cắt T, thời gian đóng : DT, ngắt : (1-D)T

° Tinhtoan:

- Xác định tỷ số đóng dong D

- Xac dinh L:

Từ điều kiện dòng qua L liên tục, ta có:

_ D(-ĐÐÝR _ 0,8(1-0,8Ÿ.60_-

Ling mia 2f = 2.20.10° = 48 ae

Chọn L=48HH

- Xacdinh C:

Độ nhấp nhô điện ap thấp hơn 1%

Chọn C=100uF

Av, D 0.8

—#._= _" 93%

2 Mô phỏng mạchbằng PSIM

Các thông số thiết kế của mạch:

- —_ Điện áp vào: Vụ = 12 [VỊ

- _ Tần số đóng cắt khóa f = 20 [kHz]

- — Tỷ số đóng cắt D = 0,8

- — Điện trởR= 50 [0|

- —_ Cuộn cảm L =48 [pH]

- —_ Tụ điện C= 100 [uF]

2.1 Tiến hành mô phỏng:

- — Fạo file mới, File =*New

Edit View Subcircuit Simulste Options Utilities Window Help

New KN Pv [cf 2|f#|9z| + 5 | |2|5j mịn|› |mise®{ +is| ~'||Í

Close

Close All

Save

Save As

Save All

Save in Package File

Save a Older Versions

Print

Print Preview

Print Selected

Print Selected Proview

Print Page Setup

Printer Setup

1 GAUsers\ \me phong

= 4 SIE > a) cor fa-| te) ene [|| 4 [of pf |

=1

- Lấy linh kiện từ thanh công cụ ở bên dưới hoặc trong menu Elements

Power , RLC Branches Al£| #{ |Í i)

Xin me + ‘Switches B Am" =

Other — » ; Nhớ Transformers i £l tị R|RØ E4 f4 f

‘Symbols › Othe

es > Motor Drive Module

‘SimCouer for Code Generation MauGoupier Module: MagCoupler-RT Module

Mechanical Loads and Sensors

Thermal Module Renewable Energy

+ |>~z|[~-|¬-|~-|¬-lig|[s2|er| mị ¿| _#|xs|xs| EM _e|e[elelo| >+|+| =al+el|zel£-|.el 2 [+£l+#|

- Thay đổi thông số linh kiện bằng cách double click linh kiện,

bảng tính chất linh kiện sẽ hiện ra Ta có thể thay đổi tên và các thông số khác của linh kiện:

1]

[B) Fite Edit View Subcircuit Elements Simulate Options Utilities Window Help

Cf ela] [Bal eal ol] vi x) olssieal vielofs 2[20|>| | mi)? (mise) altel 5] =]

Parameters | Other Info | Color | D

m3

Bì =—=C€C = R

3 flare oe a fs] am] 4] Polo] ®[e|'e|'e|e| s-|+| a=|za|*e|#[er|e| 3 |s#|>s|

Sử dụng khối Gating block để tạo xung đóng ngắt cho mosfet

Double click vào khối gating block ta được :

- Frequency la tan sé biến đổi

- No of points 14 s6 điểm xung thay đổi trạng thái do ta chỉ muốn thay đổi 2 lần nên set là 2 (ở đầu chu kì lên 1, tới 1 góc xác định xuống lại 0)

- _ Switching Points là các điểm thay đổi trạng thái tính theo độ Ở đầu chu kì là 1

Do D=0.8 nên góc đổi trạng thái xuống 0 là 0.8*360=288 Ta set giá trị

như

hình

Gating Block XS -.‹ ies

Parameters | other Info | Color | : nn li

Gating bloc for switch(es) Help Ì :

Disnlay : 1

Freeney Em J ee 1 wae as oe `1

ners E a | TE | ax ase cae cas ilk Fe ex os ax ax ax |S oe ee eee =

Su no > fan aE CURR ER ERR eR Oe:

- _ Tiến hành mắc thêm các Ampère kế và Volt kế để đo các giá trị

dòng và áp

- _ Thêm khối Simulation control bằngcáchvào menu Simulation

— Simulation control, đặt khối ở bất kì vị tri nao, double click

khối để thiết lập cho việc mô phỏng VL

z

Simulation Control

a

Parameters | simCoder | Color |

Parameters

Time step 8E-006

Total time [j0 - [T Free run -

Print time [05995 - - 7 CO Print step | 7 : ` + Load fiag pÐp xị

Save flag 0 `

Hardware Target [None | | xi

Trong đó :

- Time step la chu kì tính toán của việc mô phỏng, chọn nhỏ hơn chu kì đóng ngắt khóa nhiều lần để đồ thị được mịn

- _ Total time: là tổng thời gian mô phỏng Ta chọn là 0,6 s để mạch

đã đi vào xác lập

- Print time :là thời điểm bắt đầu lưu số liệu cho việc vẽ đồ thị Ta

vẽ khoảng 5 chu kì nên set giá trị là 0.6-5*5e-5=0,59975

- _ Các giá trị khác giữ nguyên mặc định: Print step=1, Load flag=0, save flag=0, Hardware Target = None

Nhãn F8 hoặc vào menu Simulation -› Run Simulation để bắt đầu

chạy mô phỏng Sau khi kết thúc quá trình mô phỏng cửa số Sim View sẽ

hiện ra: kèm với bảng hiện tên các thiết bị đo ta đã đặt trên mạch Chọn

các thiết bị từ khung trái sang khung phải để vẽ biểu đồ.

Ở đồ thị có thể dung thanh công cụ dưới cùng để đo một số giá trị

từ đồ thị: Max, Min, trung bình, hiệu dụng

Vout sl NỀN V|J VV| X mã ng de PF PS THD

Có thể thêm 1 đường biểu diễn vào đồ thị đang chọn bằng công cụ

° hoặc thêm 1 đồ thị khác bằng công cụ lãi

2.2 Kết quả mô phỏng

Giản đồ xung điều khiển

VG

08

08

04

02

ey

0.59975 0.5998 0.59985 0.5999 0.59995

Time (s)

Ap va dòng nguồn

Ve

Time (e)

- Gian dé dong va áp qua tải R xác lập

- Gian dé dong áp qua tụ điện

Ic

Time (3

- Gian dé dong ap qua Mosfet

2.3 So sánh với lý thuyết

- _ Áp trung bình ngõ ra Voayz= 25.9896608e+001 59.896608 V

OBS fenocrnsennancnonsronenabressnnonmnnstnenceneenabionsonnancnnesnanonaneralensnnnanesonsnnccnenseatinensnnonmancnonseancns 60.1 he

BR aes tiers e ne ee are eae ess PR ecu ncaa Pe geen ohne iT Es ee arnt 59.9 By

Đ8.7- [===*>=ss=<°s-= NGJSS=epeessereseesssssfeedSeestssesssskseessse ˆ —

96 ‡ -f Average Value _- 8} 0.89975 0.5998 0.59985 Time From 5.9975600e-001

Vo §.9896608e+001 >

10

VRmax = 6.0134311e+001 = 60.134311V

Vo

80.2

60.1

60

59.9

59.7

39.6

Time 6.0000000e-001 0.59975 pom 16.0000000e-00

Time (s) Vo 6.0134311e+001

11

Độ nhấp nhô điện áp ngõ ra

AVo — Vamax —Vamin 60.134311 - 59.65517

Vy Vacvg 59.896608

— Thỏa yêu cầu bài toán

Tính toán lý thuyết -ÿ_=n “T0 100.10-5,20.102 7 In

Nhận xét: Ta nhận thấy các giá trị mô phỏng gần đúng với lý thuyết, có sai

số nhỏ do quá trình lấy mẫu

3 Tìm hiểu linh kiện thực tế

3.1 Mosfet

Mosfet la Transistor hiệu ứng trường ( Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ) là một Transistor đặc biệt có cấu tạo và hoạt động khác với Transistor thông thường mà ta đã biết Mosfet thường có công suất lớn

hơn rất nhiều so với BJT.Đối với tín hiệu 1 chiều thì nó coi như là 1 khóa

đóng mở Mosfet có nguyên tắc hoạt động dựa trên hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện, là linh kiện có trở kháng đầu vào lớn thích hợn cho

khuyếch đại các nguồn tín hiệu yếu, Mosfet được sử dụng nhiều trong các mạch nguồn Monitor, nguồn máy tính

Hình dạng thực tế:

12

Bảng tra cứu các loại Mosfet thông dụng

Hướng dẫn :

1

2

Loại kênh dẫn : P-Chanrel : là Mosfet thuận, _N-Channel là Mosfet ngược

Đặc điểm ký thuật : Thí dụ: 3A, 25W : là dòng D-S cực đại và công suất cực đại

STT

= +

15

Ký hiệu 28.306

28307

28308 2SK1038 28K1117 28K1118 2SK1607 2SK1831 2SK1794 2SK2038 2SK2039 2SK2134 2SK2136 2SK2141 2SK2161 2SK2333 2SK400 2SKB25 2SK826 2SKB27 2SK555 2SK556 2SK557 2SK727 2SK791 2SK792 2SK793 2SK794 BUZ90 BUZ90A BUZ91 BUZ 91A BUZ 92 BUZ 93 BUZ 94 IRF 510 IRF 520 IRF 530 IRF 540 IRF 610 IRF 620

Loại kênh dẫn P-Channel P-Channel P-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-FET N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel

Đặc điểm kỹ thuật 3A, 25W 6A, 30W 9A, 40W 5A, 50W 6A, 100W 6A, 45W 9A, 50W 15A, 150W 6A,100W 5A,125W 5A,150W 13A,70W 20A,75W 6A,35W 9A,25W 6A,50W 8A,100W 10A,40W 10A,40W 10A,40W 7A60W 12A,100W 12A,100W 5A,125W 3A,100W 3A,100W 5A,150W 5A,150W 5A,70W 4A,70W 8A,150W 8A,150W 3A,80W 3A,80W 8A,125W 5A,43W 9A,60W 14A,88W 28A,150W 3A,26W 5A,50W

13

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

87

88

89

IRF 630

IRF 634

IRF 640

IRF 710

IRF 720

IRF 730

IRF 740

IRF 820

IRF 830

IRF 840

IRF 841

IRF 842

IRF 843

IRF 9610

IRF 9620

IRF 9630

IRF 9640

IRFI 510G

IRFI 520G

IRFI 530G

IRFI 540G

IRFI 620G

IRFI 630G

IRFI 634G

IRFI 640G

IRFI 720G

IRFI 730G

IRFI 740G

IRFI 820G

IRFI 830G

IRFI 840G

IRFI 9620G

IRFI 9630G

IRFI 9640G

IRFS 520

IRFS 530

IRFS 540

IRFS 620

IRFS 630

IRFS 634

IRFS 640

IRFS 720

IRFS 730

IRFS 740

IRFS 820

IRFS 830

IRFS 840

IRFS 9620

N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel P-Channel P-Channel P-Channel P-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel P-Channel P-Channel P-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel P-Channel

9A,74W 8A,74W 18A,125W 2A,36W 3A,50W 5A,74W 10A,125W 2A,50W 4A,74W 8A,125W 8A,125W 7A125W 7A125W 2A,20W 3A,40W 6A,74W 11A,125W 4A,27W 7A,37W 10A,42W 17A.48W 4A,30W 6A,35W 6A,35W 10A,40W 3A,30W 4A,35W 5A,40W 2A,30W 3A,35W 4A,40W 2A,30W 4A,30W 6A,40W 7A,30W 9A,35W 15A,40W 4A,30W 6A,35W 5A,35W 10A,40W 2A,30W 3A,35W 3A,40W 2A-30W 3A-35W 4A-40W 3A-30W

14

91 IRFS 9640

92 J177(2SJ177)

93 J109(25J109)

94 J113(2SK1 13)

95 J114(2SJ114)

96 J118(2SJ118)

97 J162(2SJ162)

98 J339(25J339)

99 K30A/2SK304/ 2SK30R

100 K214/25K214

101 K389/25K389

102 K399/2SK399

103 K413/25K413

104 K1058/25K1058

105 K2221/25K2221

106 MTP6N10

107 MTP6N55

108 MTP6N60

109 MTP7N20

110 MTP8N10

111 MTP8N12

112 MTP8N13

113 MTP8N14

114 MTP8N15

115 MTP8N18

116 MTP8N19

117 MTP8N20

118 MTP8N45

119 MTP8N46

120 MTP8N47

121 MTP8N48

122 MTP8N49

123 MTP8N50

124 MTP8N80

P-Channel P-Channel P-Channel P-Channel P-Channel P-Channel P-Channel P-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel N-Channel

6A-40W 0.5A-30W 20mA,0.2W 10A-100W 8A-100W 8A 7A-100W 25A-40W 10mA,1W 0.5A,1W 20mA,1W 10-100 8A

8A-100W 6A-50W 6A-125W 6A-125W TA-75W 8A-75W 8A-75W 8A-75W 8A-75W 8A-75W 8A-75W 8A-75W 8A-75W 8A-125W 8A-125W 8A-125W 8A-125W 8A-125W 8A-125W 8A-75W

Ở đây ta cho Mosfet IRES 630 để mô phỏng cho mạch biến đổi DC/DC dạng

Boost thu tế

Bảng thông số định mức của IREFS630

15

Absolute Maximum Ratings (Tc=25°C unless otherwise specified, Note)

Symbol Description Ratings Unit

Vpss Drain-Source Voltage 200 Vv

Voss Gate-Source Voltage +30 Vv

Ib Drain Current -Continuous 9 A lpm Drain Current -Pulsed (Note1) 36 A

Eas Single Pulsed (Note2) 250

Avalanche Energy mJ Ear Repetitive (Note1) 74

lar Avalanche Current (Note1) 9 A

dv/dt Peak Diode Recovery dv/dt (Note3) 5 Vins

Symbol Description Ratings Unit

TO-220 74 Power Dissipation W

TO-220F 38

Po

TO-220 0.58 Derate above 25°C WC€

TO-220F 0.3

Thermal Resistance 8

Raa (Junction-to-Ambient) TO-220/TO-220F 62 C/W

Reuc Thermal Resistance TO-220 1.71 Cr W

(Junction-to-Case) TO-220F 3.3

Ty Operating Junction Temperature -55 to +150 °C Tstc Storage Temperature Range -55 to +150 2G Maximum Lead Temperature for soldering purposes, 1/8” from °

TL case for 10 seconds 300 Cc

3.2 Diode

Diode ban dẫn là các linh kiện điện tử thụ động và phi tuyến, cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều mà không theo chiều ngược lại, sử dụng các

tính chất của các chất bán dẫn Có nhiều loại điốt bán dẫn, như điốt chỉnh lưu thông thường, điết Zener, LED Chúng đều có nguyên lý cấu tạo chung là một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N

Hình ảnh thực tế:

Ta chọn con Diode 1N4005 để thiết kế

Repetitive Reverse Voltage Veru

Peak Reverse Voltage Vu

Reverse

=1.0A

Reverse Current @Ta = 25°C

Junction Capacitance (Note 2)

Thermal Resistance Junction to Ambient

oC

and

3.3 Điện trở

Ta chọn điện trở R = 500 loại 2W 1%

17