Tính toán thiết kế bộ nguồn Ổn Áp xung

LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ ỔN ÁP - Chức năng cửa mọi ổn áp DC là biến đổi điện áp vào DC một chiều thành điện áp ra DC xác định, ổn định và duy trì điện áp đó không đổi trên một tầm rộng của

BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC SU’ PHAM KY THUAT

THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

HGMUIIE

ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP NGÀNH LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP

TINH TOAN THIET KE BO NGUON ON AP XUNG

GVHD: NGUYEN ĐỨC THÀNH SVTH: NGUYEN VAN BUC

TP Hồ Chí Minh, thang 03/2000

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ

LUẬN VĂN TÊT NGuiIỆP

TÍNH TOÂN VÀ THIÊT KỀ BỘ NGUỒN

BO GIAO DUC VA DAO TAO CONG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM ĐỘC LẬP - TỰ DO ~- HẠNH PHÚC

'TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHAM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Sinh viền thực hiện: NGUYEN VAN DUC

| Ten dé tai:

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ NGUON ON AP XUNG

2 Các số liều ban đầu:

3 Nội dung các phần thuyết minh tính toán:

4 Các bản vẽ: _

5 Giáo viên hướng dẫn: NGUYÊN ĐỨC THÀNH

6, Ngày giao nhiệm vụ:

7 Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

Giáo viên hướng dẫn Thông qua bộ môn

oe Chủ nhiệm bộ môn

—

Ver ther

NHAN XET CUA GIAO VIEN HUGNG DAN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN DUYỆT

NgàyN Tháng !2 Năm 2000

Ký tên

LOICAMON!

Trước tiền, em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến

Ban Giám Hiệu và qúi Thầy Cô khoa Điện - Điện Tử Trường Đại Học Sư

Phạm Kỹ Thuật đã tận tình hướng dẫn và chỉ dạy em trong những năm học vừa

qua

E:m xin chân thành cầm ơn thầy NGUYỄN ĐỨC THÀNH đã tận tình

giúp đỡ và hướng dẫn em hoàn thành tốt luận văn này

Cuối cùng, xin cầm ơn tất cả các bạn cùng lớp đã nhiệt tình giúp đỡ, góp ý để hoan thanh tập luận án

Sinh viên thực hiện

NGUYỄN VĂN ĐỨC

MUC LUC

PHẦN MỞ ĐẦU

Lời nói đầu

PHAN NOI DUNG ,

If, 6ng ngat bang transistor

I, Cac phương pháp điều chỉnh

CÁC £0 ĐỐI ĐIỆN MỘT CHIỀU RA ĐIỆN MỘT CHIỀU

L % đồ Buck

IL Sd dé Boost

IIL Ss dé Buck — Boost

1V Sơ đồ Push ~ Pull

V So dé Forward

VI So dé Flyback

VIL So dé Half - Bridge

VIIL Sơ đồ Full-Bridge

CHƯƠNG III: BIẾN ÁP XƯNG

L Tổn hao lõi đối với tần số và mật độ từ cảm

IL Hình dạng lõi ferrite

II Quan hệ giữa công suất ngõ ra cực đại với mật độ từ cảm, tiết diện lõi, khung và mật độ dòng điện trong cuộn

a — Sự liên hệ công suất ngõ ra của bộ đổi điện Forward

b ~— Sự liên hệ công suất ngõ ra của bộ đổi điện Push — Pull

4I

46

c - Sự liên hệ công suất ngõ ra của bộ đổi điện Half- Bridge 47

IV Sự gia tăng nhiệt độ của biến áp

PHANB: PHAN THIET KE

1 Sơ đổ khối của bộ nguồn

IL Tính toán, thiết kế biến áp xung

V Mach diéu khién

LOINOI DAU

Ngày nay, ngành khoa học kỹ thuật phát triển rất mạnh Nó không chỉ gây ra những chuyển biến thần kỳ trong bản thân ngành vô tuyến điện tử mà còn trở thành một phương tiện kỹ thuật sắc bén, thúc đẩy sự tiến bộ của nhiều

ngành khác

Ngành điện tử là một điển hình, đặc biệt là công nghệ tích hợp vi

mạch và các linh kiện điện tử mà tính năng ứng dụng của nó có tính chất quyết

định đến các chí tiêu kỹ thuật của các thiết bị cũng như các dụng cụ điện

Và ngày nay, cuộc sống con người ngày càng nâng cao, trình độ dân

phát triển thì nhu cầu sử dụng về nguồn điện là không thể thiếu

4i loai nguồn DC là một trong những thiết bị điện tử cơ bẩn hiện

y không có nó thì hầu như các thiết bị điện tử khác khó hoạt động dù là

đơn giản hay phức tạp

Cũng như các thiết bị điện tử khác, bộ nguồn DC cẩn phải có độ tin

cậy và độ ổn định cao nhưng vẫn đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật Có nhiều loại

nguồn DC ổn áp như: On áp nối tiếp, ổn áp song song, ổn áp xung Nhưng nguồn ổn áp nối tiếp, ổn áp song song có nhiều nhược điểm như: Kích thước lớn,

giới hạn các mức điện áp ra, điện áp ra không ổn định Vì vậy em chọn dé tài

“Bộ Nguồn Ổn Ấp Xung” sẽ khắc phục các nhược điểm trên

Do thời gian thực hiện để tài và năng lực có hạn nên việc thực hiện

để tài này không tránh được những thiếu sót Em rất mong sự góp ý của quý thấy cô và các bạn

trí ngày càng

PHAN NOI DUNG

PHAN A

PHAN LY THUYET

Luan van tt nghidp

Chuong I:

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ỔN ÁP DC

1 LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ ỔN ÁP

- Chức năng cửa mọi ổn áp DC là biến đổi điện áp vào DC ( một chiều)

thành điện áp ra DC xác định, ổn định và duy trì điện áp đó không đổi trên

một tầm rộng của các điều kiện điện áp vào và dòng tải Để thực hiện việc này, một ổn ấp thường gồm có

1 “Phân tử chuẩn” để cung cấp một mức điện áp ra ổn định biết trước (Veer)

2 “Phần tử lấy mẫu” để lấy mẫu điện áp ra

3 “Phin tit khuéch đại sai biệt" để so sánh mẫu điện áp chuẩn và tạo ra

tín hiệu sai biệt

4 “Phân tử điều khiển"-để biến đổi điện áp ra thành điện áp ra mong

muốn khi điều kiện tải thay đổi và được điểu khiển bằng tín hiệu sai

biết

-Mạc du mạch thật sự có sự thay đổi, nhưng có 3 kiểu ổn áp cơ bản là: ổn

áp nối tiếp, song song (shunt) và xung ( còn gọi là giao hoán hay ngắt đoạn) Nhưng 4 thanh cơ bản ở điều có ở cả 3 kiểu ổn áp đó

Gguyén Van Bite ee Luận văn tốt nghiệp

qua khuếch đại sai biệt sẽ làm cho điện áp ra thay đổi theo Để có được sự ổn

định như yêu câu, phần tử chuẩn phải ổn định, đối với mọi biến đổi của điện

áp nguồn và các nhiệt độ tiếp xúc có nhiều kỹ thuật phổ biến có thể dùng giải quyết các bài toán thiết kế dùng IC ổn áp

2.Phần tử lấy mẫu

-Phần tử lấy mẫu giám sát điện áp ra và đổi nó thành một mức điện áp

bằng điện áp chuẩn khi điện áp ra đúng Khi nó có sự thay đổi điện áp làm cho

điện áp cho điện áp hồi tiếp lớn hơn hay nhỏ hơn điện áp chuẩn Hiệu số điện

áp của điện áp chuẩn và điện áp lấy mẫu dùng để điều khiển ổn áp làm cho nó

có đáp ứng thích hợp và đúng với yêu câu

3.Khuếch đại sai biệt

-Khuếch đại sai biệt của ổn áp dùng để so sánh điện áp hồi tiếp với điện

áp chuẩn Nó cũng khuếch đại mức sai biệt để lái mạch điều khiển để đưa điện

Cấu hình của phân tử điều khiển

« Tất cả các phân tử đã giới thiệu ở trên hầu như không đổi đối với các

mạch ổn áp Trái lại thì phần tử điều khiển thay đổi theo ổn áp sẽ thiết kế

Trang 2

(tguyễn (Đán Dice k F Luận văn tốt nghiệp

-Người ta dựa vào phần tử này để phân loại ổn áp nối tiếp, song song

hay ổn áp xung(switching)

Ill PHAN LOAION AP

1 Ổn áp nối tiếp

« Ổn áp nối tiếp có tên là “nối tiếp” là dựa vào phần tử điều khiển, ở ổn

áp này phần tử điều khiển mắc nối tiếp với tải Phần tử điều khiển thường là

một transistor và nó có chức năng như một điện trổ thay đổi được(Rs) Tích số

của Rs và dòng tải IL làm cho sai biệt điện áp vào ra(Vi-Vo) thay đổi và điện

áp này bổ chính cho điện áp vào và dòng tải thay đổi

© Ổn áp nối tiếp cơ bản được minh họa như hình vẽ sau:

Vo =Vref(1+R1/R2)

Với :Vref là điện áp chuẩn

©_ Bất lợi cơ bản của ổn áp nối tiếp là: Công suất tiêu thụ của nó phụ thuộc

vào dòng tải và sai biệt điện áp vào ra Công suất tiêu thụ sẽ trở nên đáng, kể

khi đông tái táng hay hiệu số điện áp vào ra tăng

2 Ổn áp song song

» Ổn 4p song song dùng linh kiện tích cực mắc song song với tải và điều

khiển dòng diện qua nó để bù các biến động của các điện áp vào hay các điều kiện tải thay đổi

« Ổn ấp song song cơ bản được minh họa như hình vẽ sau:

Mguyén Uan Die Luận văn tốt nghiệp

Với -V„r điện áp chuẩn

-IL: dong tai -Iuuạ¿ đồng qua phần tử điều khiển

-Khi dòng IL tăng, Ishunt giảm để điều chỉnh sụt áp qua Rs Theo cách

này thì Vo giữ không đổi

-Vo=VI-Is.Rs

~Với Is=IL+Ishunt

-Vo=VI-Rs (IL+Ishunt)

s* Rshunt: biểu diễn điện trở tương đương của phân tử điều khiển

*UƯu nhược điểm:

-Mặc dù ổn áp này thông thường ít hữu hiệu hơn ổn áp nối tiếp hay ổn áp

xung, nhưng đối với một số ứng dụng nó lại có lợi ổn ấp song song ít nhạy với

nhing biến đổi tức thời của điện áp vào, nó không phản ánh những biến đổi nhất thi của dòng tải trở về nguồn

3,Các vi mạch ổn áp DC tuyến tính

-Các vi mach 6n áp DC tuyến tinh được sử dụng rất rộng rải do những ưu

điểm của nó như Tích hợp toàn bộ linh kiện trong một vỏ kích thước bé,

khóng cân sử dụng hoặc chỉ sử dụng thêm một vài linh kiện ngoài để tạo mạch hoàn chính, mạch bảo vệ quá dòng, quá nhiệt có sẩn bên trong vi mạch Một trong những gai vi mach 6n 4p DC tuyến tính thông dụng là họ vi mạch 78xx

(ốn áp dương) và ổn áp 79xx(ổn áp âm) có ba chân Tùy theo hình dạng vỏ,

các vi mạch ổn áp ba chân có thể cung cấp dòng từ 100mA đến 1A và cho điện

áp ra cố định ở nhiều giá trị khác nhau tương ứng với mã số:

-Dạng mạch điện dùng vi mạch ổn áp ba chân

~Trong đó C¡ được thêm vào khi vi mạch đặt xa nguồn chỉnh lưu và lọc

để ổn định điện áp ngõ vào; Co để lọc nhiễu cao tân

-Tuy nhiên để vi mạch hoạt động tốt thì điện áp ngõ vào tối thiểu phải cao

hơn điện áp ngõ ra 2V Đây là một giới hạn của vi mạch ổn áp tuyến tính

Danyin Ota Dive

thal, cong he dong lại Dòng điện từ nguồn vào Vs cung cấp năng lượng cho

tải vã tích trư trong mạch lọc Do đó VL tăng, làm ngõ ra mạch so sánh đảo ang thai dé md công tắc Tương tự khi dòng tải tăng, mạch so sánh sẽ điều

khiển cáng tấc trong thời gian lâu hơn so với thời gian mở công tắc để duy trì

điện áp ra ổn định; ngược lại, thời gian công tắc mở sẽ lâu hơn thời gian đóng

khi dong tải bé

-Phân tử điểu khiển (transistor) nối tiếp lái dòng trong nguồn ổn áp

xung hoat đóng ở chế độ đóng ngắt nên công suất tiêu tán rất bé so với transistor lái đòng ở nguồn ổn áp tuyến tính phải dẫn điện liên tục, nhất là khi điện 4p vào lớn hơn điện áp ra Do đố hiệu suất cửa nguồn ổn áp xung (khoảng 85%) cao hơn hiệu suất của nguồn ổn áp tuyến tính Việc chọn transistor lái dòng và tỏa nhiệt cho nó đối với nguồn ổn áp xung sẽ đơn giản

hơn nhiều so với nguồn ổn áp tuyến tính, với cùng mức công suất ra tải

~Trong thực tế, công tắc transistor được điều khiển bằng một nguồn dao động tần số cố định, có chu kỳ nhiệm vụ pm được điều biến bởi điện áp ngõ ra mạch so sánh Tần số đóng mở cố định của công tắc transistor cho phép tối ưu hóa các thành phần lọc, giảm được độ gợn sóng ngõ ra Tần số dao động

có thể từ vài Khz đến vài chục Khz, tùy theo đáp ứng của transistor lái

-Ngày nay, ta có những loại MOS và BỊT công suất lớn có đáp ứng cao hơn 500Khz, nên có thể tăng tần số dao đông cao hơn để giảm được kích thước

mạch lọc ngõ ra

Trang 5

Aquyén Van Bite 7 xe Luận văn tốt nghiệp

-Khối so sánh va khuếch điện áp sai lệch thực hiện việc so sánh điện áp

ra Vo với điện áp chuẩn Vref tạo ra tín hiệu Ve Tín hiệu này cùng với điện áp hình rãng cưa Vosc-do bộ tạo sóng tạo ra (có fo=1/T) được so sánh với nhau

trong khối điều khiển độ rộng xung tạo ra chuối Ve dùng để điều khiển sự

đóng mớ của khóa transistor

-Khi Vosc >Ve, tín hiệu ở mức cao(Ton)

-Khi Vose<Ve, tín hiệu ở mức thấp(Toff)

T=Ton+Toff T: chu kỳ đóng ngắt

Ton: thời gian đóng

Toff: thời gian ngắt

-Như vậy khi điện áp Vo có khuynh hướng tăng hoặc dòng tải bé, điện

áp Ve tăng, thì Ton giảm Do đó, khóa transistor sẽ tắt trong thời gian dài hơn, khiến Vo giầm xuống

Trang 6

Gguyén Van Bice Luận văn tốt nghiệp

-Khi Vo giảm hoặc dòng tải tăng, Ve gidm thi Ton tăng

++ Kết luận: Từ những ưu điểm đã phân tích ở trên của ổn áp xung, nên ta chọn kiểu ổn áp xung để thiết kế mạch ổn áp 5V/10A; -15V/3A;+15V/3A với mục đích là sẽ lợi dụng được những ưu điểm đó

Trang 7

- Luận văn tốt nghiệp

NGUỒN ỔN ÁP XUNG

A LINH KIỆN ĐÓNG NGẮT

-Ổn áp xung thường được sử dụng hai linh kiện bán dẫn đóng ngắt thông

thường như: thyristor (SCR), transistor công suất hay transistor trường

I Đóng ngắt bằng SCR

-Sự bất lơi khi dùng linh kiện đóng mở bằng SCR là chúng ta điều khiển

cả hai quá trình kích khởi và ngắt của SCR Vì vậy làm phức tạp thêm trong

quá trình điều khiển và hạn chế việc nâng cao tần số

“Theo nguyên lý SCR sẽ tự duy trì trạng thái dẫn điện sau khi được kích

Muốn SCR đang ở trạng thái dẫn chuyển sang trạng thái tắt thì phải cho IG = 0 điện thế VAK = 0v Để SCR có thể tắt được thì thời gian VAK = 0 đử dài Vậy phải có thém thời gian tắt SCR

-Để SCR dẫn điện trong trường hợp điện thế VAK thấp thì phải có dòng, điện kích cực G của SCR Dòng IG mủn là trị số dòng kích nhỏ nhất đủ để điều khiển SCR dan va IG min có trị số lớn hay nhỏ tùy thuộc công suất của SCR

-Có nhiều loại BỊT trên thị trường từ những BJT Ge,Si, đến BJT darlington

rất tốt, chúng thường làm một số công việc nhất định

Mouyén Cdn Die

uận văn tốt nghiệ

-Khi chọn lựa chúng ta phải chú ý đến chế độ họạt động của chúng như:

Điện áp cao, tÂn số giao hoán cao, dòng điện cao Ngoài ra còn phải chú ý về

giá thành của chúng

-Để đóng ngắt các mạch điện tử người ta dùng các khóa điện tử Các khóa

này có hai trạng thái phân biệt

-Trang thái đóng (trạng thái dẫn bão hòa)

-Trang thai ngắt (trạng thái tắt)

Việc chuyển đổi trạng thái này sang trạng thái kia là do tác động của hai tín hiệu điều khiển ở ngõ vào, đồng thời quá trình chuyển trạng thái được thực

Miễn bão hòa I, miễn cắt II

-Để đâm bảo cho BỊT nằm ở trạng thái tắt thì VBE<V

~Vụ: điện áp mở

Trang 9

-Ic = ICBO có giá trị rất bé

-TE =0 tại điểm B

~Tại điểm B điện áp UCE=0 nên công suất tiêu hao P=Ic.UCE cũng rất

nhỏ Tại A Ic=0 nên Pc công suất bé

-Khi điểm làm việc di chuyển từ A đến B và ngược lại, trên đường tải,

trong vùng tích cực II, tất nhiên cũng tiêu hao công suất Song thời gian

~Khi chọn transistor làm việc ở tầng công suất khóa đóng mở, ta chứ ý

các đặc tính sau :Điện áp ngược 100 đến 1500V ,dòng điện thuận ,thời gian

chuyển mạch (tân số chuyển mạch)

-Khóa đóng mở có thể dùng mạch ghép 2 transistor như mạch ghép

Darlington hay transistor MOS

Oanyin Oat Bite : TH 7 Luận văn tốt nghiệp ˆ — ˆ

1I.CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIÊU CHỈNH

-Như đã khảo sát ở trên, ổn áp xung dàng phần tử điều chỉnh điện 4p ra, nên trong lúc điều chỉnh linh kiện sẽ dẫn bão hòa hay tắt dòng và ấp qua nó phụ thuộc tải

-Như vậy chúng ta chỉ có thể điểu khiển 2 thông số đó là tần số và độ

rộng xung

-Thay đổi độ rộng xung ,tần số cố định

-Thay đổi tần số ,độ rộng xung cố định

-Thay đổi cả tần số và độ rộng xung

1 Bộ ổn áp switching thay đổi độ rộng xung ,tân số cố định

(Phần này đã được giới thiệu ở chương I ,mục IH.4.)

2 Bộ ổn dp switching có độ rộng xung không đổi ,tần số xung thay

đối

‘Shay đổi tân số này tầy theo điện áp nguồn và dòng điện qua tải, để

giảm bát nhưng tổn thất qua transistor và trong biến áp thì tân số này không

được dudi vai Khz Mạch điện này đơn giản nhưng khó lọc được các gợn sóng

đầu ra Vì trong thực tế ít dùng

bon |g} vco |* Khuệch đai

ổn ` sai lệch

Chuẩn

Trong đó :

~-VC0: dao động được điều khiển bằng điện áp

-Đơn ổn: Khi có xung diéu khiển mạch đơn ổn cho ra một xung có độ

rộng xung cố định rồi trở về trạng thái ban đầu

-Tần số xung của mạch đơn ổn được thay đổi do xung kích từ VCO

“Thời gian dẫn của transistor được xác định bằng thời hằng cửa mạch đơn ổn

và được giữ cố định Đây là loại mạch cho phép điều chỉnh độc lập tần số xung đối với độ rộng xung

Trang 11

(tyuyễn Vin Bie : ; Luận văn tốt nghiệp

3.Bộ ổn áp switching thay đổi cả tần số và độ rộng xung

-Đây là bộ ổn áp tự kích, trên nguyên tắc tự dao động các điều kiện tác

động vào cả tần số và độ rộng xung của mạch

Giải thích : Bộ khuếch đại sai lệch chính là mạch so sánh điện áp ra

(qua điện trở E3) với điện áp chuẩn Khi điện áp ra của bộ ổn áp giảm, mạch

so sánh sẽ mở transistor (transistor dẫn) và khi điện áp ra tăng bộ khuếch đại

so sánh sẽ ngất transistor giao hoán Do tác động của vòng hồi tiếp sẽ điều chỉnh sự biến thiền hai thông số này để ổn định điện áp ra

*Tổng quát bộ ổn áp switching tạo ra sự thay đổi bể rộng xung tương,

ứng với sự thay đổi điện áp vào chưa điều chỉnh

*Nhận xét:Nếu ta yêu cẩu chất lượng cao va tần số ổn định tránh cho

những linh kiện ở bộ lọc phải lớn ( vì tần số danh định tắt mở phải lớn hơn nhiễu Jan tan số lưới mà ở đây là tân số biến thiên không biết trước được )

*Kết luận:

Qua việc khảo sát các phương pháp điều chỉnh trên và với các ưu

khuyết điểm của nó Ta chọn phương pháp điều rộng xung, giữ tần số cố định

để dễ chọn linh kiện đáp ứng yêu cầu tân số

B ĐỔI ĐIỆN MỘT CHIỀU RA ĐIỆN MOT CHIEU ( Converters )

-Trong nhiều trường hợp phụ tải cẩn điện một chiều từ nguồn điện

một chiều, một điện áp hay dòng hiệu suất thiết bị là một điều phải quan tâm

-Thiết bị đổi điện một chiều ra điện một chiều được lắp ráp, theo

nhiều sơ đổ rất đa dạng Nhưng ta chỉ để cập đến một số sơ đổ cơ bản : Buck,

Boost, Buck - Boost

Và các dạng khác như: Flyback, Forward, Push - Pull ( đẩy kéo )

Half- Bridge ( nửa cầu ), Cầu ( Full - Bridge )

‘AUguyén Can Bite - ` Luận văn tốt nghiệp

Control circuit : khối điều khiển transistor

~ : cuộn cầm kháng tích lũy điện năng

: Tụ điện tích lũy điện năng

- D,4 : Diode san bằng đồng, giúp cho dòng điện qua L liên tục khi

dong điện cung cấp qua transistor ĐCX không liên tục

- V, : Nguồn điện một chiều ở ngõ vào Nguồn này có thể là một bộ

chỉnh lưu, do đó cân có tụ điện Cv vừa để lọc vừa để tiếp nhận năng lượng từ

phụ tải trá về Vì bộ chỉnh lưu không nhận được dòng trả về

~ Mạch này sẽ được nối ngay sau biến áp nguồn Từ sơ đồ ta có thể

thấy rằng mạch này khá đơn giản

- Khi transistor dan, nguén điện sẽ chẩy một cách trực tiếp đến đầu

ra Điện áp này cũng phải qua cuộn day Khi transistor ngắt, dòng đã lưu trữ

trong cuộn làm cho điode phân cực thuận và cho phép dòng trở về tải

~ Mỗi chu kỳ làm việc gồm 2 giai đoạn :

ÍBtguyẫn Onn Bite Luận văn tốt nghiệp

D: Hệ số chu kỳ hay tỉ số thời gian dẫn ( duty cycle) trên thời gian làm việc T = 2 là chu kỳ đóng ngắt, f là tân số đóng ngắt thường vào khoảng

Trang 14

Glgnyin Van Bie + Luận văn tốt nghiệp

-DCX ngưng dẫn, nhờ có D,, nên i„ vẫn liên tục vì D„y dẫn :

di Vi=-Vo=L Se L ø dt

-ẢL giảm từ lỊ max * IL„i, trong thời gian :

-Dién 4p gon sóng AVạ được tính như sau :

~Trong nửa chu kỳ C được nạp thêm điện lượng :

Gguyén Van Bive Luận văn tốt nghiệp

-Cũng trong nửa chu kỳ tụ điện C phóng ra cùng 1 điện lượng

(Gguyén Can Bice ae Luận văn tốt nghiệp

* Giai đoạn l:O<t<DT

- DCX dẫn, D phân cực nghịch nên không dẫn VỊ = Vụ = Le; điện

-Trong thie t€ Vo khéng Ién hơn 5V,

-Công suất vào = Z1, + uu] V,

-Bé tinh dude dién 4p gon song AVo hay dong dién tai tu loc C

-Điện lượng nạp thêm vào tụ điện C là AI, bằng điện lượng phóng ra

nuôi phụ tải, coi dòng gợn sóng tại phụ tải AI, không đáng kể so với Ai,

Vậy : AVạ= AVe= =

ffguuễn Van Bite : Luận văn tốt nghiệp

* Chỉ tiêu các linh kiện :

(2-14)

“Ip tung inh =|,

1.0N AP BUCK - BOOST

-On áp Buck - Boost cung cấp một điện 4p ngõ ra mà có thể thấp hơn

hay lớn hơn điện áp ngõ vào Cực tính điện áp ngõ ra ngược với điện áp ngõ

*Mạch hoạt động được chia làm 2 giai đoạn

- Giai đoạn 1 : Transistor Q¡ dẫn và diode D„ bị phân cực ngược Dòng ngõ vào tăng và chảy vào cuộn cảm L, Q¡

~ Giai đoạn 2 : Transistor Q¡ ngắt, năng lượng tích trữ trong L và dòng,

cuộn cẩm ứng tuyến tính từ I; đến l¡, trong khoảng t;

Trang 19

(3fguuễn (Đăn Dice ” — — —_ Luậnvăntốtnghiệp

~Với D là hệ số chu kỳ

-Giả sử mạch không tổn hao : VạÏs = Vo.Io = Vs.Jy D/(1-D )

~Dòng trung bình ngõ vào : Is quan hệ với dòng trung bình ngõ ra lo :

ngõ vào DC chưa lọc Nhưng vì người sử dụng thường cần có điện áp DC

ngõ ra ổn định thứ hai mà phải được cách điện DC với điện áp ngõ ra ổn định thứ nhất Vì vậy khó có thể thiết kế được nhiều ngõ ra cho bộ nguồn

1V PUSH - PULL CONVERTER

Mạch Push - Pull như sơ đồ sau:

-_ Nó gồm I biến áp Tụ với nhiều cuộn thứ cấp Nạ¡, Nsz, N„ và một mạch

điều khiển độ rộng xung bằng điện áp DC Các ngõ ra điện áp Vạ¡ ,VS2,

Trang 20

Amen Van Bite ae Luận văn tốt nghiệp

Vm và lấy tín hiệu phản hổi về từ V„ Ton được điều chỉnh để ngăn chặn sự thay đổi tải hay nguồn cung cấp

- Khi transitor dẫn thì điện áp dưới của mỗi nửa cuộn sơ cấp giảm

xuống Vy khoảng 1V Vì thế khi cả hai transitor dẫn thì điện áp vuông có

MUguyén Van Bite — Luận văn tốt nghiệp

-Khi Vụ thay đổi thì vòng hồi tiếp âm sẽ điều chính Ton để giữ Vạ không đổi

~ Ton, V„ sẽ được điều chỉnh để ngăn chặn điện áp DC ngõ vào và dòng

tải ngõ ra thay đổi

~ Khi Vm thay đổi thì sẽ xuất hiện tín hiệu ngõ ra ở bộ khuếch đại sai

lệch và Tọ„ sẽ được thay đổi theo sự thay đổi của Vạ

> Điện áp tại ngõ ra của 2 cuộn thứ cấp :

-dB : là độ thay đổi từ cẩm ( Gauss )

Gauss

-dB/dt §

` là điện áp trên vòng là lệ theo tần số sóng ngất

~ Trong thực tế, giá trị điện áp trên vòng trong phạm vi từ 2V tại tần số

đóng ngắt 25KHZ đến 5 hay 6v ở 100KHZ

a.BIẾN ÁP CÔNG SUẤT

> Chọn lõi : Thiết kế biến áp ta phẩi chọn lõi phù hợp với công

suất ra Chọn lõi cho công suất ngõ ra của biến áp phụ thuộc vào tần số hoạt

động, mật độ từ cảm ( Bị và B; ), tiết diện lối sắt, tiết diện khung quấn dây

Ab,và mật độ dòng điện trong mỗi cuộn

> Chon sé vong day sơ cấp

-Dinh luat Faraday : E = NAe (dB/dt ) x 1018

Với:- E: Điện áp rơi trên lõi cuộn dây( hay cuộn dây biến áp )

~N : Số vòng dây(vòng)

(lguyén Van Dice Luận văn tốt nghiệp

~A, : Tiết điện lõi ( cm?)

-dB : ( Gauss )

“ _>dp~ Z410

( Gauss )

- §ố vòng đây sơ cấp được xác định như sau :

+Ñ; : Được tính với điện áp đặt lên cuộn sơ cấp là nhỏ nhất (Vạ.-1) và

thời gian mở là cực đại

T

N 2Ton Vs2= [((Vace- s2= [(Vae-1) ( N, otf ) T La

Goud Dan Dae cua spduyg: ` Luận văn tốt nghiệp

Alguyén Van “Đức Lad vain t0t nghiép

2 Thiết kế tụ ngõ ra

-Tụ ngõ ra được chọn để đáp ứng được yêu cẩu kỹ thuật điện áp

gợn sóng ngõ ra

V,= Rọ.dl

Với -Rọạ: Điện wd trong cia tu Cy

-dI : Dòng điện đỉnh đỉnh cuộn cảm

~Tích số Ro.Cọ thay đổi giữa 50 +80 x 10°

- Converter nay phan phối năng lượng ra tải qua biến áp Vì vậy sự

phản hói điện áp ngõ ra được cấp điện DC với ngõ vào và có nhiều cuộn thứ

cấp biến áp nén có thể có nhiều điện áp đầu ra

- Khí bộ nguồn cung cấp đã được cải tiến, điều chỉnh các converter

bán đầu đế mang lại công suất lớn hơn từ những linh kiện nhỏ hơn Vì vậy hiệu

suất cho hệ thống phái tăng Một cách đơn giản để làm điều này là sử dụng

biến áp có đâu nối giữa cuộn dây sơ cấp để lợi dụng cho mỗi nửa chu kỳ trên

và nửa chu kỳ dưới của cuộn sơ cấp

~ Hiệu suất cao ( gần 90%)

2) Nhược điểm

~ Một trong những vấn để đối với Push - Pull converter, đó là từ thông

trong hai phần cửa cuộn dây sơ cấp và thứ cấp có đầu ra ở giữa có thể trở nên

mất cân bằng và gây ra vấn để về nhiệt độ

-_ Vấn để thứ hai là mỗi transitor phải khóa gấp đôi mức điện áp so với các

converter khác

V.FORWARD CONVERTER

1 Lý thuyết cơ bản

-Bộ đổi điện này thường được sử dụng cho những nguồn có công

suất ngõ ra từ 150-200w khi điện áp ngõ vào DC cực đại ở mức 60V đến 200V

Wguyén Vin “Đức ‘ Luận văn tốt nghiệp

~Trong mạch converter này chỉ có một transistor và một diode ở phía sơ

cấp Trong khi mạch Push - Pull converterlà hai transistor

- Khi Q¡ dẫn, đầu có chấm của cuộn sơ cấp và tất cả các cuộn thứ cấp

trở thanh dương so với các đầu dây còn lại không dấu

- Dong chảy đến tải khi transistor công suất Q¡ dẫn Nên gọi là Forward

converter, Ón áp Push-Pull và Buck cũng phân phối dòng đến tải khi transitor công suất dẫn

~Trái lại, Boost converter và Flyback lưu trữ năng lượng ở cuộn cẩm hay

cuộn sơ của biến áp khí transistor dẫn và phân phối dòng đến tải khi transistor

ngất

~ Khi Q; dẫn (T„), thì điện áp ở tốt chỉnh lưu ở mức cao trong thời gian

Tạ Giá sử 1V cho Q, và Dạ phân cực thuận Vọ; thì điện áp ở mức cao đó là :

M

Vome = |t -) | - Vụ

-Khi Q¡ tắt, đồng lưu trữ trong dây dẫn của T, ngược cực với điện áp

trên Np Tất cả các đầu đầu của sơ và thứ âm so với các đâu còn lại Thì Transistor Q¡ sẽ bị đánh thủng nếu không có diode Dị dẫn trả năng lượng

Qquyén Van Dice Luận văn tốt nghiệp

- Điện áp Vom được phản hổi về và được so sánh với điện áp chuẩn

Vier, Va thay đổi Ton để giữ Vom = = const đối với bất cứ sự thay đổi ở Vdc hay

4 Thiết kế biến áp công suất :

a) Lõi biến áp : Việc chọn lõi cho biến áp Forward converter giống

với biến áp Push - Pull vì có cùng thông số Mật độ từ trường, lõi sắt, tiết diện điện cảm, tần số, và mật độ đòng của cuộn

b) Tính toán vòng dây sơ cấp

“

Ae.dB

-V6i dB = 1.600 Gauss

-Va„¡„: điện áp DC ngõ vào nhỏ nhất (V)

-T : Khoảng thời gian ngất dẫn (S)

(Aguyén Can Dite Luận văn tốt nghiệp

Vor = [ane -1%2)-y, Np Poe T

d) Tính toán dòng điện gợn sóng sơ cấp :

Mguyén Oan Bite Luận văn tốt nghiệp

Nhung Vo =V sain imin Tonmax’T

VI SƠ ĐỒ FLYBACK

-So dé dùng linh kiện ngắt dẫn dòng vào cuộn sơ cấp máy biến áp lõi

ferrite, dién thé tại cuộn thứ cấp được đổi ra điện một chiều bằng diode chỉnh