Bài tập Điện tử công suất thiết kế và tính toán mạch flyback converter

Sơ đồ m ch flyback converter ạ  Khi dòng điện chạy qua cu n cộ ảm b cị ắt, năng lượng tích trữ trong t trường ừđược giải phóng do sự đổi chiều đột ng t cộ ủa điện áp ở cực.. Cực c a máy

B GIÁO DỘ ỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÀI T ẬP ĐIỆ N T CÔNG SU T Ử Ấ

CONVERTERNhóm sinh viên: Nhóm 12

B GIÁO DỘ ỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÀI T ẬP ĐIỆ N T CÔNG SU T Ử Ấ

CONVERTERNhóm sinh viên: Nhóm 12

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay cùng v i vi c phát tri n m nh mớ ệ ể ạ ẽ các ứng d ng c a khoa h c k thuụ ủ ọ ỹ ật trong công nghiệp, đặc bi t là trong công nghiệ ệp điện t thì các thi t b ử ế ị điện t ử có công su t lấ ớn cũng được ch t o ngày càng nhiế ạ ều Và đặc bi t các ng d ng cệ ứ ụ ủa

nó vào các ngành kinh tế quốc dân và đờ ống hàng ngày đã và đang đượi s c phát triển h t s c m nh mế ứ ạ ẽ Tuy nhiên để đáp ứng được nhu c u ngày càng nhi u và ầ ềphức t p cạ ủa công nghiệp thì ngành điện t công su t luôn ph i nghiên cử ấ ả ứu để tìm

ra gi i pháp t t nhả ố ất Đặc bi t v i chệ ớ ủ trương công nghiệp hoá - hiện đại hoá của Nhà nước, các nhà máy, xí nghiệp cần phải thay đổi, nâng cao để đa công nghệ tự động điều khiển vào trong s n xuả ất Do đó đòi hỏi phải có thiết b ị và phương pháp

điều khiển an toàn, chính xác Đó là nhiệm vụ của ngành điện tử công suất c n ầphải gi i quyả ết Để giải quyết được vấn đề này thì Nhà nước ta c n phầ ải có đội ngũ thiế ết k đông đảo và tài năng Sinh viên ngành Kỹ thuật điện tương lai không

xa cũng có thể ốp ph n g ầ trong đó , do đó mà cần phải tự trang bị cho mình có một trình độ và tầm hiểu biết sâu rộng

Chính vì v y môn hậ ọc điện t công su t là m t yêu c u c p thi t cho mử ấ ộ ầ ấ ế ỗi sinh viên đại h c ọ , là điều kiện để cho sinh viên ngành Kỹ thuật điện t tìm hi u và ự ểnghiên c u ứ kiển thức về điện t công suử ất

6 Những lưu ý khi thiết k m ch flyback 4 ế ạ

7 Ưu điểm của mạch flyback 5

8 Các ứng dụng của m ch flyback 5 ạ

I TÍNH TOÁN VÀ THII ẾT KẾ Ạ M CH FLYBACK CONVERTER 6

1 Yêu cầu đề bài 6

2 Tính toán thông số m ch d a trên sạ ự ố liệu 8

3 Thiết kế mô ph ng m ch Flyback converter trên PSIM 11 ỏ ạ

4 K t qu tính toán và mô ph ng: 14 ế ả ỏ

MỤC L C HÌNH Ụ ẢNH

H nh 1 M ch flyback converter th ạ ực tế 1

Hnh 2 Sơ đồ m ch flyback converter 1 ạ Hnh 3 Sơ đồ chế độ hoạ t đ ng ộ 2

Hnh 4 Sơ đò chế độ hoạ t đ ng ộ 3

H nh 5 Bi ến áp flyback 4

H nh 6 Gi ảng đồ các phần tử trong mạch 7

H nh 7 M ch flyback converter mô ph ạ ỏng 11

H nh 8 Th ng s  ố ố cài đặt tụ hóa 12

H nh 9 Thông s  ố cài đặt điện tr 12 ở H nh 10 Thông s  ố cài đặt bi n áp 12 ế H nh 11 Thông s  ố cài đặt bộ ạ t o xung 13

H nh 12 Dòng trung bình qua diode 14 

H nh 13 Dòng trung bình qua t 14  ụ Hnh 14 Điện áp ra 15

Hnh 15 Điện áp qua van 15

Hnh 16.Điện áp qua diode 15

MỤC L C B NG BI U Ụ Ả Ể

B ng 1 Mô t ả ả đặc tính các phần tử trong mạch 6

B ng 2 Linh ki n có th dùng trong m ch thả ệ ể ạ ực tế 11

B ng 3 S u khi mô phả ố liệ ỏng 13

Bảng 4 So sánh dòng điện thực tế và mô phỏng 14

Bảng 5 So sánh điện áp thực tế và mô phỏng 15

I.MẠCH FYBACK CONVERTER

1 Mạch flyback là gì

Hnh 1 M ch flyback converter th ạ ực tế

M ch flyback hay flyback converter là m t c u trúc liên k t cung cạ ộ ấ ế ấp điện s d ng ử ụcuộn cảm ghép đôi lẫn nhau, để lưu trữ năng lượng khi dòng điện chạy qua và giải phóng năng lượng khi nguồn điện bị ngắt Mạch flyback tương tự như mạch boost

v c u t o và hi u su t Tuy nhiên, cuề ấ ạ ệ ấ ộn sơ cấp c a máy bi n áp thay th ủ ế ế cuộn cảm trong khi cuộn th c p cung cứ ấ ấp đầu ra Trong c u hình flyback, cuấ ộn sơ cấp và cuộn thứ cấp được sử dụng như hai cuộn cảm riêng biệt

2 Nguyên lý hoạt động của mạch flyback

Hnh 2 Sơ đồ m ch flyback converter ạ

 Khi dòng điện chạy qua cu n cộ ảm b cị ắt, năng lượng tích trữ trong t trường ừđược giải phóng do sự đổi chiều đột ng t cộ ủa điện áp ở cực Nếu một diode được

 Trong ứng dụng điển hình, thiết bị chuyển mạch như transistor được bật và t t ắthường bằng tín hiệu điều chế rộng xung Cực c a máy biến áp thường được độ ủđảo ngược để khi transistor bật, dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp, tuy nhiên, diode thứ cấp được phân cực ngược và dòng điện không ch y trong cuạ ộn dây này Năng lượng được lưu trữ trong máy biến áp cho đến khi tắt MOSFET Năng lượng được lưu trữ ạo ra dòng điệ t n phân cực thuận diode sẽ chỉnh lưu nó để ạo ra đầ t u ra DC

 Tụ ọ l c đầu vào: lọc đầu vào, dữ ữ tr và cung cấp điện trong một th i gian ngắn ờ

nếu đầu vào b ng t trong giây lát ( Vin là nguị ắ ồn điện một chiều, nếu đầu vào xoay chi u thì ph i qua b ề ả ộ chỉnh lưu )

 Biến áp xung: Chuyển đổi điện áp, cách ly điện áp đầu vào và đầu ra

 Linh kiện chuyển mạch: giúp quá trình chuyển đổi điện áp trong biến áp được thực hiện Đóng, ngắt theo xung PWM của mạch điều khiển Thường dùng

MOSFET

 Diode chỉnh lưu đầu ra: chỉnh lưu điện áp ra của nguồn Thường sử dụng các loại diode chuyển m ch nhanh ạ

 Tụ lọc đầu ra: lọc điện áp ra của nguồn

 Ngoài ra một số mạch nguồn còn thêm các chức năng: bảo vệ quá dòng, quá

áp, chống ngược cực,…

Nhóm sinh viên th c hi n: Nhóm 12 - Lự ệ ớp: KTD K62 4

5 Biến áp flyback

 Biến áp flyback giống như hai cuộn cảm được ghép nối và do đó khác với biến

áp thông thường Flyback được thiết kế để lưu trữ năng lượng trong khi loại thông thường thì không Ngoài ra, nó hoạt động ở tần số cao khoảng 50 kHz Lõi của nó thường được làm bằng ferit và bao gồm một khe hở không khí không từ tính mà qua đó năng lượng được lưu trữ Máy biến áp thông thường được làm bằng lõi sắt

 Để máy biến áp tích năng lượng trong khoảng thời gian dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp và sau này truyền năng lượng cho cuộn thứ cấp khi thiết bị đóng cắt thì hai cuộn dây thuần cảm phải được ghép từ tính

6 Những lưu ý khi thiết kế mạch flyback

 Tỷ lệ lượt ảnh hưởng đến dòng điện sơ cấp và thứ cấp đỉnh cũng như chu kỳ làm việc Ví dụ, khi tỷ số vòng dây thấp, chu kỳ làm việc ngắn hơn và dòng điện trong cuộn sơ cấp sẽ tăng

Hnh 5 Bi n áp flyback ế

 Máy biến áp thường được chế tạo tùy chỉnh vì không thể có tỷ lệ lượt hoàn hảo trên thị trường Khi rất khó để có được một máy biến áp hoàn hảo với tỷ lệ lượt

yêu cầu, tốt nhất là bắt đầu bằng cách tìm các máy biến áp có sẵn và chọn máy

biến áp gần với định mức mong muốn Tiếp theo là chọn các linh kiện để bù lại sự khác biệt nhỏ giữa điện áp yêu cầu và đầu ra máy biến áp

7 Ưu điểm của mạch flyback

 Cuộn sơ cấp được cách ly với đầu ra

 Có khả năng cung cấp nhiều điện áp đầu ra, tất cả đều được cách ly với nguồn chính

 Khả năng điều chỉnh nhiều điện áp đầu ra với một điều khiển duy nhất

 Có thể hoạt động trên nhiều loại điện áp đầu vào

 Mạch flyback sử dụng rất ít linh kiện so với các loại SMPS khác

8 Các ứng dụng của mạch flyback

 Mạch flyback được sử dụng cho nhiều ứng dụng điện tử như:

 Máy thu hình tiêu thụ lượng điện năng nhỏ, lên đến khoảng 250W

 Nguồn điện dự phòng cho máy tính

 Điện thoại di động và bộ sạc thiết bị di động

 Nguồn cung cấp điện áp cao trong TV và màn hình CRT, laser, đèn pin Xenon, máy photocopy,

Nhóm sinh viên th c hi n: Nhóm 12 - Lự ệ ớp: KTD K62 6

II.TÍNH TOÁN VÀ THI T K M CH FLYBACK Ế Ế Ạ

CONVERTER

1 Yêu cầu đề bài

Mô tả đặc tính điện áp, dòng điện các ph n t trong m ch: ầ ử ạ

Bng 1 Mô t  đặc tính các ph n t trong mầ ử ạch

Hnh 6 Gi ng đồ các ph n t trong mầ ử ạch

𝑡 0

Xét trong khoảng thời gian t ừ 0 đến 𝑫 𝑻𝒔:

Một số linh ki n có th dùng trong m ch th ệ ể ạ ực tế ự d a trên k t qu tính toán: ế ả

3 Thiết kế mô phỏng mạch Flyback converter trên PSIM

Hnh 7 M ch flyback converter mô ph ng ạ ỏ

 Cài đặt thông s linh kiện dựa trên kết quả tính toán: ố

Nhóm sinh viên th c hi n: Nhóm 12 - Lự ệ ớp: KTD K62 12

Hnh 8 Th ng s ố ố cài đặt tụ hóa

Hnh 9 Thông s ố cài đ ặt đi ện tr ở

Hnh 10 Thông s ố cài đặt biến áp

Hnh 11 Thông s ố cài đặt bộ ạ t o xung

 S u thố liệ ực tế trong mô phỏng

Bng 3 S ố liệu khi mô ph ng ỏ

 Điện áp tính toán và mô phỏng

Hnh 15 Điện áp qua van

Hnh 16 Điện áp qua diode

Nhóm sinh viên th c hi n: Nhóm 12 - Lự ệ ớp: KTD K62 16

 Nhận xét : S u giố liệ ữa vi c tính toán vàn mô phệ ỏng trên m ch thạ ực tế không quá 5%, sai s ố không đáng kể

LỜI C ẢM ƠN

Là những sinh viên năm thứ ba còn dang ngồi tron g g h ế nhà trường thi k inh nghi m th c tệ ự ế còn chưa có nhiều, do đó rấ ầt c n ph i có sả ự hướng dẫn giúp đỡcủa thầy giáo Qua đây cho chúng em được g ửi l ờ ảm ơn tới c i thầy Mai Vạn H u ậ

đã tận tình chỉ d n, giúp c húng em hoàn thành t t môn học này Đồ án này hoàn ẫ ốthành kh ông n hững giúp em có được thêm nhiều kiểu thức hơn về môn học mà còn giúp chúng em được tiếp x úc với một phương pháp làm việc mới chủ động hơn linh hoạt hơn và đặc biệt là sự quan trọng của phương pháp làm việc theo nhóm Quá trình th c hi n là m t th i gian thự ệ ộ ờ ực sự ổ b ích cho bản thâ n chúng

em về nhiều mặt