Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp Trang 21 IV. PUSH - PULL CONVERTER Mạch Push - Pull như sơ đồ sau: - Nó gồm 1 biến áp T 1 với nhiều cuộn thứ cấp N S1 , N S2 , N m và một mạch điều khiển độ rộng xung bằng điện áp DC. Các ngõ ra điện áp V S1 ,Vs2, Vm và lấy tín hiệu phản hồi về từ V m . Ton được điều chỉnh để ngăn chặn sự thay đổi tải hay nguồn cung cấp. Vce(Q ) Ic(Q ) 2Vdc Ic( Q ) Vce(Q ) 1 1 2 2 Vs2 =Vdc(Ns2/Np)2Ton/T Vm=Vdc(Nm1/Np)2Ton/T Vs1 =Vdc(Ns1/Np)2Ton/T Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp Trang 22 - Khi transitor dẫn thì điện áp dưới của mỗi nửa cuộn sơ cấp giảm xuống V ce(sat) khoảng 1V. Vì thế khi cả hai transitor dẫn thì điện áp vuông có giá trò V dc - 1 - Điện áp trung bình tại ngõ ra V m V m = T Ton N N V p m dc 2 5,0)1( (2-17) -Khi V dc thay đổi thì vòng hồi tiếp âm sẽ điều chỉnh Ton để giữ V m không đổi - Ton, V m 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 T on sẽ được thay đổi theo sự thay đổi của V m Điện áp tại ngõ ra của 2 cuộn thứ cấp : V S1 = V S2 = T Ton N N V p S dc 2 5,0)1( 2 Mức điện áp trên một vòng : N E = Ae ( dB/dt) x 10 -8 -Ae : là tiết diện lõi sắt ( cm 2 ) -dB : là độ thay đổi từ cảm ( Gauss ) -dB/dt s Gauss - N F là điện áp trên vòng là tỉ lệ theo tần số sóng ngắt. - Trong thực tế, giá trò 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 phải chọn lõi phù hợp với công suất ra. Chọn lõi cho công suất ngõ ra của biến áp phụ thuộc vào tần số hoạt Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp Trang 23 động, mật độ từ cảm ( B 1 và B 2 ), tiết diện lõi sắt, tiết diện khung quấn dây Ab,và mật độ dòng điện trong mỗi cuộn. Chọn số vòng dây sơ cấp -Đònh luật Faraday : E = NAe (dB/dt ) x 10 +8 Với:- E: Điện áp rơi trên lõi cuộn dây( hay cuộn dây biến áp ) -N : Số vòng dây(vòng) -A e : Tiết diện lõi ( cm 2 ) -dB : ( Gauss ) > dB = NAe E dt 8 10. ( Gauss ) - Số vòng dây sơ cấp được xác đònh như sau : +N p : Được tính với điện áp đặt lên cuộn sơ cấp là nhỏ nhất (V dc -1) và thời gian mở là cực đại. N p = dB Ae xTV dl . 10)2/8,0)(1( 8 min (2-18) Với dB = xAcN xTonV p dc 8 10))(1( (2-19) Chọn số vòng dây thứ cấp : -Số vòng dây thứ cấp được chọn từ : V m = 0,5 - ) 1 - (Vdc (V dc - 1 ) p m N N - 0,5] T Ton2 V S1 = [(V dc - 1 ) 1 2 p S N N T Ton2 V S2 = [(V dc - 1 ) 1 2 p S N N T Ton2 Tính toán dòng san bằng đỉnh. -Giả sử hiệu suất 80% ( thường đạt được ở tần số trên 200KHz ) P 0 = 0,8P in -Hay P in = 1,25P 0 = V dcmin .0,8I pft -Vậy I pft = 1,56 min 0 dc V P (2-20) Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp Trang 24 Tính toán dòng điện sơ cấp hiệu dụng và tiết diện dây dẫn : I rms = I pft D = I pft 4,0 -Với D : hệ số chu kỳ : D = (0,8T/2)/2 -Hay : I rms = 0,632 I pft Vậy ta có : I rms = 0,632 min 0 min 0 986,056,1 dcdc V P V P Tính toán dòng gợn sóng đỉnh thứ cấp và kích cỡ dây : I S(rms) = I dc D = I dc 4,0 = 0,632.I d c -Với I dc dòng điện ngõ ra. Thiết kế bộ lọc ngõ ra. 1) Thiết kế cuộn cảm ngõ ra : dI = 2I dcmin = V L . 0 L Ton = (V 1 - V 0 ) 0 L Ton N 0 = V 1 (2Ton/T) thì Ton = 1 0 2V TV N 0 = V 1 (2Ton/T ) thì Ton = 1 0 2V TV -N S sẽ được chọn 0,8172 khi V dc , V 1 là nhỏ nhất min 1 0 22 8,0 V TV T T on hay V 1min = 1,25V 0 dI = 0 00 )2/8,0)(25,1( L TVV = 2I dcmin Và L 0 = min 0 .05,0 dc I TV V1 Vo Lo Ns Ns D1 D2 Co Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp Trang 25 Nếu dòng I dcmin = 10 1 I on Vậy : L 0 = n I TV 0 0 5,0 -Trong đó , L 0 (H) -V 0 (V) -T(s) -I dcmin dòng ngõ ra cực tiểu (A) -I on dòng ngõ ra danh đònh (A) 2. Thiết kế tụ ngõ ra. -Tụ ngõ ra được chọn để đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật điện áp gợn sóng ngõ ra. V r = R 0 .dI Với -R 0 : Điện trở trong của tụ C 0 -dI : Dòng điện đỉnh đỉnh cuộn cảm. -Tích số R 0 .C 0 thay đổi giữa 50 -80 x 10 -6 C 0 = dIV x R x r / 10801080 6 0 6 C 0 = r V dIc )1080( * Ưu điểm và nhược điểm : 1) Ưu điểm - Converter này phân phối năng lượng ra tải qua biến áp. Vì vậy sự phản hồi điện áp ngõ ra được cấp điện DC với ngõ vào và có nhiều cuộn thứ cấp biến áp nên có thể có nhiều điện áp đầu ra. - Khi bộ nguồn cung cấp đã được cải tiến, điều chỉnh các converter ban đầu để mang lại công suất lớn hơn từ những linh kiện nhỏ hơn. Vì vậy hiệu suất cho hệ thống phải tăng. Một cách đơn giản để làm điều này là sử dụng biến áp có đầu 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. Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp Trang 26 - Một trong những vấn đề đối với push-pull converter, đó là từ thông trong hai phần của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp có đầu ra ở giữa có thể trở nên mất cân bằng và gây ra vấn đề về nhiệt độ. - Vấn đề 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. -Trong mạch converter này chỉ có một transistor và một diode ở phía sơ cấp. Trong khi mạch push -pull cnverterlà hai transistor. - Khi Q 1 dẫn, đầu có chấm của cuộn sơ cấp và tất cả các cuộn thứ cấp trở thành dương so với các đầu dây còn lại không dấu. - Dòng chảy đến tải khi transistor công suất Q 1 dẫn - nên gọi là Forward converter. Ổn 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 cảm hay cuộn sơ của biến áp khi transistor dẫn và phân phối dòng đến tải khi transistor ngắt - Khi Q 1 dẫn (T on ), thì điện áp ở tốt chỉnh lưu ở mức cao trong thời gian T on . Giả sử 1V cho Q 1 và D 2 phân cực thuận V D2 thì điện áp ở mức cao đó là : Mạch điều khiển độ rộng xung Mạch so sánh L1 L2 L3 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Vref Vom Vs1 Vs2 Q1 Vea Vdc Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp Trang 27 V 0mr = Np Nm V dc 1 - V D2 -Khi Q 1 tắt , dòng lưu trữ trong dây dẫn của T 1 ngược cực với điện áp trên Np. Tất cả các đầu đầu của sơ và thứ âm so với các đầu còn lại. Thì Transistor Q 1 sẽ bò đánh thủng nếu không có diode D 1 dẫn trả năng lượng . - Điện áp ngõ ra DC : V om = T Ton V Np Nm V ddc 1 (2-21 ) 2.Các mối quan hệ thiết kế của điện áp vào , ra , thời gian mở và tỉ số vòng. - Điện áp Vom được phản hồi về và được so sánh với điện áp chuẩn V ref , và thay đổi Ton để giữ V om = const đối với bất cứ sự thay đổi ở Vdc hay dòng tải. - Thời gian Ton cực đại ( Tonmax) sẽ xay ra ở V dcmin V om = T T V Np Nm V on ddc max min 1 V S1 = T T V Np N V on d S dc max 1 min 1 V S2 = T T V Np N V on d S dc max 2 min 1 3. Quan hệ giữa dòng điện sơ cấp, công suất ngõ ra, và điện áp ngõ vào : - Giả sử hiệu suất của nguồn 80% P 0 = 0,8P in Hay P in = 1,25P 0 = V dcmin ( 0,4 Ipft) (2.22 ) Hay I pft = min 0 .13,3 dc V P 4. Thiết kế biến áp công suất : Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp Trang 28 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 dòng của cuộn. b) Tính toán vòng dây sơ cấp. N p = dBAe xTV dc . 10)22/8,0(1 8 min (2-23) -Với dB = 1.600 Gauss. -V dmin : điện áp DC ngõ vào nhỏ nhất (V) -T : Khoảng thời gian ngắt dẫn (S) c) Tính toán vòng dây thứ cấp : V om = T T V Np Nm V on ddc max min 1 V S2 = T T V Np N V on d S dc max 2 min 1 V S1 = T T V Np N V on d S dc max 1 min 1 d) Tính toán dòng điện gợn sóng sơ cấp : I rms(p) = 4,0 12,3 min 0 dc V P I rms(p) = min 0 79,1 dc V P (2-24) e) Tính toán kích cỡ dây : I rms(sec) = I dc . 4,0 Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp Trang 29 = 0,632.I dc . f) Bộ lọc ngõ ra : Cuộn cảm : dI = 2I dcmin = 1 max0min )( L TVV ondk Hay L 1 = min max0min 2 )( dc ondk I TVV ( 2-25 ) Nhưng V 0 = V mindk d kmin T onmax /T Với T onmax = 0,8T/2 Nên L 1 = Ion TV 0 3 (2-26) Tụ điện ngõ ra : Như ở phần ( 4 - 2) Ta có : C 0 = 65 x 10 -6 /R 0 C 0 = 65 x 10 -6 . r V dI 0 (2-27) VI. SƠ ĐỒ FLYBACK -Sơ đồ dùng linh kiện ngắt dẫn dòng vào cuộn sơ cấp máy biến áp lõi ferrite, điện thế tại cuộn thứ cấp được đổi ra điện một chiều bằng diode chỉnh lưu. -Tần số đóng ngắt có thể từ 10kHz đến 100KHz Vo ĐCX L1,n1 i 2 i Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp Trang 30 n i 1 1 1max1 n i t 0 DT T 22 n i n i 2 2max n i 2min2 t T DT 0 1min1 n i -Chu kỳ làm việc gồm hai giai đoạn : *Giai đoạn 1: O<T<DT -DCX dẫn V L1 = V S . Do chiều dây quấn n 1 ,n 2 không dẫn L 1 tích lũy năng lượng vào mạch từ ferrit, từ thông trong mạch từ tăng. i 1 = 1 L V S .t + I 1min -i 1 tăng từ I 1min đến I 1max dòng gia tăng bằng : I 1max - I 1min = .DT (2-28 ) -Điện áp ngược tại D là :V Dngược = - 0 1 2 . VV n n S Vậy ta có : I 1min = DT L Vs D D n n R V s 1 2 2 1 2 2)1( Vậy điều kiện để có dòng liên tục là : . cm 2 ) -dB : là độ thay đổi từ cảm ( Gauss ) -dB/dt s Gauss - N F là điện áp trên vòng là tỉ lệ theo tần số sóng ngắt. - Trong thực tế, giá trò điện áp trên vòng trong phạm vi. điểm. Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp Trang 26 - Một trong những vấn đề đối với push-pull converter, đó là từ thông trong hai phần của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp có đầu ra ở giữa có thể trở. đến 5 hay 6v ở 100KHz. a. BIẾN ÁP CÔNG SUẤT Chọn lõi : Thiết kế biến áp ta phải chọn lõi phù hợp với công suất ra. Chọn lõi cho công suất ngõ ra của biến áp phụ thuộc vào tần số hoạt Nguyễn