Phương pháp nghiên cứu tính toán và thiết kế bộ nguồn áp xung p4 pptx

Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp Trang 31 L 1 = 2 2 2 1 )1( 2 D n n f R          - Điện áp dợn sóng: o V - Dòng tại tụ điện lọc i c được biểu diễn bởi hình trên . Điện lượng nạp thêm vào tụ điện lọc Q  ở giai đoạn  được phóng vào tải trong giai đoạn 1. -Chu kỳ sau diện tích S ở phần dưới đường biểu diễn thiên dòng qua tụ ic Q  = I o .DT =        T fD Rf V o 1 . o V = D Rfc V C Q V o c    * Chỉ tiêu các linh kiện - Transistor DCX: I DCX max =   f D Vs n n x I o 2411 2 1   - Diode D I D trung bình (av)=I o V D max= 1 2 n n VV sO  *Giai đoạn 2: DT<t<T -DCX ngưng dẫn từ thông mạch từ giảm , điện áp tại cuộn n 2 đảo cực tính khiến D dẫn dòng i L giúp cho số ampe vòng liên tục, tức thời điểm DT số ampe vòng n 2 I 2max = n 1 I 1min . L 2 đặt vào điện áp V o , do đó : i 2 = - max2 )( IDTT L V o o  -Mạch từ phóng thích năng lượng vào phụ tải , i 2 giảm từ I 2max đến I 2min , lượng dòng giảm bằng. ĐCX R C c Io Vs i 2 i Vo Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp Trang 32 I 2max -I 2min = TD L V o )1( 2  (2-29) - Điện áp tại cuộn n 1 = o V n n 2 1 - Do đó điện áp tại transistor DCX = - Điện áp ra V o : I 2 2 2 1 121 2 1 ,          n n LLI n n OTD n nV DT L V os           )1( 4 2 1 1 (2-30) - Điều kiện để có dòng liên tục.   DIII av max1min11 2 1  -Công suất vào: P s =V s .I 1av = -Công suất ra : P o =   2 2 2 1 2 2 1 1 D D n n V R S          -Nếu hiệu suất bằng 1 ta có : I 1max + I 1min = 2 2 2 1 )D-1( D .) n n ( R Vs 2 (2-31) *Ưu nhược điểm: - Cách ly sơ cấp và thứ cấp - Giảm được dòng qua transistor công suất. - Tạo được nhiều cấp điện áp ở đầu ra bằng cách quấn nhiều cuộn thứ cấp . - Dòng san bằng đỉnh tương đương của transistor khá cao . I pft = mindc V Rot 13 , 3 Với Pot : tổng công suất ngõ ra Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp Trang 33 Vì vậy giá thành cho transistor cao VII - HALF - BRIDGE CONVERTER Sơ đồ Half-Bridge - Khi chuyển mạch S, ở phía trên ứng với ngõ vào 220VAC, mạch cỉnh lưu toàn sóng với 2 tụ lọc C 1 nối tiếp C 2 + Điện áp đỉnh DC chỉnh lưu khoảng : (1,41x220)-2  308V - Khi S 1 đóng ứng với ngõ vào 110V mạch hoạt động như mạch nhân đôi điện áp. - Nửa chu kỳ đầu tiên A dương so với B, C 1 nạp qua D 1 + Điện áp đỉnh khoảng (1,41x110)-1  154V - Nửa chu kỳ sau C 2 nạp qua D 2 + Điện áp đỉnh khoảng (1,41x110)-1  154V + Điện áp tổng trên tụ C 1, C 2 khoảng 308V * Giả sử điện áp chỉnh lưu 308V, bỏ qua tụ C b . Một đầu của cuộn sơ cấp được nối với 2 đầu tụ C 1 ,C 2 và Q 1, Q 2 dẫn ở mỗi nữa chu kỳ. 1/ Quan hệ giữa dòng sơ cấp, công suất ra, điện áp vào -Giả sử hiệu suất 80%. Pin = 1,25P 0 . -Xung dòng đỉnh sơ cấp san bằng tương đương ứng với Vdcmin I pft (half bridge) = min .13,3 Vdc P o (2-32) 2/ Chọn cở dây sơ cấp: Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp Trang 34 -Dòng điện gờn sóng sơ cấp I rms = I pft TT /8, I rms = min .70,2 Vdc P o (2-33) 3/ Chọn cở dây dẫn và số vòng dây thứ cấp: -Số vòng dây thứ cấp được chọn ở (4.1.) đến (4.3) cho thời gian mở cực đại T onmax = 0,8T/2 và Vdc min - 1 được thay bằng 1 2 min  Vdc Vậy : V 1 2 8,0 5,01 2 1 T NP NSVdc                     (2-34) V 2 (2-35) - Dòng hiệu dụng sơ cấp : Irms = Idc D =Idc 4,0 ở 500 circularmils trên dòng hiệu dụng là = 500(0,632)Idc I rms = 316.Idc -Thiết kế tụ cb ta có : Cb = dc TxI ptc 8,0 (2-36) -Với dv : Độ thay đổi áp từ lúc dẫn đến lúc tắt của mỗi transistor. VII. SƠ ĐỒ CẦU (FULL - BRIDGE) Sơ đồ Full-Bridge -Các transistor T 1 và T' 2 cùng dẫn luân phiên với T 2 và T' 1 . Mỗi đôi dẫn trong thời gian DT trong mỗi chu kỳ làm việc, ta có: 0<D<0,5 V o = 2 S DV n n . 1 2 (2-37) -Chỉ tiêu các linh kiện . Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp Trang 35 -Transistor : T Tr max Lf DVs ALsf mVsDD Im o 2 .)1(          (2-38) m = 1` 2 n n V Tr max = Vs -Diode D 1, D 2, D' 1 ,D' 2 : I D trung bình = 2 .).21( o ImD  (2-39) V Dmax = V s (8.4) -Diode D 5 và D 6 : I D5b = DI o V D5 max = V D6max = 2nV D (2mV D ) * Kết luận: Trong các loại converter trong đó có Half - Bridge converter có nhiều ưu điểm như. - Hiệu suất cao khoảng 90% - Biến áp không sử dụng đầu ra ở giữa vì vậy loại trừ được sự mất cân bằng từ thông. Kết quả là loại converter này được dùng để thiết kế các bộ nguồn với công suất có thể lên đến 1000W - Điện áp cực đại đặt lên transistor giảm đi một nữa so với trường hợp của Push - Pull converter. Điều này dẫn đến giá thành transistor va các thành phần linh kiện liên quan cũng giảm . Từ những ưu điểm đã nêu ở trên, nên ta chọn thiết kế nguồn ổn áp xung theo kiểu Half - Bridge converter Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp Trang 36 Chương III BIẾN ÁP XUNG I.TỔN HAO LÕI VỚI TẦN SỐ VÀ MẬT ĐỘ TỪ CẢM. -Hầu hết các biến áp xung sử dụng lõi ferrite.Ferrites là vật liệu gốm sắt từ .Cấu trúc của nó gồm hổn hợp oxit sắt với Mn, kẽm oxit.Tổn hao dòng điện xoáy của nó bỏ qua khi điện trở suất rất cao.Tổn hao lõi chủ yếu do tổn hao từ trể nhưng cũng khá thấp. -Một số chất liệu được đo đạt sau cho tổn hao lõi là nhỏ ở tần số cao và nhiệt độ cao. -Yếu tố chính ảnh hưởng việc chọn lựa chất liệu là đặc tính tổn hao lõi (thường mW/cm 3 ) đối với tần số và mật độ từ cảm. a-Đường đặc tính từ trể. Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp Trang 37 b-Tổn hao lõi đối với mật độ từ cảm. c-Tổn hao lõi đối với nhiệt độ Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp Trang 38 II.HÌNH DẠNG LÕI FERRITE -Lõi ferrite được sản suất với kích cở tương đối nhỏ. -Hình dạng lõi khác nhau như: Loiõ hình chén, lõi RM, EE, PQ, UU, UI,EI. -Lõi hình chén (hình hộp) được sử dụng ở mức công suất thấp hơn 125W -Các dạng lõi khác nhau của biến áp công suất . Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp Trang 39 Table :Core Losses for Various Core Materials at Various Frequencies and peak Flux Densities at 100 o C Fre- Quency Material Core loss , mW/cm 3 for various peak flux densities, G KHZ 1600 1400 1200 1000 800 600 20 Ferroxcube 3C8 85 60 40 25 15 Ferroxcube 3C85 82 25 18 13 10 Ferroxcube 3F3 28 20 12 9 5 Magnetics Inc - R 20 12 7 5 3 Magnetics Inc - p 40 18 13 8 5 TDK - H7C1 60 40 30 20 10 TDK - H7C4 45 29 18 10 Siemens N27 50 24 50 Ferroxcube 3C8 270 190 130 80 47 22 Ferroxcube 3C85 80 65 40 30 18 9 Ferroxcube 3F3 70 50 30 22 12 5 Magnetics Inc - R 75 55 28 20 11 5 Magnetics Inc - P 147 85 57 40 20 9 TDK - H7C1 160 90 60 45 25 20 TDK - H7C4 100 65 40 28 20 Siemens N27 144 96 100 Ferroxcube 3C8 850 600 400 250 140 65 Ferroxcube 3C85 260 160 100 80 48 30 Ferroxcube 3F3 180 120 70 55 30 14 Magnetics Inc - R 250 150 85 70 35 16 Magnetics Inc - P 340 181 136 96 57 23 TDK - H7C1 500 300 200 140 75 35 TDK - H7C4 300 180 100 70 50 Siemens N27 480 200 Siemens N47 190 200 Ferroxcube 3C8 700 400 190 Ferroxcube 3C85 700 500 350 300 180 75 Ferroxcube 3F3 600 360 250 180 85 40 Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp Trang 40 Magnetics Inc - R 650 450 280 200 100 45 Magnetics Inc - P 850 567 340 227 136 68 TDK - H7C1 1400 900 500 400 200 100 TDK - H7C4 800 500 300 200 100 45 Siemens N27 960 480 Siemens N47 480 500 Ferroxcube 3C85 1800 950 500 Ferroxcube 3F3 1800 1200 900 500 280 Magnetics Inc - R 2200 1300 1100 700 400 Magnetics Inc - P 4500 3200 1800 1100 570 TDK - H7F 100 TDK - H7C4 2800 1800 1200 980 320 1000 Ferroxcube 3C85 200 Ferroxcube 3F3 3500 2500 1200 Magnetics Inc - R 5000 3000 1500 Magnetics Inc - P 6200 Note : data are for bipolar magnetic circuits ( first and third - quadrant operation) . For unipolar ( forward conventer , flyback ), divide by 2 . Table : Core Type Number for Geometrically interchangeable Cores Ferroxcube-Philips Magnetics TDK EE Cores 814E250 41205 813E187 41808 EE19 812E343 812E272 E375 43515 E21 44317 783E608 EE42/42/15 783E776 E625 44721 E55 EE55/55/21 E75 45724 EC Cores EC35 43517 EC35 EC41 44119 EC41 EC52 45224 EC52 EC70 47035 EC70 ETD Cores ETD29 ETD34 43434 ETD34 ETD39 43939 ETD39 ETD44 44444 ETD44 ETD49 44949 ETD49 Pot Cores 704 40704 P7/4 905 40905 P9/5 1107 41107 P11/17 1408 41408 P14/8 1811 41811 P14/8 2213 42213 P22/13 2616 42616 P26/16 . Biến áp không sử dụng đầu ra ở giữa vì vậy loại trừ được sự mất cân bằng từ thông. Kết quả là loại converter này được dùng để thiết kế các bộ nguồn với công suất có thể lên đến 1000W - Điện áp. nên ta chọn thiết kế nguồn ổn áp xung theo kiểu Half - Bridge converter Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp Trang 36 Chương III BIẾN ÁP XUNG I.TỔN. từ giảm , điện áp tại cuộn n 2 đảo cực tính khiến D dẫn dòng i L giúp cho số ampe vòng liên tục, tức thời điểm DT số ampe vòng n 2 I 2max = n 1 I 1min . L 2 đặt vào điện áp V o , do đó