Bài giảng Điện tử công suất - Chương 3: Biến đổi DC (P2)

Bài giảng Điện tử công suất - Chương 3: Biến đổi DC cung cấp cho người học các kiến thức: Các bộ biến đổi dòng không liên tục, mạch biến đổi giảm áp, mạch biến đổi tăng áp. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

GIỚI THIỆU CHƯƠNG 3: BIẾN ĐỔI DC o GIỚI THIỆU Ở ta xét đến trường hợp dòng liên o CÁC BỘ BIẾN ðỔI DỊNG KHƠNG LIÊN TỤC tục: dòng cuộn cảm lúc Mạch biến đổi giảm áp có trị dương tồn chu kỳ (Buck Converter) Dòng liên tục khơng phải điều kiện cần Mạch biến ñổi tăng áp để chuyển đổi hoạt động Một cách phân (Boost Converter) 11:55 AM giải khác cần thiết trường hợp dòng khơng liên tục 11:55 AM GIỚI THIỆU GIỚI THIỆU • Sơ đồ dạng sóng Trong trường hợp lượng điện tích trữ cuộn dây cung cấp khơng đủ cho tải giai đoạn Toff có khoảng thời gian dòng điện qua cuộn dây Điểm khác biệt so với trường hợp Dạng sóng dòng điện điện áp mạch Boost converter hoạt động chế độ không liên tục 11:55 AM cuộn dây xả hết giai đoạn cuối chu kỳ 11:55 AM GIỚI THIỆU GIỚI THIỆU • Từ hai phương trình ta tính được: Mặc dù nhỏ tạo nên Io = I D = bắt đầu chu kỳ 0, dòng ILmax (với I L max = • Rút gọn ta được: Trong trạng thái OFF, dòng IL giảm I L max + (V i o = Vi DT Vi D Vi D 2T = L Vo − Vi L(Vo − Vi ) Vo V D 2T = 1+ i Vi LI o • Từ biểu thức ta thấy điện áp Vout chế độ không liên tục phụ thuộc vào chu kỳ mà phụ thuộc vào giá trị cuộn dây, điện áp Vin Io − Vo )δT =0 L 11:55 AM I L max • Thay ILMax δ vào ta được: I Vi DT L sau khoảng thời gian δ.T : Vi D Vo − Vi • Dòng Io qua tải với dòng diode D: khác biệt Dòng điện qua cuộn dây lúc t=D.T) là: δ= GIỚI THIỆU 11:55 AM CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DỊNG KHƠNG LIÊN TỤC Mạch biến đổi giảm áp • Sơ đồ nguyên lý L • Giới hạn Boost converter hoạt động chế độ liên tục không liên tục: S + D + C Vidc Vo R Diode Schottky - • Chức linh kiện: S, L, C, D1, R • Các giả thiết phân giải: 11:55 AM 11:55 AM CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DỊNG KHƠNG LIÊN TỤC CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DỊNG KHƠNG LIÊN TỤC Mạch biến đổi giảm áp • Chế ñộ ON Mạch biến ñổi giảm áp • Chế ñộ OFF Khi bật hở, diode trở nên phân cực thuận nên dẫn, cho dòng điện cuộn cảm chạy qua hình Điện qua cuộn cảm bật hở: Khi S đóng, diode phân cực nghịch nên ngưng, ta có dòng điện chạy qua cuộn cảm Điện cuộn cảm bằng: Vi = VL + V0 ⇒ V L = Vi − V0 = L L S di L dt ∆i L ∆i = L ∆t TOFF + + C C D1 Vidc R - di L ∆i L ∆i L Vi − V0 = = = ∆t dt DT L V  i − V0  ⇒ (∆i L )(swon ) =   DT  L  D1 Vidc Thời gian OFF có giá tri khoảng δ: R -  V  ⇒ ∆i L ( swoff ) =  − δT  L (1) 11:55 AM di L di − V0 ⇒ L = dt dt L − V0 = L VL = −V0 = L L S (2) 10 11:55 AM CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DỊNG KHƠNG LIÊN TỤC CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DỊNG KHƠNG LIÊN TỤC Dạng sóng mạch biến đổi giảm áp Dạng sóng mạch biến ñổi giảm áp TON S δT TON S δT t vL DT t vL T vi vi-vo ILmax t -Vo iL IL ILmax iL IL t ii t ii t 11:55 AM T vi vi-vo t -Vo DT t 11 11:55 AM 12 CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DỊNG KHƠNG LIÊN TỤC CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DỊNG KHƠNG LIÊN TỤC Dạng sóng mạch biến đổi giảm áp Dạng sóng mạch biến đổi giảm áp TON S δT TON S δT t t vL DT vL T vi vi-vo DT T vi vi-vo t -Vo ILmax t -Vo iL ILmax IL iL IL t ii t ii t t 13 11:55 AM CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHƠNG LIÊN TỤC Mạch biến đổi giảm áp • Dạng sóng Hệ thức dòng cuộn cảm dòng nguồn tính trước hết cho điện trung bình cuộn cảm khơng cho chu kỳ hoạt động Điện cuộn cảm theo hình: TON CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DỊNG KHƠNG LIÊN TỤC Mạch biến đổi giảm áp Hoạt động thường trực đòi hỏi dòng điện cuộn cảm cuối chu kỳ giao hoán với trị số lúc bắt đầu nghĩa thay đổi tổng cộng dòng cuộn cảm chu kỳ không: δT S vL DT t T vi vi-vo t -Vo ILmax iL (∆i L )swon + (∆i L )swoff =0 V   V − V0  (1) + ( 2) ⇒  i  DT −  δT = L  L  IL t (Vi − V0 )DT − V0δT = ⇒ (Vi − V0 )DT ii 11:55 AM 14 11:55 AM = V0δT V0  D  =  Vi  D + δ  t 15 11:55 AM 16 CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DỊNG KHƠNG LIÊN TỤC CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DỊNG KHƠNG LIÊN TỤC Mạch biến ñổi giảm áp Mạch biến ñổi giảm áp • Dòng điện trung bình qua cuộn cảm: • Thay Imax vào (3): 1  I L =  I max DT + I max δT  = I max (D + δ ) T 2  V IL = IR = R V I max (D + δ ) = R (3) Kết hợp lại: • Vì dòng bắt đầu khơng, dòng cực đại với thay đổi dòng suốt thời gian bật S đóng Khi bật đóng, điện cuộn cảm là: v L = Vi − V0 kết là: • Dòng Imax: di L Vi − V0 ∆i L ∆i L I max = = = = dt L ∆t DT DT   2D  D  được: V0 = Vi  D + δ  = Vi  8L  D + D2 + RT  V δT  V − V0  I max = ∆i L =  i  DT = L  L  Giới hạn dòng liên tục không liên tục xảy δ = (1 – D) Nhớ lại điều kiện xảy =0 17 CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DỊNG KHƠNG LIÊN TỤC 18 11:55 AM CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHƠNG LIÊN TỤC Mạch biến đổi tăng áp • Sơ ñồ nguyên lý Mạch biến ñổi tăng áp • Chế ñộ ON D1 L Diode Schottky Khi S đóng, diode phân cực nghịch nên ngưng, dòng điện qua cuộn L tạo nên điện VL cho bởi: + + S C Vo R VL = Vi = L VL=Vi - D1 + • Chức linh kiện: S, L, C, D1, R • Các giả thiết phân giải: di L di V ⇒ L = i dt dt L ∆i L ∆i L Vi = = ∆t DT L C Vidc S R - (∆iL )swon = Vi DT L 11:55 AM       giới hạn dòng liên tục khơng liên tục Imin 11:55 AM Vidc Giải phương trình ta V 1  V δT  I max (D + δ ) =  (D + δ ) = 2 L  R 19 11:55 AM ( 4) 20 CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHƠNG LIÊN TỤC CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DỊNG KHƠNG LIÊN TỤC Mạch biến đổi tăng áp • Chế độ OFF Khi S hở, diode phân cực thuận nên dẫn cho dòng qua cuộn cảm L tạo nên điện cuộn cảm VL: di di V − V0 VL = Vi − V0 = L L ⇒ L = i dt dt L t S (∆iL )swoff R - = (Vi − V0 )δT L t t ii (5) t 21 CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DỊNG KHƠNG LIÊN TỤC 22 11:55 AM CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DỊNG KHƠNG LIÊN TỤC Mạch biến ñổi tăng áp S iL IL 11:55 AM TON T vi ∆iL ∆iL Vi − V0 = = ∆t δT L C δT DT vL ILmax D1 + TON S Vi-Vo VL=Vi-Vo Vidc Mạch biến ñổi tăng áp Mạch biến ñổi tăng áp δT TON S δT t vL DT t T vL vi DT T vi t t Vi-Vo Vi-Vo iL ILmax IL iL ILmax IL t ii ii t 11:55 AM t t 23 11:55 AM 24 CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DỊNG KHƠNG LIÊN TỤC CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DỊNG KHƠNG LIÊN TỤC Mạch biến ñổi tăng áp TON S Mạch biến đổi tăng áp • Dạng sóng TON δT δT S t t vL DT T Do thay đổi tổng cộng dòng điện chạy qua cuộn cảm S đóng S hở khơng: vi t Vi-Vo iL ILmax IL t vL T vi t Vi-Vo ILmax ∆i L (ON ) + ∆i L (OFF ) = ii DT iL IL t ii t t 25 11:55 AM CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHƠNG LIÊN TỤC CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DỊNG KHƠNG LIÊN TỤC Mạch biến ñổi tăng áp Mạch biến ñổi tăng áp Ở hoạt động thường trực, thay đổi tổng cộng dòng cuộn cảm phải khơng, theo (4) (5) ta được: (∆iL )swon + (∆iL )swoff (4) + (5) ⇒ • Dòng điện trung bình qua diode: • Dòng điện Imax: I max = ∆i L = • Thay Imax vào ID: I D = =0 Vi DT (Vi − V0 )δT + =0 L L 27 11:55 AM 1   I max δT  = I max δ T 2  Vi DT L  L     RDT    V0  D RT  −   − =0 2L   Vi  V0  D RT = 1+ 1+ Vi  L  D +δ  V0 = Vi    δ  ID = V V  Vi DT   δ = ⇒ δ =  2 L  R  Vi  V0  Vi • Thay D1 rút gọn:  Vi DT + (Vi − V0 )δT = 11:55 AM 26 11:55 AM     28 ỨNG DỤNG CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC Là thiết bị cung cấp nguồn chiều thay đổi Giới hạn dòng liên tục không liên tục δ =1 – D Điều kiện khác giới hạn Imin = Khi chuyển đổi tăng hoạt động theo kiểu dòng liên tục hay không liên tục tùy thuộc vào tổ hợp thông số mạch bao gồm tỉ số định dạng D Khi D thay đổi với chuyển đổi tăng cho sẵn thay đổi vào hay khỏi kiểu không liên tục 11:55 AM được, tải bộ biến đổi xung áp chiều tải sơ đồ chỉnh lưu bộ biến đổi lại làm việc với nguồn chiều Vì vậy, phạm vi ứng dụng hai bộ biến đổi thật không trùng Các ứng dụng bợ biến đổi xung áp chiều chia làm hai nhóm: Sử dụng nguồn chiều áp không đổi Sử dụng nguồn chiều chỉnh lưu diode từ 29 ẢNH HƯỞNG LINH KIỆN LÊN DẠNG SÓNG lưới 11:55 AMxoay chiều công nghiệp 30 ẢNH HƯỞNG LINH KIỆN LÊN DẠNG SĨNG Sử dụng mạch sửa dạng sóng Khi linh kiện không R1 1k S lý tưởng L G L1 1uH D3 R2 1k D2 dạng sóng R C D1 có dạng C1 1uF hình 11:55 AM 31 11:55 AM 32 ẢNH HƯỞNG LINH KIỆN LÊN DẠNG SĨNG Dạng sóng sau qua mạch sửa dạng sóng BỘ CẤP ðIỆN DC CƠ BẢN 11:55 AM 33 11:55 AM 34 ... t 11:55 AM T vi vi-vo t -Vo DT t 11 11:55 AM 12 CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DỊNG KHƠNG LIÊN TỤC CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DỊNG KHƠNG LIÊN TỤC Dạng sóng mạch biến đổi giảm áp Dạng sóng mạch biến đổi giảm áp TON S δT... Vi-Vo VL=Vi-Vo Vidc Mạch biến ñổi tăng áp Mạch biến ñổi tăng áp δT TON S δT t vL DT t T vL vi DT T vi t t Vi-Vo Vi-Vo iL ILmax IL iL ILmax IL t ii ii t 11:55 AM t t 23 11:55 AM 24 CÁC BỘ BIẾN ĐỔI... C Vidc Vo R Diode Schottky - • Chức linh kiện: S, L, C, D1, R • Các giả thiết phân giải: 11:55 AM 11:55 AM CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DỊNG KHƠNG LIÊN TỤC CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DỊNG KHƠNG LIÊN TỤC Mạch biến đổi