Bài giảng Điện tử công suất: Bộ biến đổi điện áp một chiều DC/DC converter (p1) - PGS.TS Lê Minh Phương

Nội dung chính trong bài giảng Bộ biến đổi điện áp một chiều DC/DC converter gồm có: Tổng quan về bộ biến đổi điện áp một chiều, bộ chopper dạng giảm áp (Step-down), bộ chopper dạng tăng áp (Step-up), bộ chopper dạng đảo dòng, bộ chopper dạng đảo áp, bộ chopper dạng tổng quát, transformer Versions of Buck Converter.

1/21/2013 Ho Chi Minh City University of Technology PGS.TS Lê Minh Phương Khoa Điện –Điện Tử Trường Đại Học Bách Khoa TP HỒ CHÍ MINH Contact info: Address: 268 Lý Thường Kiệt, P.14,Q.10, TP Hồ Chí Minh Telephone: 84-08-38647256 (5722) Mobile: 0988572177 E-mail: lmphuong@hcmut.edu.vn; ivanphuong@yahoo.com Power Electronics ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PGS.TS Lê Minh Phương Khoa Điện –Điện Tử Trường ĐHBK TPHCM TPHCM 2012 1/21/2013 Contents – Nội dung Tổng quan Điện tử công suất Các linh kiện bán dẫn Mô Matlab-Simulink Bộ chỉnh lưu Bộ biến đổi điện áp xoay chiều Bộ biến đổi điện áp chiều Bộ nghịch lưu –biến tần 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong References MÔ PHỎNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRONG MATLAB/SIMULINK - Lê Minh Phương, Phan Quốc Dũng – Nhà xuất ĐHQG 2011 POWER ELECTRONICS HANDBOOK – Muhammad H Rashid MATLAB/SIMULINK - Mathworks http://www.mathworks.com/ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – Nguyễn Văn Nhờ Nhà xuất ĐHQG 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 Power Electronics Chương BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU DC/DC CONVERTER PGS.TS Lê Minh Phương Khoa Điện –Điện Tử Trường ĐHBK TPHCM TPHCM 2012 Contents – Nội dung 1/21/2013 Tổng quan biến đổi điện áp chiều Bộ chopper dạng giảm áp (Step-down) Bộ chopper dạng tăng áp (Step-up) Bộ chopper dạng đảo dòng Bộ chopper dạng đảo áp Bộ chopper dạng tổng quát Transformer Versions of Buck Converter Buck converter Boost Converter Fly Back Converter Cu’k Converter PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Chức Chức năng: điều khiển trị trung bình điện áp chiều ngõ với nguồn chiều ngõ vào không đổi U1average=const,I1,f1 DC input f1=0Hz 1/21/2013  U2average=var,I2,f2  DC output f2=0Hz PGS.TS Le Minh Phuong BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Đặc điểm chung Các linh kiện bán dẫn điều khiển đóng ngắt hồn toàn (IGBT, MOSFET, BJT) Power electronic switches are usually implemented with power MOSFETs, IGBTs, MCTs, power BJTs, or GTOs Mật độ công suất lớn Hoạt động tần số cao  Hiệu suất cao Thường sử dụng phương pháp điều khiển PWM 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Tổng quan 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Tổng quan 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 10 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Tổng quan 1/21/2013 11 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Tổng quan 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 12 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Tổng quan 1/21/2013 13 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Tổng quan 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 14 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Tổng quan 1/21/2013 15 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Tổng quan 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 16 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Ứng dụng - Điều khiển động điện DC - Dùng làm nguồn DC dạng switching - Ứng dụng lượng tái tạo (Solar inverter) 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 17 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Ví dụ ứng dụng - Điều khiển động điện DC - Dùng làm nguồn DC dạng switching - Ứng dụng lượng tái tạo (Solar inverter) 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 18 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Các dạng DC/DC converter DO iS iZ R DC L S UDC uZ E S1 DC D1 R UDC L S1 E iZ DC uZ S4 1/21/2013 R UDC D4 S3 D1 L D3 iZ E uZ S4 D4 S2 D2 PGS.TS Le Minh Phuong 19 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Các thơng số Tần số đóng ngắt f (Hz)  Chu ký đóng ngắt T=1/f  Tỷ số thời gian đóng (duty circle) k=T1/T Độ nhấp nhơ dòng điện cảm IL; Tần số đóng ngắt cực đại fmax; Điều kiện để dòng điện cảm liên tục; Giá trị điện cảm lớn để dòng điện cảm liên tục; Thành phần nhấp nhô điện áp dòng điện tải, THD; Thành phần nhấp nhơ dòng điện nguồn, THD; 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 20 10 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Tải RL: Khi dòng tải liên tục Gs kT wt T1 T T+T1 2T T1 T T+T1 2T T1 T T+T1 2T V0 Vs wt i0   T2    (1 k )T  VS  e    E VS  e    E I2   T    T  R R  R   e 1  R  e      I1 wt I2 iS1 wt T1 T T+T1 2T T1 T T+T1 2T T1 T T+T1 2T T1 T T+T1 2T wt VS1 wt iD  T2   (1 k )T  U DC  e    E U DC  e    E I1      R  R R  T R  T    e 1   e 1  T  T1 Vs dt  VS  (1  k )VS  T T1 T T V0  wt VD IL  -Vs 1/21/2013 (1  k )VS  E R 49 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Bài tập 4.3 Cho biến đổi điện áp chiều dạng tăng áp Tải RLE với R=10 , E=100V, L=0.01(H); Nguồn áp ngõ vào biến đổi có giá trị U=200VDC Bộ biến đổi điều khiển theo phương pháp tần số đóng cắt khố khơng đổi có giá trị f sw = 500Hz Khoá bán dẫn điều khiển với tỷ số đóng g = 0.75 Mạch trạng thái xác lập dòng tải liên tục Vẽ giản đồ áp tải uz tính trị trung bình áp tải ứng với g cho Tính thời gian đóng ngắt khố T1, T2 Tính dòng Izmax, Izmin; Vẽ giản đồ dòng tải iz, Tính trị trung bình dòng tải 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 50 23 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Tải RL: Khi dòng tải gián đoạn V0 _ dis  T  tx t2 Vs  E  (1  D)Vs T T t I  I max  DT  1 E E (1  e  )  (1  e  ) R R I0  V0 _ dis  E R I1  I  t   E     t2   ln 1    e     E  Vs    t   t x  t1  t2   ln e    1/21/2013 t   E         e            E  Vs  56 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Tải RL: Khi dòng tải gián đoạn Tìm tx=t2+t1 I3  I 2e I2  DT  E 1  e  R  t2   t 2 E  Vs RI (1  e  )   t2   ln(1  ) R E  Vs t 1   E   1  e    R  t   E     t2   ln 1    1  e     E  Vs    t   E     t x  t1  t2  t1   ln 1    e     E  Vs    t   1   E t x  t1  t2   ln e 1      E  Vs  1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong t        1  e         57 24 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Bài tập 4.3 Cho biến đổi điện áp chiều dạng tăng áp Tải RLE với R=10 , E=100V, L=0.01(H); Nguồn áp ngõ vào biến đổi có giá trị U=200VDC Bộ biến đổi điều khiển theo phương pháp tần số đóng cắt khố khơng đổi có giá trị f sw = 500Hz Khố bán dẫn điều khiển với tỷ số đóng D = 0.5 Mạch trạng thái xác lập Xác định chế độ làm việc: dòng điện tải liên tục hay gián đoạn Vẽ giản đồ áp tải dòng điện tải uz Tính trị trung bình áp tải dòng điện tải ứng với D cho 1/21/2013 58 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Bơ đảo dòng Kết hợp hai bộ: giảm áp (S1,D4) tăng áp (S4,D1) Dòng điện tải có chiều: từ nguồn đến tải từ tải đến nguồn 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 59 25 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Bô đảo dòng Kết hợp hai bộ: giảm áp (S1,D4) tăng áp (S4,D1) Dòng điện tải có chiều: từ nguồn đến tải từ tải đến nguồn 1/21/2013 60 PGS.TS Le Minh Phuong BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Bơ đảo dòng Dòng điện theo chiều thuận : kE/UDC Khi S1 dẫn (0-kT) v0  VS RiL  L diL  E  Vs  dt iL (t )  I1etR / L  1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong Vs  E  etR / L R   61 26 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Bơ đảo dòng Dòng điện theo chiều thuận : kE/UDC Khi S1 ngắt D4 dẫn (kT-T) v0  Ri z  L i2 (t )  I e 1/21/2013 diz E0 dt  t   t  E (1  e  ) R 62 PGS.TS Le Minh Phuong Gs1 kT Dòng điện theo chiều thuận : BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU kE/U wt T1 T T+T1 2T DC Gs4 wt T1 T T+T1 2T T1 T T+T1 2T iS1 T1 T T+T1 2T T1 T T+T1 2T T1 T T+T1 2T T1 T T+T1 2T T1 T T+T1 2T wt V0 Vs wt I2  i0 I2 I1   T1    kT  Vs  e    E Vs  e    E    T T       R   R R  e  1  R    e 1  wt wt  T1   kT  Vs  e    E Vs  e    E I1     T T     R   R R  e 1  R    e 1  VS1 wt iD4 wt VD4 -Vs 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong 63 27 1/21/2013 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Bô đảo dòng Dòng điện theo chiều ngược : k