CHƢƠNG 3 : BỘ CHUYỂN ĐỔI DC-DC HALF BRIDGE
H nh 3 2 Mạch tăng áp boost
Mạch có cấu tạo nguyên lý đơn giản, cũng dùng một nguồn đóng cắt, dùng cuộn cảm và tụ điện. Điện áp đầu ra phụ thuộc vào điều chế độ rộng xung và giá trị cuộn cảm L. Khi “swtich on” được đóng lại th dòng điện trong cuộn cảm được tăng lên rất nhanh, dòng điện sẽ qua cuộn cảm qua van và xuống đất. Dòng điện không qua diod và tụ điện phóng điện cung cấp cho tải. Ở thời điểm này th tải được cung cấp bởi tụ điện, chiều của dòng điện như h nh vẽ.
Khi “switch off” được mở ra th lức này ở cuối cuộn dây xuất hiện với 1 điện áp bằng điện áp đầu vào. Điện áp đầu vào cùng điện áp cuộn cảm qua dios cấp cho tải và
cấp vào điện áp đầu vào. Chiều của dòng điện được đi như h nh vẽ, điện áp ra tải còn phụ thuộc giá trị điện cảm tích lũy năng lượng và điều khiển độ rộng xung ( điều khiển thời gian on/off). Tần số đóng cắt van là khá cao hàng Khz để triệt nhiễu công suất và tăng công suất ra.
Bộ đảo dấu điện áp BUCK-BOOST
1.8.1.3
H nh 3. 3 Mạch buck-boost
Khi “switch on” được đóng lại th dòng điện trong cuộn cảm được tăng lên rất nhanh, dòng điện sẽ qua cuộn cảm qua van và xuống đất. dòng điện không qua diod và tụ điện phóng điện cung cấp cho tải. Ở thời điểm này th phải được cung cấp bởi tụ điện. Chiều của dòng điện như h nh vẽ.
Khi “switch off” được mở ra tức là ngắt nguồn ra khỏi mạch. Khi đó trong cuộn cảm tích lũy năng lượng từ trường và tụ điện, điện được tích lũy trước đó sẽ phóng qua tải. Cuộn cảm có xu hướng giữ cho dòng điện không đổi và giảm dần. Chiều của dòng điện trong thời điểm này như trên h nh vẽ.
Nhận xét:
Các bộ biến đổi DC-DC không cách ly có ưu điểm là mạch điều khiển đơn giản và giá thành thấp, nhưng không cách ly.
1.8.2Các bộ biến đổi DC-DC có cách ly thƣờng dùng FLYBLACK
1.8.2.1
Mạch có cấu tạo bởi 1 van đóng cắt và 1 biến áp xung. Biến áp dùng để truyền công suất từ đầu vào cho đầu ra. Điện áp đầu ra phụ thuộc vào băm xung PWM và tỉ số truyền của lõi. Như chúng ta đã biết chỉ có dòng điện biến thiên mới tạo được ra từ thông và tạo được ra sức điện động cảm ứng trên các cuộn dây trên biến áp. Do đây là điện áp một chiều nên dòng điện không biến thiên theo thời gian do đó ta phải dùng van đóng cắt liên tục để tạo ra từ thông biến thiên.
sinh ra một điện áp có cực tính dương như h nh vẽ. Điện áp ở sơ cấp phụ thuộc bởi tỷ số giữa cuộn dây sơ cấp và thứ cấp. Lúc này do diode chặn nên tải được cung cấp bởi tụ C.
Khi “Switch Off” được mở ra. Cuộn dây sơ cấp mất điện đột ngột lúc đó bên thứ cấp đảo chiều điện áp qua Diode cung cấp cho tải và đồng thời nạp điện cho tụ. Trong các mô h nh của nguồn xung th nguồn Flyback được sử dụng nhiều nhất bởi tính linh hoạt của nó, cho phép thiết kế được nhiều nguồn đầu ra với 1 nguồn đầu vào duy nhất kể cả đảo chiều cực tính. Các bộ biến đổi kiểu Flyback được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống sử dụng nguồn pin hoặc acqui, có một nguồn điện áp vào duy nhất để cung cấp cho hệ thống cần nhiều cấp điện áp(+5V,+12V,-12V) với hiệu suất chuyển đổi cao.
Tuy nhiên, mạch chuyển đổi flyback có công suất đầu ra thấp chỉ 100w, 200w.
PUSH-PULL
1.8.2.2
Đối với nguồn xung loại Push-Pull này th dùng tới 2 van để đóng cắt biến áp xung và mỗi van dẫn trong 1 nửa chu k . Nguyên tắc cũng gần giống với nguồn flyback.
Khi A được mở B đóng th cuộn dây Np ở phía trên sơ cấp có điện đồng thời cảm ứng sang cuộn dây Ns phía trên ở thứ cấp có điện và điện áp sinh ra có cùng cực tính. Dòng điện bên thứ cấp qua Diode cấp cho tải. Như trên h nh vẽ.
Khi B mở và A đóng th cuộn dây Np ở phía dưới sơ cấp có điện đồng thời cảm ứng sang cuộn dây Ns phía dưới thứ cấp có điện và điện áp này sinh ra cũng cùng cực tính. Như trên h nh vẽ Với việc đóng cắt liên tục hai van này th luôn luôn xuất hiện dòng điện liên tục trên tải. Chính v ưu điểm này mà nguồn Push Pull cho hiệu suất biến đổi là cao nhất và được dùng nhiều trong các bộ nguồn như UPS, Inverter…
Mạch chuyển đổi push pull chỉ điều khiển được điện áp đầu vào thấp, khi tăng điện áp lên cao mạch không có khả năng điều khiển.
FULL-BRIDGE
1.8.2.3
H nh 3. 6 Mạch full-bridge
Mạch chuyển đổi full bridge phải dùng tới 4 van mosfet để đóng ngắt. khi Q4 và Q3 dẫn, dòng điện chạy qua Q4 qua biến áp xung, dòng xoay chiều qua D1 rồi qua bộ lọc LC, qua tải về D2 qua biến áp về Q3 rồi về nguồn. Khi Q1 và Q2 dẫn, dòng điện qua Q1 qua biến áp, dòng xoay chiều qua D4 rồi qua bộ lọc, qua tải về D3 qua biến áp về Q3 rồi về nguồn.
HALF-BRIDGE
1.8.2.4
Trong chu k dương, mosfet 1 dẫn dòng điện chạy qua mosfet 1 qua biến áp chạy qua D3, qua mạch lọc rồi qua tải về máy biến áp rồi qua C2 về nguồn. ở chu k âm, mosfet 2 dẫn dòng điện qua C1 qua biến áp, qua D4 rồi qua mạch lọc và tải trở lại máy biến áp, sau đó qua mosfet 2 về nguồn.
Nhận xét:
Do nguồn vào và nguồn ra có sử dụng biến áp xung nên có ưu điểm là ổn định điện áp đầu ra. Tuy nhiên cũng có nhược điểm là mạch điều khiển phức tạp.
Bộ chuyển đổi DC-DC half-bridge có thể cung cấp điện áp đầu ra cao hơn hoặc thấp hơn điện áp đầu vào và cung cấp sự cách ly. Thiết kế chuyển đổi cầu nửa có thể mang lại công suất đầu ra cao hơn (có khả năng lên đến chục KW) và sử dụng các bộ phận nhỏ hơn và ít tốn kém hơn. Các tụ điện chính được sử dụng để tạo ra điện áp trung điểm không đổi – một nửa điện áp đầu vào trên cuộn dây chính. Điều này có nghĩa là các phần tử chuyển đổi chỉ cần chịu được một nửa điện áp của các bộ chuyển đổi tương đương phải xử lý. Hai phần tử chuyển đổi của bộ chuyển đổi luân phiên qua lại, chuyển đổi điện áp (0,5 V in ) qua cuộn dây chính. Đây là một lợi thế của bộ chuyển đổi nửa cầu v vậy bộ chuyển đổi DC-Dc half bridge được chọn để t m hiểu.
1.9 Thiết kế bộ chuyển đổi DC-DC half-bridge
Bộ chuyển đổi DC-DC half-bridge từ điện áp 48v lên 350v
Bảng3.1 thông số bộ chuyển đổi
Thông số Giá trị
Vin 48V
Vout 350V
Tần số đóng cắt của bộ điều khiển 20000HZ
Công suất máy biến áp 300W
Tần số máy biến áp 100000HZ
Cấu h nh chuyển đổi DC-DC half-bridge