Bài giảng Điện tử công suất 1 - Chương 1: Bộ nguồn một chiều chế độ xung - Phan Quốc Dũng
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Điện tử công suất 1 - Chương 1: Bộ nguồn một chiều chế độ xung - Phan Quốc Dũng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Tài liệu đính kèm:
bai_giang_dien_tu_cong_suat_1_chuong_1_bo_nguon_mot_chieu_ch.pdf
Nội dung text: Bài giảng Điện tử công suất 1 - Chương 1: Bộ nguồn một chiều chế độ xung - Phan Quốc Dũng
- CHệễNG 1 BOÄ NGUOÀN MOÄT CHIEÀU CHEÁ ẹOÄ XUNG
- BBỘỘ BiBi ẾẾỔĐN ỔĐI DC/DC TUY ẾẾN TÍNH C ƠƠ BBẢẢNN - Điều khi ển điện ỏp ngừ ra V0 b ằng cỏch điều khi ển dũng IB - Khuy ết điểm : T ổn hao cụng su ất trờn BJT = VCE IL
- BBỘỘ BiBi ẾẾỔĐN ỔĐI DC/DC C ƠƠ BBẢẢNỘĐ CH Ế ỘĐXUNG Ế - Nguyờn lý làm vi ệc : điều khi ển đúng c ắt khúa D = t ON /T - Ưu điểm : Hi ệu su ất cao - Khuy ết : Độ nh ấp nhụ điện ỏp
- BBỘỘ BiBi ẾẾỔĐN ỔĐI DC/DC D ẠẠNG BUCK Sơ đồ nguyờn lý b ộ Buck
- conversion/solar-inverter/micro-converter-system/
- BBỘỘ BiBi ẾẾỔĐN ỔĐI DC/DC D ẠẠNG BUCK Cỏc đặ c điểm khi mạch ở tr ạng thỏi xỏc l ập : 1. Dũng qua cu ộn L tu ần hoàn v ới chu k ỳ T 2. Điện ỏp trung bỡnh trờn cu ộn khỏng b ằng 0 3. Dũng trung bỡnh qua t ụ điện b ằng 0 4. Cụng su ất ngừ ra b ằng cụng su ất ngừ vào
- BBỘỘ BiBi ẾẾỔĐN ỔĐI DC/DC D ẠẠNG BUCK Cỏc gi ả thi ết : 1. Mạch vận hành ở xỏc lập 2. Dũng qua cu ộn khỏng liờn tục (luụn dươ ng) 3. Tụ điện rất lớn, điện ỏp ngừ ra khụng đổ i và cú giỏ tr ị V0 4. Chu kỳ đúng cắt T, th ời gian đúng : DT, ng ắt : (1-D)T
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCK ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC 1. Khi khúa S đúng : di v = V −V = L L L s 0 dt − di L = Vs V0 dt L V −V ∆i = s 0 DT L(ON ) L Tr ạng thỏi mạch – Sơ đồ t ươ ng đươ ng Cỏc ph ươ ng trỡnh ỏp & dũng
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCK ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC 2. Khi khúa S ng ắt : Diode D d ẫn di v = −V = L L L 0 dt − di L = V0 dt L −V ∆i = 0 ⋅()1− D T Tr ạng thỏi mạch – Sơ đồ t ươ ng đươ ng L(OFF ) L Cỏc ph ươ ng trỡnh ỏp & dũng
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCK ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC Gi ản đồ ỏp và dũng b ộ bi ến đổ i Buck (a) Áp trờn cu ộn L (b) Dũng qua cu ộn L (c) Dũng qua t ụ C
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCK ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC Sự bi ến thiờn dũng i L khi khúa đúng và ng ắt là nh ư nhau ⇒ quan h ệ gi ữa ỏp ngừ vào và ngừ ra ∆ + ∆ = iL(ON ) iL(OFF ) 0 V −V V s 0 ⋅ DT − 0 ⋅()1− D T = 0 L L ⇒ = ⋅ V0 Vs D
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCK ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC Tớnh túan giỏ tr ị dũng ∆ = + iL = V0 + 1 V0 ()− qua cu ộn L : I max I L 1 D T 2 R 2 L ()− = 1 + 1 D V0 R 2Lf ∆ = − iL = V0 − 1 V0 ()− I min I L 1 D T 2 R 2 L 1 ()1− D = V − 0 R 2Lf
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCK ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC Giỏ tr ị L min để dũng I L liờn t ục : iLmin = 0 (1− D)R L = min 2 f
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCK ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC Độ nh ấp nhụ ỏp t ụ C khi giỏ tr ị t ụ gi ới h ạn : = − iC iL iR = Q CV 0 ∆ = ∆ Q C V0 ∆Q ∆V = 0 C
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCK ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC Độ nh ấp nhụ ỏp t ụ C khi giỏ tr ị t ụ gi ới h ạn : 1 T ∆i T ⋅ ∆i ∆Q = L = L 2 2 2 8 ∆ − V0 = 1 D ⋅ 2 V0 8LC f
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCK ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC Bài t ập : B ộ bi ến đổ i DC-DC d ạng Buck cú cỏc thụng s ố nh ư sau: Vs= 50V; D=0.4; L= 400 àH; C=100 àF; f=20kHz; R=20 Ω. Gi ả thi ết cỏc linh ki ện lý t ưở ng, hóy tớnh : 1. Điện ỏp ngừ ra V0 và cụng su ất t ải 2. Tớnh giỏ tr ị dũng qua cu ộn c ảm nh ỏ nh ất và l ớn nh ất. Tỡm điều ki ện đố i v ới L để dũng qua L liờn t ục ∆ 3. Độ nh ấp nhụ điện ỏp t ụ V0/V0 4. Vẽ gi ản đồ dũng qua cu ộn L và t ụ C
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCK ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC Đỏp : • 20V , 20W • 1.75A, 0.25A .Tớnh Lmin • 0.469%
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCK ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCK ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC Bài t ập thi ết k ế: Thi ết k ế b ộ bi ến đổ i DC-DC d ạng Buck cung c ấp điện ỏp ngừ ra cú giỏ tr ị 18V c ấp cho t ải R = 10 Ω. Nếu điện ỏp ngừ vào Vs=48V. Độ nh ấp nhụ điện ỏp ngừ ra khụng đượ c v ượ t quỏ 5%. Thi ết k ế sao cho dũng qua cu ộn khỏng liờn t ục. Ch ọn t ần s ố làm vi ệc là 40kHz. 1. Tớnh t ỷ s ố đúng khúa D ≥ 2. Tớnh toỏn giỏ tr ị L, ch ọn L 1.25 L min 3. Tớnh toỏn giỏ tr ị C
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCK ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC • D = 0.375 • Lmin = 78uH, ch ọn L = 1.25Lmin • Cmin = 100uF
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BOOST
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BOOST
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BOOST ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC Ứng d ụng : - Xe điện hybrid – gi ảm s ố l ượ ng acquy - Đốn LED (3.3V) dựng b ộ boost để c ấp ngu ồn t ừ pin 1.5V
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BOOST ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC Cỏc gi ả thi ết : 1. Mạch v ận hành ở xỏc l ập 2. Dũng qua cu ộn khỏng liờn t ục (luụn d ươ ng) 3. Tụ điện r ất l ớn, điện ỏp ngừ ra khụng đổ i và cú giỏ tr ị V0 4. Chu k ỳ đúng c ắt T, th ời gian đúng : DT, ng ắt : (1-D)T
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BOOST ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC Khi khúa đúng : di v = V = L L L s dt di L = Vs dt L V DT ∆i = s L(ON ) L Tr ạng thỏi mạch – Sơ đồ t ươ ng đươ ng Cỏc ph ươ ng trỡnh ỏp & dũng
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BOOST ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC Khi khúa ng ắt : di v = V −V = L L L s 0 dt − di L = Vs V0 dt L (V −V )(1− D )T ∆i = s 0 L(OFF ) L Tr ạng thỏi mạch – Sơ đồ t ươ ng đươ ng Cỏc ph ươ ng trỡnh ỏp & dũng
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BOOST ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC Cỏc gi ản đồ ỏp và dũng cu ộn c ảm, t ụ điện
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BOOST ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC Thi ết l ập mối quan h ệ gi ữa Vo và Vs ?
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BOOST ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC Thi ết l ập mối quan h ệ gi ữa Vo và Vs ? Sự bi ến thiờn dũng i L khi khúa đúng và ng ắt là nh ư nhau ⇒ quan h ệ gi ữa ỏp ngừ vào và ngừ ra ∆ + ∆ = iL(ON ) iL(OFF ) 0 V DT ()V −V s − s 0 ⋅()1− D T = 0 L L V ⇒ V = s 0 1− D
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BOOST ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC Tớnh toỏn dũng trung bỡnh qua cu ộn L : I L ?
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BOOST ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC Tớnh toỏn dũng trung bỡnh qua cu ộn L : I L ? V 2 P = P ; Po = o in o R = = Pin Vs I s Vs I L V 2 s V 2 1− D V 2 V I = o = = s s L R R ()1− D 2 R V ⇒ I = s L ()1− D 2 R
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BOOST ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC Điều ki ện để dũng qua L liờn t ục : Imin ≥ 0 ⇔ Lmin = ???
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BOOST ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC Điều ki ện để dũng qua L liờn t ục : Imin = 0 ⇔ D(1− D)2 R L = min 2 f
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BOOST ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC Tớnh toỏn độ nh ấp nhụ điện ỏp t ải : ∆ V0/V0 = ??
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BOOST ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC Tớnh toỏn độ nh ấp nhụ điện ỏp t ải : ∆ V0/V0 = ?? ∆ = ⋅ ∆ Q C V0 V ∆Q = I DT = 0 DT 0 R ∆ V0 = D V0 RCf
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BOOST ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC Bài t ập : Thi ết k ế b ộ bi ến đổ i boost v ới điện ỏp ra là 30V. Điện ỏp ngừ vào là 12V. Thi ết k ế sao cho dũng qua cu ộn khỏng liờn t ục và độ nh ấp nhụ điện ỏp th ấp h ơn 1%. T ải R = 50 Ω. T ần s ố đúng c ắt cú th ể ch ọn 25kHz.
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BOOST ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC Bài t ập 1 : Thi ết k ế b ộ bi ến đổ i boost v ới điện ỏp ra là 30V. Điện ỏp ngừ vào là 12V. Thi ết k ế sao cho dũng qua cu ộn khỏng liờn t ục và độ nh ấp nhụ điện ỏp th ấp h ơn 1%. T ải R = 50 Ω. T ần s ố đúng c ắt cú th ể ch ọn 25kHz. Gi ải : D = 0.6 Lmin = 96uH => L = 120uH C > 48uF
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BOOST ––CHEÁCHEÁ ẹOÄ DOỉNG LIEÂN TUẽC Bài t ập 2 :B ộ bi ến đổ i Boost v ận hành v ới Transistor cú ton=50us nh ằm chuy ển đổ i điện ngừ vào 50V thành 75V ngừ ra. Cu ộn khỏng cú giỏ tr ị 250uH và t ải R=2.5Ohm. 1. Tớnh t ần s ố đúng c ắt, gi ả thi ết dũng cu ộn khỏng liờn t ục 2. Tớnh tr ị trung bỡnh dũng ngừ vào và ngừ ra 3. Vẽ dũng cu ộn khỏng, ch ỉ giỏ tr ị dũng min, max 4. Tớnh tr ị RMS dũng t ụ
- Đỏp s ố: 1. 6.6kHz 2. 45A, 30A 3. Imax=50A, Imin=40A 4. 21.3A
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCKBUCK BOOSTBOOST Sơ đồ nguyờn lý b ộ Buck- Boost Điện ỏp ngừ ra cú th ể điều khi ển cao h ơn hay th ấp h ơn điện ỏp ngừ vào
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCKBUCK BOOSTBOOST Gi ả thi ết: 1. Mạch vận hành ở xỏc lập 2. Dũng qua cu ộn khỏng L liờn tục 3. Tụ điện đủ lớn => ỏp ngừ ra khụng đổ i 4. Th ời gian đúng khúa : DT, ng ắt : (1-D).T 5. Cỏc linh ki ện lý tưở ng
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCKBUCK BOOSTBOOST Khi khúa đúng : di v = V = L L L s dt di L = Vs dt L V DT ∆i = s L(ON ) L Tr ạng thỏi mạch – Sơ đồ t ươ ng đươ ng Cỏc ph ươ ng trỡnh ỏp & dũng
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCKBUCK BOOSTBOOST Khi khúa ng ắt : di v =V = L L L 0 dt di L = V0 dt L V ()1− D T ∆i = 0 L(OFF ) L Tr ạng thỏi mạch – Sơ đồ t ươ ng đươ ng Cỏc ph ươ ng trỡnh ỏp & dũng
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCKBUCK BOOSTBOOST Thi ết l ập mối quan h ệ gi ữa Vo và Vs ?
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCKBUCK BOOSTBOOST Thi ết l ập mối quan h ệ gi ữa Vo và Vs : ∆ + ∆ = iL(ON ) iL(OFF ) 0 V DT V (1− D)T s + 0 = 0 L L D ⇒ V = − ⋅V 0 1− D s
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCKBUCK BOOSTBOOST Gi ản đồ ỏp và dũng cu ộn c ảm
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCKBUCK BOOSTBOOST Gi ản đồ dũng diode và dũng t ụ điện
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCKBUCK BOOSTBOOST Tớnh toỏn dũng trung bỡnh qua cu ộn L : I L ?
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCKBUCK BOOSTBOOST Tớnh toỏn dũng trung bỡnh qua cu ộn L : I L ? V 2 P = P ; Po = o in o R = = Pin Vs I s Vs I L D V 2 V I D = o s L R V 2 V D ⇒ I = o = s L ()− 2 RVs D R 1 D
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCKBUCK BOOSTBOOST Điều ki ện để dũng qua L liờn t ục : Imin ≥ 0 ⇔ Lmin = ???
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCKBUCK BOOSTBOOST Điều ki ện để dũng qua L liờn t ục : Imin = 0 ⇔ (1− D)2 R L = min 2 f
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCKBUCK BOOSTBOOST Tớnh toỏn độ nh ấp nhụ điện ỏp t ải : ∆ V0/V0 = ??
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCKBUCK BOOSTBOOST Tớnh toỏn độ nh ấp nhụ điện ỏp t ải : ∆ V0/V0 = ?? ∆ = ⋅ ∆ Q C V0 V ∆Q = I DT = 0 DT 0 R ∆ V0 = D V0 RCf
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCKBUCK BOOSTBOOST Bài t ập 1 : Thụng s ố b ộ bi ến đổ i Buck- Boost: Vi= 24V ; D = 0.4, R = 5 Ohm, L = 100uH, C = 400uF, f = 20kHz Hóy xỏc đị nh : 1. Điện ỏp ngừ ra Vo 2. Vẽ gi ản đồ dũng qua cu ộn c ảm 3. Độ nh ấp nhụ điện ỏp
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCKBUCK BOOSTBOOST Bài t ập 1 : Thụng s ố b ộ bi ến đổ i Buck- Boost: Vi= 24V ; D = 0.4, R = 5 Ohm, L = 100uH, C = 400uF, f = 20kHz Hóy xỏc đị nh : 1. -16V 2. IL = 5.33 A; ILmax = 7.73A; ILmin = 2.93A 3. 1%
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI BUCKBUCK BOOSTBOOST Bài t ập 2: Thi ết k ế b ộ bi ến đổ i Buck- Boost cung c ấp cho t ải 75W điện ỏp 50V với điện ỏp ngu ồn là 40V. Độ nh ấp nhụ điện ỏp khụng l ớn h ơn 1%.
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI C’UK Sơ đồ nguyờn lý b ộ bi ến đổ i Cuk
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI C’UK Đặ c điểm: -Điện ỏp ngừ ra cú th ể điều khi ển cao h ơn hay th ấp h ơn điện ỏp ngừ vào - Điện ỏp ngừ ra đảo d ấu
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI C’UK Gia ̉ thi ết : 1. Hai cu ộn khỏng cú giỏ tr ị lớn =>dũng qua chỳng khụng đổi 2. Hai t ụ điện đủ lớn => ỏp trờn tụ khụng đổ i 3. Mạch v ận hành ở xỏc l ập 4. Th ời gian đúng khúa : DT, ng ắt : ( 1-D).T 5. Cỏc linh ki ện lý tưở ng = − VC1 Vs V0
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI C’UK Khi khúa đúng : = − iC1(ON ) I L2 Cỏc ph ươ ng trỡnh ỏp & dũng Tr ạng thỏi mạch – Sơ đồ t ươ ng đươ ng
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI C’UK Khi khúa ng ắt : = iC1(OFF ) I L1 Cỏc ph ươ ng trỡnh ỏp & dũng Tr ạng thỏi mạch – Sơ đồ t ươ ng đươ ng
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI C’UK Quan h ệ điện ỏp V0 và Vs ?
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI C’UK Quan h ệ điện ỏp V0 và Vs : −V I = V I 0 L2 s L1 Do dũng trung bỡnh qua t ụ C1 b ằng 0, suy ra : + ( − ) = iC (1 ON ) DT iC (1 OFF ) 1 D T 0 ⇒ −I DT + I ()1− D T = 0 L2 L1 I D ⇒ L1 = − I L2 1 D
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI C’UK Thay vào trờn, suy ra : V D 0 = − − Vs 1 D
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI C’UK Độ nh ấp nhụ ỏp t ụ C 2 suy ra t ươ ng t ự b ộ Buck ∆ − V0 = 1 D ⋅ 2 V0 8L2C 2 f
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI C’UK Độ nh ấp nhụ ỏp t ụ C 1 suy ra khi khúa ng ắt: 1 T ∆V = I dt C1 ∫ L1 C1 DT
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI C’UK Độ nh ấp nhụ dũng qua cu ộn khỏng suy ra khi khúa đúng: di v = V = L L1 L1 s 1 dt ⇒ ∆i L1 di v = V = L L2 L2 s 2 dt ⇒ ∆i L2
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI C’UK Bài t ập: Thi ết k ế b ộ bi ến đổ i Cuk v ới điện ỏp ra là -18V. Điện ỏp ngừ vào là 12V. Thi ết k ế sao cho độ nh ấp nhụ dũng qua cỏc cu ộn khỏng khụng vượ t quỏ 10% dũng trung bỡnh, độ nh ấp nhụ điện ỏp ngừ ra th ấp h ơn 1% và độ nh ấp nhụ điện ỏp trờn t ụ C khụng v ượ t quỏ 5%. Cụng su ất tải là 40W. T ần s ố đúng c ắt cú th ể ch ọn 50kHz.
- BOÄ BIEÁN ẹOÅI C’UK Bài t ập: Thi ết k ế b ộ bi ến đổ i Cuk v ới điện ỏp ra là -18V. Điện ỏp ngừ vào là 12V. Thi ết k ế sao cho độ nh ấp nhụ dũng qua cỏc cu ộn khỏng khụng vượ t quỏ 10% dũng trung bỡnh, độ nh ấp nhụ điện ỏp ngừ ra th ấp h ơn 1% và độ nh ấp nhụ điện ỏp trờn t ụ C khụng v ượ t quỏ 5%. Cụng su ất tải là 40W. T ần s ố đúng c ắt cú th ể ch ọn 50kHz. Gi ải : D = 0.6 L2 ≥ 649uH ; L1 ≥ 432uH Co ≥ 3.08uF ; C ≥ 17.8uF



