Bài tập lớn Điện tử công suất N3

BÁO CÁO BÀI TẬP MƠN

ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT
--- Nhóm 3 --Mã lớp: 129028

GVHD: TS Vũ Hoàng Phương


Nội dung báo cáo
Phần 1: Đặc tính van bán dẫn, mạch Driver và
mạch Snubber của mosfet
Phần 2: Chỉnh lưu Tiristor 1 pha
Phần 3: Chỉnh lưu Tiristor 3 pha

3


Phần 1: Đặc tính van bán dẫn APT50M50JVR

Yêu cầu cho mosfet APT50M50JVR
1) Thiết kế mạch Driver
2) Thiết kế Mạch Snubber

3) Mô phỏng LTSPICE

4
4


1.1) Thiết kế mạch Driver

• Các bước thiết kế driver
Bước 1. Các thơng số thể hiện khả năng đóng cắt
Bước 2. Xác định điện áp điều khiển Vgs

Bước 3. Tính tốn dịng điện peak cực G
Bước 4. Chọn điện trở cổng

Bước 5. Chọn driver với các thơng số đã tính toán

5


Bước 1. Các thơng số thể hiện khả năng đóng cắt

Các thông số
quan trọng

6


Bước 1. Các thơng số thể hiện khả năng đóng cắt

+) Giá trị các tụ ký sinh

CGD= CRSS

850pF

CGS = CISS – CRSS

15450pF

CDS = COSS – CRSS

1360 pF

7


Bước 2. Xác định điện áp điều khiển Vgs
• Dựa vào datasheet, chọn các giá trị :

+)Vgs = 0/10V,
+) fsw = 100kHz
+) Vds=250V
Từ đồ thị Vgs–Qg,
khi Vgs =10V => Qg = 670 nC
=> Pdrv = VGSmax.QG.fsw
=10*670e - 9*100000
= 0.67(W)
8


Bước 3. Tính tốn dịng điện peak cực G

-Rise/fall time là thời gian để van bán dẫn chuyển từ trạng thái khoá
sang trạng thái dẫn và ngược lại
Dựa vào datasheet, chọn tr = 230 ns, tf =180 ns.



𝑄g
Ion =
= 2.91 A
tr
𝑄g
Ioff =
= 3.72 A
tf

9


Bước 4. Chọn điện trở cổng
• Để tối ưu hiệu suất driver, chọn cấu hình on – off (Rg_on
và Rg_off)

Với Rint = 0.05 Ω
• Tính được các giá trị của Ron và Roff :
=> Ron = 3.39 Ω
Roff = 2.64 Ω
•

10


Bước 4. Chọn điện trở cổng
•

Cơng suất tiêu tán trên Rg :

= 0.68 W

= 0.69 W

11


Bước 5. Chọn driver với các thơng số đã tính tốn
• Chọn được mosfet driver INFINEON IRS21864PBF

IRS21864PBF MOSFET Driver

12


Mơ phỏng bằng phần mềm LTSPICE
• Sơ đồ mạch khi chưa có Snubber

13


Định lượng Tr và Tf

Thiết kế

Mô phỏng

Sai số (%)

Time rise

230ns

11303–11078 = 215 ns

6.97 %

Time fall

180ns

6494 - 6283= 211 ns

14.7 %

=> Nhận xét: Ta thấy Tr và Tf đúng so với thiết kế, sai số nhỏ.
14


Định lượng Ion và Ioff
3.6 A
2.85 A

Đồ thị dòng
điện Ion và Ioff

Lý thuyết

Mô phỏng

Sai số(%)

Ion

2.91 A

2.85 A

3%

Iof

3.72 A

3.6 A

3.5%

=> Nhận xét: Ta thấy dịng điện cực G mở và khóa mosfet đúng so với
thiết kế
15


1.3) Thiết kế mạch Snubber
• Tác dụng của mạch Snubber trợ giúp van:
+) Giảm hoặc triệt tiêu quá áp hoặc quá dòng
+) Hạn chế sự gia tang dòng điện, điện áp
+) Đưa điểm làm việc của van về vùng an toàn
+) Truyền năng lượng phát nhiệt của van sang điện trở ngồi hoặc

theo hướng có lợi

+) Giảm tổn hao cơng suất trong q trình động cắt
+) Giảm phát song vơ tuyến ra xung quanh do dập tắt nhanh các giao
động điện từ

16


1.3) Thiết kế mạch Snubber
• Ở bài này, ta thiết kế mạch snubber loại RCD
• Giá trị điện dung của tụ và điện trở của mạch
được tình theo cơng thức:
( Tham khảo tại
trang 65 sách “Điện
tử cơng suất” thầy
Võ Chính Minh )

• Với Ts là thời gian khóa van, Ton là khoảng thời gian mở van
• Ta có các giá trị Id = 16.5 A, Vds = 250 V , Ts = 300 ns, Ton = 250 ns
 C = 10 nC
 R = 25 Ω

17


Mơ phỏng bằng phần mềm LTSPICE
• Sơ đồ mạch mơ phỏng khi có mạch snubber

18

Định lượng Vds
• Đồ thị điện áp Vds
Khơng có
mạch snubber

Giá trị điện
áp Vds peak
trên van
giảm đáng
kể (90.9%)

360 V

Vds khơng
cịn dao
động
260 V

Có mạch
snubber

19


Định lượng I
• Đồ thị điện áp Id
Khơng có
mạch snubber

Giá trị dịng
điện peek
trên van
giảm đáng
kể (90%)

Ipeak = 2A

Id khơng
cịn dao
động

Có mạch
snubber

Ipeak = 0.2 A
20


Định lượng Vgs
• Đồ thị điện áp Vgs
Khơng có
mạch snubber

Vgs khơng
bị dao
động giúp
van khóa
chắc chắn

Có mạch
snubber

21


Định lượng Tr và Tf sau khi thêm mạch Snubber

Không có snubber

Có snubber

Nhận xét

Tr

230 ns

229 ns

Gần như khơng đổi

Tf

180 ns

337 ns

Mạch snubber làm tăng Tf
22

Kết luận

• Driver có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu điều khiển với biên

độ mong muốn và cách ly mạch lực với mạch điều khiển.
• Có nhiều loại driver khác nhau phù hợp vào từng yêu cầu
thiết kế.
• Thiết kế driver là điều tối quan trọng khi thiết kế một mạch
điện tử cơng suất

• Mạch Snubber trợ giúp van có vai trị vơ cùng quan trọng

23


Phần 2: Chỉnh lưu Tiristor 1 pha
Yêu cầu:
1. Nguyên lý mở các Tiristor cho sơ đồ 1 pha
2. Bài tập sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 1 pha Tiristor hoạt động ở chế độ
chỉnh lưu và nghịch lưu phụ thuộc. Cả 2 chế độ có hiện tượng trùng
dẫn.
3. Mơ phỏng kiểm chứng bằng phần mềm Matlab với phương pháp
xung đơn. So sánh kết quả mơ phỏng và tính tốn lý thuyết.
4. Phân tích phổ dịng điện sơ cấp máy biến áp (i1) và nhận xét.

24
24

2.1) Nguyên lý mở các Tiristor cho sơ đồ 1 pha
• Xét sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha đối xứng
điều khiển hồn tồn

• Sơ đồ trên có hai nhóm van
+) Nhóm Katot chung: V1, V3
+) Nhóm Anot chung: V2, V4
• Xét góc phát xung điều khiển α từ thời
điểm giá trị điện áp U = 0 V

25