BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT_CHƯƠNG 5 Bộ biến đổi điện áp một chiều pps

1
Chương 5
BỘ BIẾN ĐỔI
ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU
2
Bộ biến đổi điện áp một chiều
Giới thiệu:
 Còn gọi là bộ chopper
 Ngõ vào: điện áp DC cố định
 Ngõ ra: điện áp DC thay đổi được
 Dùng trong các bộ nguồn đóng ngắt (switching power supply),
trong các ứng dụng điều khiển động cơ DC…
Các dạng mạch khảo sát trong chương này:
 Bộ biến đổi một chiều kiểu giảm áp (Bộ giảm áp)
 Bộ biến đổi một chiều kiểu tăng áp (Bộ tăng áp)
 Bộ biến đổi một chiều kép
- Kiểu đảo dòng,
- Kiểu đảo áp,
- Dạng tổng quát
3
Bộ biến đổi điện áp một chiều
Ví dụ ứng dụng: sơ đồ khối bộ ổn áp DC dùng bộ biến đổi điện áp một chiều
4
Điều khiển bộ biến đổi điện áp một chiều
U
U
t
u
t
U
U

t
T
T
1
T
2
Nguyên lý hoạt động của một bộ biến đổi điện áp một chiều
5
Điều khiển bộ biến đổi điện áp một chiều
6
Bộ giảm áp
7
Bộ giảm áp
Chế độ dòng liên tục:
 Điện áp ra u
t
có dạng xung
 Giá trị trung bình của điện áp ngõ ra:
1 2 1
0
0
1
.
T
t t
UT T T
U u dt U U
T T T



   

1
T
T


: duty ratio (tỉ số điều chế)
1
0 1 0
t
T
U U
T

     
 Dòng trung bình ngõ ra:
R
E
U
I
t
t


8
Bộ giảm áp
Chế độ dòng gián đoạn:
 Tính thời gian S dẫn qua công thức:




















11e
E
U
ln.t
1
T
2
,
R
L



 Điện áp trung bình ngõ ra:
)
T
t
1.(E.U
T
t
T
.E
T
T
.UU
221
t



9
Bộ giảm áp
Góc phần tư làm việc
10
Bộ tăng áp
11
Bộ tăng áp
 Điện áp ra u
t
có dạng xung
 Giá trị trung bình của điện áp ngõ ra:
1 2 2
0

01
. (1 )
T
t t
T UT T
U u dt U U
T T T


    

1
T
T


: duty ratio (tỉ số điều chế)
 Nếu xem:
- U
t
là điện áp phía nguồn cấp năng lượng (E)
- U là điện áp phía tải nhận năng lượng
Ta có:
t
t
U
1
U
U 



12
Bộ tăng áp
Ví dụ ứng dụng bộ tăng áp để có điện áp cao U
o
từ nguồn U
s
có điện áp thấp
(Giả thiết tụ C đủ lớn để áp ra U
o
có thể coi là liên tục và phẳng)
1
s
o
U
U



13
Bộ biến đổi kép dạng đảo dòng
14
Bộ biến đổi kép dạng đảo dòng
0
0.5
1
1.5
0
0.5
1

1.5
0
100
200
300
0
10
20
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 10
-3
0
10
20
Đáp ứng của hệ thống
Chopper lớp C + động cơ DC kích từ độc lập
(L
ư
= 10mH, R
ư
= 0.25 , f
sw
= 1000Hz
=
0
47
V
=
240
V

E
=
110
V
)
Time (s)
S
1
S
4
u
t
i
t
i
S
1
, S
4
: dạng xung kích, u
t
: điện áp ngõ ra, i
t
: dòng ngõ ra, i: dòng nguồn
15
Bộ biến đổi kép dạng đảo dòng
Đáp ứng của hệ thống
Chopper lớp C + động cơ DC kích từ độc lập
(L
ư

= 10mH, R
ư
= 0.25 , f
sw
= 1000Hz
= 0.44, V = 240V, E = 110V)
I
<
0
Time (s)
0
0.5
1
1.5
0
0.5
1
1.5
0
100
200
300
-20
-10
0
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 10
-3
-20
-10

0
S
1
S
4
u
t
i
t
i
S
1
, S
4
: dạng xung kích, u
t
: điện áp ngõ ra, i
t
: dòng ngõ ra, i: dòng nguồn
16
Bộ biến đổi kép dạng đảo dòng
0
0.5
1
1.5
0
0.5
1
1.5
0

100
200
300
-50
0
50
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
-50
0
50
S
1
S
4
u
t
i
t
i
S
1
, S
4
: dạng xung kích, u
t
: điện áp ngõ ra, i
t
: dòng ngõ ra, i: dòng nguồn
17
Bộ biến đổi kép dạng đảo dòng

- Điện áp ra thay đổi giữa +U và 0  luôn luôn >0.
- Dòng tải có thể đổi chiều
- Luôn hoạt động ở chế độ dòng liên tục
Điện áp trung bình ngõ ra:
 .U
T
T
.UU
1
t
; T
1
: thời gian S
1
dẫn, T: chu kỳ đóng ngắt
18
Bộ biến đổi kép dạng đảo áp
Tính liên tục hoặc gián đoạn của dòng tải phụ thuộc vào
thông số tải (R, L, E) và tỉ số điều chế.
Dòng tải chỉ chạy theo một chiều, áp trên tải có thể đổi chiều.
19
Bộ biến đổi kép dạng đảo áp
Giản đồ kích 1:
- S
1
đóng cắt trong mỗi chu kỳ,
1
T T



(T
1
: thời gian đóng khóa S
1
),
- S
2
: dẫn liên tục, điện áp trung bình ngõ ra:
1
t
T
U U U
T

 
 Tải nhận năng lượng từ nguồn
- S
2
: tắt liên tục, điện áp trung bình ngõ ra:
1
( )
(1 )
t
T T
U U U
T


    
 Tải trả năng lượng về nguồn

20
Bộ biến đổi kép dạng đảo áp
Giản đồ kích 2:
- S
1
, S
2
cùng dẫn trong khoảng T
1
và tắt trong khoảng T-T
1
,
- Điện áp trung bình ngõ ra:
1
2
( 1) (2 1)
t
T
U U U
T

   
21
Bộ biến đổi kép dạng tổng quát
22
Bộ biến đổi kép dạng tổng quát
Giản đồ kích 1:
- Kích từng cặp: (S
1
, S

2
) và (S
3
, S
4
)
- S
1
và S
4
) kích ngược pha nhau,
- (S
2
và S
3
) kích ngược pha nhau,
- Dòng ngõ ra có thể chạy theo cả hai chiều
- Điện áp ngõ ra biến thiên giữa –U và U
- Giá trị trung bình điện áp ngõ ra (ở chế độ dòng liên tục):
1
2.
( 1) (2 1)
t
T
U U U
T

   
23
Bộ biến đổi kép dạng tổng quát

Giản đồ kích 2:
Để điện áp ra >0:
- S
1
= ON, S
2
= OFF,
- S
2
, S
3
đóng cắt ngược pha nhau
- Giá trị trung bình điện áp ngõ ra (ở chế độ dòng liên tục):
1
t
T
U U U
T

 
; với T
1
: thời gian S
2
dẫn
Để điện áp ra <0
, giản đồ xung kích lúc này ra sao?
24
Mạch lọc cho bộ biến đổi điện áp một chiều
25

Mạch lọc cho bộ biến đổi điện áp một chiều
M
ạch lọc ngõ vào:
Giả thiết bộ biến đổi được điều khiển theo phương pháp
tần số đóng ngắt khơng đổi (T = const),
Tụ lọc C
f
chọn theo:
max
max
4
t
f
c
I
C
f U


hay
max max
max
t t
f
c
I L i
C
U U




Trong đó:

1
f T

 L là cảm kháng mạch tải (L=L
ph
+L
t
)
 i
max
là độ nhấp nhô lớn nhất cho phép của dòng điện tải.
 I
tmax
là dòng tải cực đại,

max
c
U

là nhấp nhơ điện áp cho phép lớn nhất trên C
f