Phương pháp nghiên cứu tính toán và thiết kế bộ nguồn áp xung p4 pptx

Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 31
L
1
=
2
2
2
1
)1(
2
D
n
n
f
R










- Điện áp dợn sóng:
o
V
- Dòng tại tụ điện lọc i
c

được biểu diễn bởi hình trên . Điện lượng nạp
thêm vào tụ điện lọc Q

ở giai đoạn

được phóng vào tải trong giai đoạn
1.
-Chu kỳ sau diện tích S ở phần dưới đường biểu diễn thiên dòng qua tụ ic
Q

= I
o
.DT =







T
fD
Rf
V
o
1
.
o
V
= D

Rfc
V
C
Q
V
o
c



* Chỉ tiêu các linh kiện
- Transistor DCX:
I
DCX max =
 
f
D
Vs
n
n
x
I
o
2411
2
1



- Diode D

I
D trung bình
(av)=I
o

V
D max=
1
2
n
n
VV
sO


*Giai đoạn 2: DT<t<T





-DCX ngưng dẫn từ thông mạch từ giảm , điện áp tại cuộn n
2
đảo cực
tính khiến D dẫn dòng i
L
giúp cho số ampe vòng liên tục, tức thời điểm DT số
ampe vòng n
2
I

2max
= n
1
I
1min
. L
2
đặt vào điện áp V
o
, do đó :
i
2
= -
max2
)( IDTT
L
V
o
o

-Mạch từ phóng thích năng lượng vào phụ tải , i
2
giảm từ I
2max
đến I
2min
,
lượng dòng giảm bằng.
ĐCX
R

C
c
Io
Vs
i
2
i
Vo
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 32
I
2max
-I
2min
=
TD
L
V
o
)1(
2

(2-29)
- Điện áp tại cuộn n
1
=
o
V
n
n

2
1

- Do đó điện áp tại transistor DCX =
- Điện áp ra V
o
:
I
2
2
2
1
121
2
1
,









n
n
LLI
n
n

OTD
n
nV
DT
L
V
os









 )1(
4
2
1
1

(2-30)
- Điều kiện để có dòng liên tục.

 
DIII
av max1min11
2

1

-Công suất vào: P
s
=V
s
.I
1av
=
-Công suất ra : P
o
=
 
2
2
2
1
2
2
1
1
D
D
n
n
V
R
S











-Nếu hiệu suất bằng 1 ta có :
I
1max
+ I
1min
=
2
2
2
1
)D-1(
D
.)
n
n
(
R
Vs
2
(2-31)
*Ưu nhược điểm:
- Cách ly sơ cấp và thứ cấp

- Giảm được dòng qua transistor công suất.
- Tạo được nhiều cấp điện áp ở đầu ra bằng cách quấn nhiều cuộn thứ
cấp .
- Dòng san bằng đỉnh tương đương của transistor khá cao .
I
pft
=
mindc
V
Rot
13
,
3

Với Pot : tổng công suất ngõ ra
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 33
Vì vậy giá thành cho transistor cao
VII - HALF - BRIDGE CONVERTER







Sơ đồ Half-Bridge
- Khi chuyển mạch S, ở phía trên ứng với ngõ vào 220VAC, mạch
cỉnh lưu toàn sóng với 2 tụ lọc C
1

nối tiếp C
2

+ Điện áp đỉnh DC chỉnh lưu khoảng : (1,41x220)-2

308V
- Khi S
1
đóng ứng với ngõ vào 110V mạch hoạt động như mạch nhân
đôi điện áp.
- Nửa chu kỳ đầu tiên A dương so với B, C
1
nạp qua D
1

+ Điện áp đỉnh khoảng (1,41x110)-1

154V
- Nửa chu kỳ sau C
2
nạp qua D
2
+ Điện áp đỉnh khoảng (1,41x110)-1

154V
+ Điện áp tổng trên tụ C
1,
C
2
khoảng 308V

* Giả sử điện áp chỉnh lưu 308V, bỏ qua tụ C
b
.
Một đầu của cuộn sơ cấp được nối với 2 đầu tụ C
1
,C
2
và Q
1,
Q
2
dẫn ở
mỗi nữa chu kỳ.
1/ Quan hệ giữa dòng sơ cấp, công suất ra, điện áp vào
-Giả sử hiệu suất 80%.
Pin = 1,25P
0
.
-Xung dòng đỉnh sơ cấp san bằng tương đương ứng với Vdcmin
I
pft
(half bridge) =
min
.13,3
Vdc
P
o
(2-32)

2/ Chọn cở dây sơ cấp:

Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 34
-Dòng điện gờn sóng sơ cấp
I
rms
= I
pft
TT /8,

I
rms
=
min
.70,2
Vdc
P
o
(2-33)
3/ Chọn cở dây dẫn và số vòng dây thứ cấp:
-Số vòng dây thứ cấp được chọn ở (4.1.) đến (4.3) cho thời gian mở
cực đại T
onmax
= 0,8T/2 và Vdc
min
- 1 được thay bằng
1
2
min

Vdc

Vậy : V
1

2
8,0
5,01
2
1
T
NP
NSVdc




















 (2-34)
V
2
(2-35)
- Dòng hiệu dụng sơ cấp : Irms = Idc
D
=Idc
4,0
ở 500 circularmils
trên dòng hiệu dụng là = 500(0,632)Idc
I
rms
= 316.Idc
-Thiết kế tụ cb ta có :
Cb =
dc
TxI
ptc
8,0
(2-36)
-Với dv : Độ thay đổi áp từ lúc dẫn đến lúc tắt của mỗi transistor.
VII. SƠ ĐỒ CẦU (FULL - BRIDGE)






Sơ đồ Full-Bridge

-Các transistor T
1
và T'
2
cùng dẫn luân phiên với T
2
và T'
1
. Mỗi đôi
dẫn trong thời gian DT trong mỗi chu kỳ làm việc, ta có: 0<D<0,5
V
o
= 2
S
DV
n
n
.
1
2
(2-37)
-Chỉ tiêu các linh kiện .
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 35
-Transistor : T
Tr max
Lf
DVs
ALsf
mVsDD

Im
o
2
.)1(









(2-38)
m =
1`
2
n
n

V
Tr max =
Vs
-Diode D
1,
D
2,
D'
1
,D'

2
:
I
D
trung bình =
2
.).21(
o
ImD

(2-39)
V
Dmax
= V
s
(8.4)
-Diode D
5
và D
6
: I
D5b
= DI
o

V
D5 max
= V
D6max
= 2nV

D
(2mV
D
)
* Kết luận: Trong các loại converter trong đó có Half - Bridge
converter có nhiều ưu điểm như.
- Hiệu suất cao khoảng 90%
- Biến áp không sử dụng đầu ra ở giữa vì vậy loại trừ được sự mất
cân bằng từ thông. Kết quả là loại converter này được dùng để thiết kế các bộ
nguồn với công suất có thể lên đến 1000W
- Điện áp cực đại đặt lên transistor giảm đi một nữa so với trường
hợp của Push - Pull converter. Điều này dẫn đến giá thành transistor va các
thành phần linh kiện liên quan cũng giảm .
Từ những ưu điểm đã nêu ở trên, nên ta chọn thiết kế nguồn ổn áp
xung theo kiểu Half - Bridge converter










Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 36

Chương III
BIẾN ÁP XUNG

I.TỔN HAO LÕI VỚI TẦN SỐ VÀ MẬT ĐỘ TỪ CẢM.
-Hầu hết các biến áp xung sử dụng lõi ferrite.Ferrites là vật liệu gốm
sắt từ .Cấu trúc của nó gồm hổn hợp oxit sắt với Mn, kẽm oxit.Tổn hao dòng
điện xoáy của nó bỏ qua khi điện trở suất rất cao.Tổn hao lõi chủ yếu do tổn
hao từ trể nhưng cũng khá thấp.
-Một số chất liệu được đo đạt sau cho tổn hao lõi là nhỏ ở tần số cao và
nhiệt độ cao.
-Yếu tố chính ảnh hưởng việc chọn lựa chất liệu là đặc tính tổn hao lõi
(thường mW/cm
3
) đối với tần số và mật độ từ cảm.
a-Đường đặc tính từ trể.

Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 37










b-Tổn hao lõi đối với mật độ từ cảm.

c-Tổn hao lõi đối với nhiệt độ

Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 38










II.HÌNH DẠNG LÕI FERRITE
-Lõi ferrite được sản suất với kích cở tương đối nhỏ.
-Hình dạng lõi khác nhau như: Loiõ hình chén, lõi RM, EE, PQ, UU,
UI,EI.
-Lõi hình chén (hình hộp) được sử dụng ở mức công suất thấp hơn
125W
-Các dạng lõi khác nhau của biến áp công suất .

Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 39












Table :Core Losses for Various Core Materials at Various Frequencies and peak Flux Densities at 100
o
C
Fre-
Quency
Material Core loss , mW/cm
3
for various peak flux densities, G
KHZ 1600 1400 1200 1000 800 600
20 Ferroxcube 3C8 85 60 40 25 15
Ferroxcube 3C85 82 25 18 13 10
Ferroxcube 3F3 28 20 12 9 5

Magnetics Inc - R 20 12 7 5 3
Magnetics Inc - p 40 18 13 8 5
TDK - H7C1 60 40 30 20 10
TDK - H7C4 45 29 18 10
Siemens N27 50 24

50 Ferroxcube 3C8 270 190 130 80 47 22
Ferroxcube 3C85 80 65 40 30 18 9
Ferroxcube 3F3 70 50 30 22 12 5
Magnetics Inc - R 75 55 28 20 11 5
Magnetics Inc - P 147 85 57 40 20 9
TDK - H7C1 160 90 60 45 25 20
TDK - H7C4 100 65 40 28 20
Siemens N27 144 96

100 Ferroxcube 3C8 850 600 400 250 140 65
Ferroxcube 3C85 260 160 100 80 48 30
Ferroxcube 3F3 180 120 70 55 30 14
Magnetics Inc - R 250 150 85 70 35 16
Magnetics Inc - P 340 181 136 96 57 23
TDK - H7C1 500 300 200 140 75 35
TDK - H7C4 300 180 100 70 50
Siemens N27 480 200
Siemens N47 190

200 Ferroxcube 3C8 700 400 190
Ferroxcube 3C85 700 500 350 300 180 75
Ferroxcube 3F3 600 360 250 180 85 40
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 40

Magnetics Inc - R 650 450 280 200 100 45
Magnetics Inc - P 850 567 340 227 136 68
TDK - H7C1 1400 900 500 400 200 100
TDK - H7C4 800 500 300 200 100 45
Siemens N27 960 480
Siemens N47 480

500 Ferroxcube 3C85 1800 950 500
Ferroxcube 3F3 1800 1200 900 500 280
Magnetics Inc - R 2200 1300 1100 700 400
Magnetics Inc - P 4500 3200 1800 1100 570
TDK - H7F 100
TDK - H7C4 2800 1800 1200 980 320

1000 Ferroxcube 3C85 200
Ferroxcube 3F3 3500 2500 1200
Magnetics Inc - R 5000 3000 1500
Magnetics Inc - P 6200

Note : data are for bipolar magnetic circuits ( first and third - quadrant operation) . For unipolar (
forward conventer , flyback ), divide by 2 .


Table : Core Type Number for Geometrically interchangeable Cores
Ferroxcube-Philips Magnetics TDK
EE Cores
814E250 41205
813E187 41808 EE19
812E343
812E272

E375 43515
E21 44317
783E608 EE42/42/15
783E776
E625 44721
E55 EE55/55/21
E75 45724
EC Cores
EC35 43517 EC35
EC41 44119 EC41
EC52 45224 EC52
EC70 47035 EC70
ETD Cores
ETD29
ETD34 43434 ETD34
ETD39 43939 ETD39
ETD44 44444 ETD44
ETD49 44949 ETD49
Pot Cores
704 40704 P7/4
905 40905 P9/5
1107 41107 P11/17
1408 41408 P14/8
1811 41811 P14/8
2213 42213 P22/13
2616 42616 P26/16