Giáo trình hình thành hệ thống cấu tạo của phần tử chuẩn điều khiển bằng điện áp chuẩn Vref p3 pot

Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 21
IV. PUSH - PULL CONVERTER
Mạch Push - Pull như sơ đồ sau:
- Nó gồm 1 biến áp T
1
với nhiều cuộn thứ cấp N
S1
, N
S2
, N
m
và một mạch
điều khiển độ rộng xung bằng điện áp DC. Các ngõ ra điện áp V
S1
,Vs2,
Vm và lấy tín hiệu phản hồi về từ V
m
. Ton được điều chỉnh để ngăn chặn sự
thay đổi tải hay nguồn cung cấp.

Vce(Q )
Ic(Q )
2Vdc
Ic( Q )
Vce(Q )
1
1
2
2

Vs2 =Vdc(Ns2/Np)2Ton/T
Vm=Vdc(Nm1/Np)2Ton/T
Vs1 =Vdc(Ns1/Np)2Ton/T
.
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 22
- Khi transitor dẫn thì điện áp dưới của mỗi nửa cuộn sơ cấp giảm

xuống V
ce(sat)
khoảng 1V. Vì thế khi cả hai transitor dẫn thì điện áp vuông có
giá trò V
dc
- 1
- Điện áp trung bình tại ngõ ra V
m

V
m
=
T
Ton
N
N
V
p
m
dc
2
5,0)1(



















(2-17)
-Khi V
dc
thay đổi thì vòng hồi tiếp âm sẽ điều chỉnh Ton để giữ V
m
không đổi
- Ton, V
m
sẽ được điều chỉnh để ngăn chặn điện áp DC ngõ vào và
dòng tải ngõ ra thay đổi.
- Khi Vm thay đổi thì sẽ xuất hiện tín hiệu ngõ ra ở bộ khuếch đại sai
lệch và T
on
sẽ được thay đổi theo sự thay đổi của V
m

 Điện áp tại ngõ ra của 2 cuộn thứ cấp :
V
S1
=

V
S2
=
T
Ton
N
N
V
p
S
dc
2
5,0)1(
2





















 Mức điện áp trên một vòng :
N
E
= Ae ( dB/dt) x 10
-8

-Ae : là tiết diện lõi sắt ( cm
2
)
-dB : là độ thay đổi từ cảm ( Gauss )
-dB/dt






s
Gauss

-
N
F
là điện áp trên vòng là tỉ lệ theo tần số sóng ngắt.
- Trong thực tế, giá trò điện áp trên vòng trong phạm vi từ 2V tại tần số
đóng ngắt 25KHZ đến 5 hay 6v ở 100KHz.

a. BIẾN ÁP CÔNG SUẤT
 Chọn lõi : Thiết kế biến áp ta phải chọn lõi phù hợp với công
suất ra. Chọn lõi cho công suất ngõ ra của biến áp phụ thuộc vào tần số hoạt
.
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 23
động, mật độ từ cảm ( B
1
và B
2
), tiết diện lõi sắt, tiết diện khung quấn dây
Ab,và mật độ dòng điện trong mỗi cuộn.
 Chọn số vòng dây sơ cấp
-Đònh luật Faraday : E = NAe (dB/dt ) x 10
+8

Với:- E: Điện áp rơi trên lõi cuộn dây( hay cuộn dây biến áp )
-N : Số vòng dây(vòng)
-A
e
: Tiết diện lõi ( cm
2
)
-dB : ( Gauss )
> dB =
NAe
E
dt
8
10.


( Gauss )
- Số vòng dây sơ cấp được xác đònh như sau :
+N
p
: Được tính với điện áp đặt lên cuộn sơ cấp là nhỏ nhất (V
dc
-1)
và thời gian mở là cực đại.
N
p
=
dB
Ae
xTV
dl
.
10)2/8,0)(1(
8
min


(2-18)
Với dB =
xAcN
xTonV
p
dc
8
10))(1(



(2-19)
 Chọn số vòng dây thứ cấp :
-Số vòng dây thứ cấp được chọn từ :
V
m
=


0,5 - ) 1 - (Vdc (V
dc
- 1 )








p
m
N
N
- 0,5]
T
Ton2

V

S1
= [(V
dc
- 1 )








1
2
p
S
N
N

T
Ton2

V
S2
= [(V
dc
- 1 )









1
2
p
S
N
N
T
Ton2

 Tính toán dòng san bằng đỉnh.
-Giả sử hiệu suất 80% ( thường đạt được ở tần số trên 200KHz )
P
0
= 0,8P
in

-Hay P
in
= 1,25P
0
= V
dcmin
.0,8I
pft

-Vậy I
pft
= 1,56
min
0
dc
V
P
(2-20)
.
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 24
 Tính toán dòng điện sơ cấp hiệu dụng và tiết diện dây dẫn :
I
rms =
I
pft
D
= I
pft

4,0

-Với D : hệ số chu kỳ : D = (0,8T/2)/2
-Hay : I
rms
= 0,632 I
pft

Vậy ta có : I

rms
= 0,632
min
0
min
0
986,056,1
dcdc
V
P
V
P


 Tính toán dòng gợn sóng đỉnh thứ cấp và kích cỡ dây :
I
S(rms)
= I
dc
D = I
dc
4,0
= 0,632.I
d c

-Với I
dc
dòng điện ngõ ra.
 Thiết kế bộ lọc ngõ ra.
1) Thiết kế cuộn cảm ngõ ra :

dI = 2I
dcmin
= V
L
.
0
L
Ton
= (V
1
- V
0
)
0
L
Ton

N
0
= V
1
(2Ton/T) thì Ton =
1
0
2V
TV

N
0
= V

1
(2Ton/T ) thì Ton =
1
0
2V
TV






-N
S
sẽ được chọn 0,8172 khi V
dc
, V
1
là nhỏ nhất
min
1
0
22
8,0
V
TV
T
T
on


hay V
1min
= 1,25V
0

dI =
0
00
)2/8,0)(25,1(
L
TVV

= 2I
dcmin

Và L
0
=
min
0
.05,0
dc
I
TV

V1
Vo
Lo
Ns
Ns

D1
D2
Co
.
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 25
Nếu dòng I
dcmin
=
10
1
I
on
Vậy : L
0
=
n
I
TV
0
0
5,0

-Trong đó , L
0
(H)
-V
0
(V)
-T(s)

-I
dcmin
dòng ngõ ra cực tiểu (A)
-I
on
dòng ngõ ra danh đònh (A)
2. Thiết kế tụ ngõ ra.
-Tụ ngõ ra được chọn để đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật điện áp
gợn sóng ngõ ra.
V
r
= R
0
.dI
Với -R
0
: Điện trở trong của tụ C
0

-dI : Dòng điện đỉnh đỉnh cuộn cảm.
-Tích số R
0
.C
0
thay đổi giữa 50 -80 x 10
-6

C
0
=

dIV
x
R
x
r
/
10801080
6
0
6 

C
0
=
r
V
dIc )1080(


* Ưu điểm và nhược điểm :
1) Ưu điểm
- Converter này phân phối năng lượng ra tải qua biến áp. Vì vậy sự
phản hồi điện áp ngõ ra được cấp điện DC với ngõ vào và có nhiều cuộn thứ
cấp biến áp nên có thể có nhiều điện áp đầu ra.
- Khi bộ nguồn cung cấp đã được cải tiến, điều chỉnh các converter
ban đầu để mang lại công suất lớn hơn từ những linh kiện nhỏ hơn. Vì vậy
hiệu suất cho hệ thống phải tăng. Một cách đơn giản để làm điều này là sử
dụng biến áp có đầu nối giữa cuộn dây sơ cấp để lợi dụng cho mỗi nửa chu kỳ
trên và nửa chu kỳ dưới của cuộn sơ cấp.
- Hiệu suất cao ( gần 90%).

2) Nhược điểm.

.
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 26
- Một trong những vấn đề đối với push-pull converter, đó là từ thông
trong hai phần của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp có đầu ra ở giữa có thể trở nên
mất cân bằng và gây ra vấn đề về nhiệt độ.
- Vấn đề thứ hai là mỗi transitor phải khóa gấp đôi mức điện áp so với các
converter khác.

V.FORWARD CONVERTER
1. Lý thuyết cơ bản.
-Bộ đổi điện này thường được sử dụng cho những nguồn có công
suất ngõ ra từ 150-200w khi điện áp ngõ vào DC cực đại ở mức 60V đến
200V.










-Trong mạch converter này chỉ có một transistor và một diode ở phía sơ
cấp. Trong khi mạch push -pull cnverterlà hai transistor.
- Khi Q
1

dẫn, đầu có chấm của cuộn sơ cấp và tất cả các cuộn thứ cấp
trở thành dương so với các đầu dây còn lại không dấu.
- Dòng chảy đến tải khi transistor công suất Q
1
dẫn - nên gọi là
Forward converter. Ổn áp Push-Pull và Buck cũng phân phối dòng đến tải khi
transitor công suất dẫn.
-Trái lại, Boost converter và Flyback lưu trữ năng lượng ở cuộn cảm
hay cuộn sơ của biến áp khi transistor dẫn và phân phối dòng đến tải khi
transistor ngắt
- Khi Q
1
dẫn (T
on
), thì điện áp ở tốt chỉnh lưu ở mức cao trong thời gian
T
on
. Giả sử 1V cho Q
1
và D
2
phân cực thuận V
D2
thì điện áp ở mức cao đó là :
Mạch điều khiển
độ rộng xung
Mạch so
sánh
L1
L2

L3
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
Vref
Vom
Vs1
Vs2
Q1
Vea
Vdc
.
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 27
V
0mr
=
 







Np

Nm
V
dc
1
- V
D2

-Khi Q
1
tắt , dòng lưu trữ trong dây dẫn của T
1
ngược cực với điện áp
trên Np. Tất cả các đầu đầu của sơ và thứ âm so với các đầu còn lại. Thì
Transistor Q
1
sẽ bò đánh thủng nếu không có diode D
1
dẫn trả năng lượng .
- Điện áp ngõ ra DC :
V
om
=
 
T
Ton
V
Np
Nm
V
ddc
















1
(2-21 )

2.Các mối quan hệ thiết kế của điện áp vào , ra , thời gian mở và tỉ
số vòng.
- Điện áp Vom được phản hồi về và được so sánh với điện áp chuẩn
V
ref
, và thay đổi Ton để giữ V
om
= const đối với bất cứ sự thay đổi ở Vdc hay
dòng tải.
- Thời gian Ton cực đại ( Tonmax) sẽ xay ra ở V
dcmin

V
om
=
 
T
T
V
Np
Nm
V
on
ddc
max
min
1


















V
S1
=
 
T
T
V
Np
N
V
on
d
S
dc
max
1
min
1


















V
S2
=
 
T
T
V
Np
N
V
on
d
S
dc
max
2
min
1


















3. Quan hệ giữa dòng điện sơ cấp, công suất ngõ ra, và điện áp ngõ
vào :
- Giả sử hiệu suất của nguồn 80%
P
0
= 0,8P
in

Hay
P
in
= 1,25P
0
= V
dcmin
( 0,4 Ipft) (2.22 )

Hay I

pft
=
min
0
.13,3
dc
V
P


4. Thiết kế biến áp công suất :
.
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 28
a) Lõi biến áp :Việc chọn lõi cho biến áp Forward converter giống
với biến áp Push - Pull vì có cùng thông số. Mật độ từ trường, lõi sắt, tiết diện
điện cảm, tần số, và mật độ dòng của cuộn.
b) Tính toán vòng dây sơ cấp.

N
p
=


dBAe
xTV
dc
.
10)22/8,0(1
8

min


(2-23)

-Với dB = 1.600 Gauss.
-V
dmin
: điện áp DC ngõ vào nhỏ nhất (V)
-T : Khoảng thời gian ngắt dẫn (S)
c) Tính toán vòng dây thứ cấp :

V
om
=
 
T
T
V
Np
Nm
V
on
ddc
max
min
1



















V
S2
=
 
T
T
V
Np
N
V
on
d
S
dc
max

2
min
1


















V
S1
=
 
T
T
V
Np
N

V
on
d
S
dc
max
1
min
1


















d) Tính toán dòng điện gợn sóng sơ cấp :
I
rms(p)

=
4,0
12,3
min
0
dc
V
P


I
rms(p)
=
min
0
79,1
dc
V
P
(2-24)

e) Tính toán kích cỡ dây :
I
rms(sec)
= I
dc
.
4,0

.

Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 29
= 0,632.I
dc
.

f) Bộ lọc ngõ ra :
 Cuộn cảm :

dI = 2I
dcmin
=
1
max0min
)(
L
TVV
ondk



Hay L
1
=
min
max0min
2
)(
dc
ondk

I
TVV 
( 2-25 )

Nhưng V
0
= V
mindk
d
kmin
T
onmax
/T

Với T
onmax
= 0,8T/2

Nên L
1
=
Ion
TV
0
3
(2-26)

Tụ điện ngõ ra :
Như ở phần ( 4 - 2)
Ta có : C

0
= 65 x 10
-6
/R
0

C
0
= 65 x 10
-6
.
r
V
dI
0
(2-27)
VI. SƠ ĐỒ FLYBACK
-Sơ đồ dùng linh kiện ngắt dẫn dòng vào cuộn sơ cấp máy biến áp lõi
ferrite, điện thế tại cuộn thứ cấp được đổi ra điện một chiều bằng diode chỉnh
lưu.
-Tần số đóng ngắt có thể từ 10kHz đến 100KHz



Vo
ĐCX
L1,n1
i
2
i

.
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 30


n i
1 1
1max1
n i
t
0
DT T
22
n i
n i
2 2max
n i
2min2
t
T
DT
0
1min1
n i

-Chu kỳ làm việc gồm hai giai đoạn :
*Giai đoạn 1: O<T<DT
-DCX dẫn V
L1
= V

S
. Do chiều dây quấn n
1
,n
2
không dẫn L
1
tích lũy
năng lượng vào mạch từ ferrit, từ thông trong mạch từ tăng.
i
1
=
1
L
V
S
.t + I
1min

-i
1
tăng từ I
1min
đến I
1max
dòng gia tăng bằng :
I
1max
- I
1min

= .DT (2-28 )
-Điện áp ngược tại D là :V
Dngược
= -









0
1
2
. VV
n
n
S






Vậy ta có :
I
1min
= DT

L
Vs
D
D
n
n
R
V
s
1
2
2
1
2
2)1(


























Vậy điều kiện để có dòng liên tục là :
.