Bài giảng : điện tử công suất - Chương 4

Chương 3

BỘ BIẾN ĐỔI
ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU

1


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
2


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

Nguồn
xoay chiều

Chỉnh
lưu

Điện áp dc
(không ổn định)

Tụ lọc

Điện áp dc
(không ổn định)

Bộ biến đổi
điện áp DC

Điện áp dc
(ổn định)

Tải

Nguồn
acquy

3


Điều khiển bộ biến đổi điện áp một chiều
ut

U

Ut

U
Ut

T1

T2
T

Nguyên lý hoạt động của một bộ biến đổi điện áp một chiều

4


Điều khiển bộ biến đổi điện áp một chiều
Ut* (t/h đặt)

uđk

Ut (t/h
hồi tiếp)

Bộ so sánh

Tín hiệu
điều khiển
khóa bán
dẫn

vustp

(sóng răng cưa)
a. Ngun lý mạch tạo tín hiệu PWM

vustp
(sóng răng cưa)
uđk
Up

uđk > up
Tín hiệu
điều khiển
khóa bán
dẫn
T1
T2

uđk < up

T

b. Dạng sóng ngõ vào và ngõ ra của bộ so sánh

Nguyên lý mạch điều rộng xung (PWM)

5


Bộ giảm áp

6


Bộ giảm áp
Chế độ dòng liên tục:
 Điện áp ra ut có dạng xung
 Giá trị trung bình của điện áp ngõ ra:
T
1
UT  0T2
T
U t  ut .dt  1
U 1 U 
T 0
T
T
T
  1 : duty ratio (tỉ số điều chế)
T
T1
0   1 
0 U t U
T
 Dịng trung bình ngõ ra:
It 

Ut  E
R

7


Bộ giảm áp
Chế độ dịng gián đoạn:
 Tính thời gian S dẫn qua công thức:
t2

U
 . ln 
 E


 T1

 e   1   1 ,   L


R




 Điện áp trung bình ngõ ra:
Ut  U .

T1
T  t2
t
 E.

U .  E .(1  2 )
T
T
T

8


Bộ giảm áp
Góc phần tư làm việc

9


Bộ tăng áp

10


Bộ tăng áp
 Điện áp ra ut có dạng xung
 Giá trị trung bình của điện áp ngõ ra:
T

0T  UT2
T
1
U t  ut .dt  1
U 2 U (1  )
T 0

T
T
T1
: duty ratio (tỉ số điều chế)
T
 Nếu xem:
- Ut là điện áp phía nguồn cấp năng lượng (E)
- U là điện áp phía tải nhận năng lượng



Ta có: U 

Ut
 Ut
1 

11


Bộ tăng áp

D

Us

Uo
S

Ví dụ ứng dụng bộ tăng áp để có điện áp cao Uo từ nguồn Us có điện áp thấp

(Giả thiết tụ C đủ lớn để áp ra Uo có thể coi là liên tục và phẳng)
U
Uo  s
1 
12


Bộ biến đổi kép dạng đảo dòng

13


Bộ biến đổi kép dạng đảo dòng
S1

S4

ut

it

1.5
1
0.5
0
1.5
1
0.5
0
300

200
100
0
20
10
0
20

i

10
0
0

0.5

1

1.5

2

Time (s)

2.5

3

3.5

4

-3

x 10

Đáp ứng của hệ thống
Chopper
lớpáp
C +ngõ
độngra,
cơitDC
kích từ
độcra,
lậpi: dịng nguồn
S1, S4: dạng xung kích,
ut: điện
: dịng
ngõ
(Lư = 10mH, Rư = 0.25 W, fsw = 1000Hz

14


Bộ biến đổi kép dạng đảo dòng
S1

S4

ut

1.5
1
0.5
0
1.5
1
0.5
0
300
200
100
0
0

it -10

i

-20
0
-10
-20
0

0.5

1

1.5

2

Time (s)

2.5

3

3.5

4

-3

x 10

Đáp ứng của hệ thống
lớp C + động cơ DC kích từ độc lập
S1, S4: dạng xung kích, uChopper
t: điện áp ngõ ra, it: dòng ngõ ra, i: dòng nguồn
(Lư = 10mH, Rư = 0.25 W, fsw = 1000Hz
 = 0.44, V = 240V, E = 110V)

15


Bộ biến đổi kép dạng đảo dòng
1.5
1

S1
0.5
0
1.5
1
S4
0.5
0
300
200
ut
100
0
50

it

0
-50
50

i

0
-50
0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

Time (s)

0.03

0.035

0.04

Đáp ứng của hệ thống
lớp C + động cơ DC kích từ độc lập
S1, S4: dạng xung kích, uChopper
t: điện áp ngõ ra, it: dòng ngõ ra, i: dòng nguồn
(Lư = 10mH, Rư = 0.25 W, fsw = 100Hz
 = 0.44, V = 240V, E = 110V)

16


Bộ biến đổi kép dạng đảo dòng

-

Điện áp ra thay đổi giữa +U và 0  ln ln >0.

Dịng tải có thể đổi chiều
Ln hoạt động ở chế độ dịng liên tục

Điện áp trung bình ngõ ra:
U t U .

T1
U . ;
T

T1: thời gian S1 dẫn, T: chu kỳ đóng ngắt
17


Bộ biến đổi kép dạng đảo áp

Tính liên tục hoặc gián đoạn của dịng tải phụ thuộc vào
thơng số tải (R, L, E) và tỉ số điều chế.
Dòng tải chỉ chạy theo một chiều, áp trên tải có thể đổi chiều.

18


Bộ biến đổi kép dạng đảo áp

Giản đồ kích 1:
-

-

S1 đóng cắt trong mỗi chu kỳ,  T1 T (T1: thời gian đóng khóa S1),
T
S2: dẫn liên tục, điện áp trung bình ngõ ra: U t U 1 U 
T
 Tải nhận năng lượng từ nguồn
(T  T1 )
S2: tắt liên tục, điện áp trung bình ngõ ra: U t  U
 U (1   )
T
 Tải trả năng lượng về nguồn

19


Bộ biến đổi kép dạng đảo áp

Giản đồ kích 2:
-

S1, S2 cùng dẫn trong khoảng T1 và tắt trong khoảng T-T1,
2T
Điện áp trung bình ngõ ra: U t U ( 1  1) U (2  1)
T

20