Bài giảng Điện tử công suất 1: Chương 4.2 - PGS. TS. Phan Quốc Dũng

CHÖÔNG 2

BOÄ NGUOÀN MOÄT CHIEÀU
CHEÁ ÑOÄ XUNG CAÙCH LY


BỘ Bi
BiẾ
ẾN ĐỔ
ĐỔII DC/DC DẠ
DẠNG FLYBACK

Sơ đồ nguyên lý bộ Flyback


BỘ Bi
BiẾ
ẾN ĐỔ
ĐỔII DC/DC DẠ
DẠNG FLYBACK

Các giả thiết :
- Điện dung tụ C đủ lớn => điện áp Vo = const
- Mạch ở xác lập, các đại lượng áp và dòng tuần hòan
- Tỳ số đóng là D (chu kỳ đóng cắt khóa : T)
- Các linh kiện khóa và diode lý tưởng


BỘ Bi
BiẾ
ẾN ĐỔ

ĐỔII DC/DC DẠ
DẠNG FLYBACK

Nguyên lý vận hành:
- S đóng : năng lượng tích lũy vào Lm
- S ngắt : năng lượng chuyển cho tải


BỘ Bi
BiẾ
ẾN ĐỔ
ĐỔII DC/DC DẠ
DẠNG FLYBACK

Khóa S đóng
v1 = Vs = Lm

diLm

dt
diLm ∆iLm ∆iLm Vs
=
=
=
dt
∆t
DT Lm

Các phương trình áp và dòng :
Do đó :

∆iLm ( ON )

Vs DT
=
Lm

N 
N 
v2 = v1  2  = Vs  2 
 N1 
 N1 
 N2 
 ≤ 0
vD = −V0 − Vs 
 N1 
i2 = 0
i1 = 0


BỘ Bi
BiẾ
ẾN ĐỔ
ĐỔII DC/DC DẠ
DẠNG FLYBACK

Khóa S ngắt => D đóng
v2 = −V0
N1
N1

v1 = v2
= −V0
N2
N2
Lm

diLm

diLm
dt

N1
= v1 = −V0
dt
N2
=

∆iLm
∆t

=

∆iLm
(1 − D)T

Do đó :

=−

V0 N1

Lm N 2

∆iLm ( OFF )

− V0 (1 − D )T N1
=
⋅
Lm
N2


BỘ Bi
BiẾ
ẾN ĐỔ
ĐỔII DC/DC DẠ
DẠNG FLYBACK

Khóa S ngắt
Các phương trình áp và dòng khác:
 N1 
 N1 



iD = −i1 
= iLm 

 N2 
 N2 
 N1 


vSw = Vs − v1 = Vs + V0 
 N2 
iR =

V0
R

 N1  V0
 −
iC = iD − iR = iLm 
 N2  R


BỘ Bi
BiẾ
ẾN ĐỔ
ĐỔII DC/DC DẠ
DẠNG FLYBACK

Quan hệ áp tải và áp nguồn
Do mạch ở xác lập và biến thiên dòng
qua Lm bằng 0:
∆iLm (ON ) + ∆iLm (OFF ) = 0
D N2
⇒ V0 = Vs
1 − D N1


BỘ Bi

BiẾ
ẾN ĐỔ
ĐỔII DC/DC DẠ
DẠNG FLYBACK

Giản đồ áp và dòng cơ bản :


BỘ Bi
BiẾ
ẾN ĐỔ
ĐỔII DC/DC DẠ
DẠNG FLYBACK

Phân tích dòng qua Lm :

Tính dòng trung bình qua Lm
Ps = Po
V02
Vs I s =
R
I Lm DT
Is =
= I Lm D
T
V02
⇒ Vs I Lm D =
R
V02
⇒ I Lm =

Vs DR


BỘ Bi
BiẾ
ẾN ĐỔ
ĐỔII DC/DC DẠ
DẠNG FLYBACK

Phân tích dòng qua Lm :
Điều kiện dòng qua Lm liên tục :

(
1− D)
=

R  N1 


2f
 N2 
2

Lm min

2


BỘ Bi
BiẾ

ẾN ĐỔ
ĐỔII DC/DC DẠ
DẠNG FLYBACK

Bài tập : Cho bộ flyback

Hãy xác định :
1. Tỷ số đóng
2. Các giá trị dòng iLm : max, min
3. Độ nhấp nhô áp tụ

Vs = 24V
N1/N2 = 3
Lm = 500µH
R = 5Ω
C = 200µF
f = 40kHz
V0 = 5V


BỘ Bi
BiẾ
ẾN ĐỔ
ĐỔII DC/DC DẠ
DẠNG FORWARD

Sơ đồ nguyên lý bộ Forward


BỘ Bi

BiẾ
ẾN ĐỔ
ĐỔII DC/DC DẠ
DẠNG FORWARD

Mô tả
Biến áp cách ly có 3 cuộn dây :
- Cuộn 1 và 2 truyền năng lượng cho
tải khi khóa S đóng
- Cuộn 3 cung cấp đường dẫn cho
dòng từ hóa khi S ngắt và giảm dòng
này về 0 trước khi kết thúc chu kỳ.


BỘ Bi
BiẾ
ẾN ĐỔ
ĐỔII DC/DC DẠ
DẠNG FORWARD

Khi khóa S đóng
-Viết phương trình v1, v2, v3, vLx, vD3
- Suy ra biến thiên dòng ∆iLx
- Suy ra biến thiên dòng ∆iLm
- Phương trình dòng iSw


BỘ Bi
BiẾ
ẾN ĐỔ

ĐỔII DC/DC DẠ
DẠNG FORWARD

Khi khóa S ngắt
-Viết phương trình v3, v1, v2, vLx
- Suy ra biến thiên dòng ∆iLx
- Suy ra quan hệ giữa áp Vo và Vs
- Giải tích biến thiên dòng ∆iLm


BỘ Bi
BiẾ
ẾN ĐỔ
ĐỔII DC/DC DẠ
DẠNG FORWARD

Giản đồ áp và dòng


BỘ Bi
BiẾ
ẾN ĐỔ
ĐỔII DC/DC DẠ
DẠNG FORWARD

Bài tập : Cho bộ FORWARD

Vs = 48V
N1/N2 = 1.5; N1/N3=1
Lx = 0.4mH; Lm=5mH

R = 10Ω
C = 100µF
f = 35kHz
D = 0.4

Hãy xác định :
1. Điện áp ngõ ra, dòng Lx max, min
2. Độ nhấp nhô áp ngõ ra
3. Giá trị đỉnh dòng cuộn sơ cấp máy biến áp


BỘ Bi
BiẾ
ẾN ĐỔ
ĐỔII DC/DC DẠ
DẠNG PUSHPUSH-PULL

Sơ đồ nguyên lý bộ Push-pull


BỘ Bi
BiẾ
ẾN ĐỔ
ĐỔII DC/DC DẠ
DẠNG PUSHPUSH-PULL

Giản đồ xung điều khiển


BỘ Bi

BiẾ
ẾN ĐỔ
ĐỔII DC/DC DẠ
DẠNG PUSHPUSH-PULL

Khóa Sw1 đóng

v p1 = Vs
 Ns 

vs1 = Vs 
N 
 p
 Ns 

vs 2 = Vs 
N 
 p
v p 2 = Vs

vSw 2 = 2Vs


BỘ Bi
BiẾ
ẾN ĐỔ
ĐỔII DC/DC DẠ
DẠNG PUSHPUSH-PULL

Khóa Sw1 đóng

D1 đóng, D2 ngắt

 Ns 

v x = vs 2 = Vs 
N 
 p
 Ns 
 − V0
vLx = vx − V0 = Vs 
N 
 p
 Ns 
 − V0
Vs 
N 
p 

⇒ ∆iLx ON =
⋅ DT
Lx

( )


BỘ Bi
BiẾ
ẾN ĐỔ
ĐỔII DC/DC DẠ

DẠNG PUSHPUSH-PULL

Khóa Sw2 đóng

v p 2 = −Vs
v p1 = −Vs
 Ns 

vs1 = −Vs 
N 
 p
 Ns 

vs 2 = −Vs 
N 
 p
vSw1 = 2Vs


BỘ Bi
BiẾ
ẾN ĐỔ
ĐỔII DC/DC DẠ
DẠNG PUSHPUSH-PULL

Khóa Sw2 đóng

D2 đóng, D1 ngắt

 Ns 


v x = −vS 2 = Vs 
N 
 p
 Ns 
 − V0
vLx = vx − V0 = Vs 
N 
 p

( )

⇒ ∆i L x

ON

 Ns 
 − V0
Vs 
N 
p 

=
⋅ DT
Lx


BỘ Bi
BiẾ
ẾN ĐỔ

ĐỔII DC/DC DẠ
DẠNG PUSHPUSH-PULL

Khóa Sw1. Sw2 ngắt : Dòng qua các cuộn sơ cấp bằng 0
Dòng qua Lx liên tục => D1, D2
đóng

vx = 0
vLx = vx − V0 = −V0
∆iLx

∆iLx

V0
=−
⇒
=
T
Lx
∆t
− DT
2
 V0  1

∆iLx (OFF ) = −  − D T

 Lx  2