ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT THIẾT KẾ BỘ BIẾN đổi FLYBACK CONVERTER

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
THIẾT KẾ BỘ BIẾN ĐỔI FLYBACK CONVERTER

NHĨM SINH VIÊN: Nhóm 6

TRẦN HỒNG NAM
NGUYỄN ĐĂNG TIẾN

20174084
20174260


OUTLINE







Đề bài
Chế độ hoạt động
Sơ đồ mạch lực và chế độ làm việc
Tính tốn và chuẩn hóa các giá trị mạch lực
Kết quả mô phỏng
Kết luận

Thiết kế bộ biến đổi FlyBack

Converter

Nhóm 6

2


ĐỀ BÀI
Thiết kế và tính tốn mạch flyback converter

Điện áp đầu vào

𝑈𝑖𝑛

600 𝑉𝐷𝐶

Điện áp đầu ra

𝑈𝑜

24 𝑉𝐷𝐶

Dịng diện đầu ra

𝐼0

3A

Cơng suất thiết kế
Tần số chuyển mạch van

MOSFET
Tỉ số biến áp

P
𝑓𝑠

𝑁2
𝑁1

Độ đập mạch điện áp đầu ra cho
phép
Thiết kế bộ biến đổi FlyBack
Converter

Tính tốn giá trị:
• Hệ số điều chế tại cơng suất 120W
• Tính giá trị lớn nhất điện kháng chính
𝐿𝑚
• Tính giá tụ 𝐶0
• Van bán dẫn Q và diode D
• Dịng đỉnh (𝐼𝑝𝑒𝑎𝑘 ) qua van, diode
• Dịng trung bình qua van, diode

72 𝑊
100 𝑘𝐻𝑧
0.3

%𝑢𝑜

1%

Nhóm 6

3


ƯU ĐIỂM CỦA MẠCH FLYBACK CONVERTER
 Mạch Flyback có sơ đồ đơn giản ứng dụng cho giải
công suất nhỏ vài wat cho đến vài trăm wat.
 Số phần tử dùng rất ít tới mức tối thiểu.
 Sơ đồ có thể dùng cho các ứng dụng có chênh lệch
cao về điện áp giữa đầu ra và đầu vào.
 Mạch MBA cách ly sơ cấp và thứ cấp.
 Nguyên lý hoạt động giống bộ biến đổi Buck-Boost
Converter.

Thiết kế bộ biến đổi FlyBack
Converter

Nhóm 6

4


CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG
 Chọn mạch ở chế độ dòng liên tục

Hình 2

Hình 1

• Khi van Mosfet mở, dịng điện chạy trong
cuộn sơ cấp của máy biến áp,diode bị phân
cực ngược nên D khóa.Lúc này điện áp ra
được duy trì nhờ năng lượng tích lũy trên
tụ C trước . Chiều dịng điện mơ tả như
trong hình 1

Thiết kế bộ biến đổi FlyBack
Converter

•

Khi van Mosfet khóa,điện áp trên cuộn sơ cấp
ngay lập tức bị đảo ngược,và trên cuộn thứ
cấp điện áp cũng đảo chiều,dẫn đến diode
phân cực thuận.Lúc điện áp trên thứ cấp bằng
điện áp ra Vout và cuộn sơ cấp sẽ cảm ứng
một điện áp Vout=Vin/N

Nhóm 6

5


MƠ TẢ CÁC ĐẶC TÍNH
Mơ tả đặc tính điện áp, dịng
điện các thành phần trong
mạch:
Thành phần

𝑢ⅆ𝑘 (t)
on

Kí hiệu

Tín hiệu điều khiển

𝑢𝐿 (𝑡)

Dòng điện qua cuộn cảm

𝑖𝐿 (𝑡)

Dòng điện qua tụ

𝑖𝐶 (𝑡)

Dòng điện qua van

𝑡

𝑖𝐶 (𝑡)

𝑖𝑣𝑎𝑛 (𝑡)

𝑡

𝑈𝑑𝑖𝑜𝑑𝑒 (𝑡)

=

3

= 8, 𝑇𝑠 =

1

, 𝐼𝑖𝑛 =

100000

𝑖𝑣𝑎𝑛 𝑡

𝑈0 . 𝐼0 24.3
𝑈𝑖𝑛

=

600

= n.

𝐷
1−𝐷

=

𝐷
1−𝐷

=

𝑈0
𝑛.𝑈𝑖𝑛

Thiết kế bộ biến đổi FlyBack
Converter

= 𝐷=

𝑡

= 𝟎, 𝟏𝟐 (A)
𝑖𝑑𝑖𝑜𝑑𝑒 (𝑡)

Hệ số điều chế tại công suất 120 W
𝑈0
𝑈𝑖𝑛

Uin

𝑖𝐿 (𝑡)

Điện áp qua diode

𝐼𝑜

𝑡

-N.Uo

𝑖𝑑𝑖𝑜𝑑𝑒 (𝑡)

Ta có: R=

𝐷′𝑇𝑠

𝑡

Dịng điện qua diode

24

𝐷𝑇𝑠

D

𝑢𝐷𝐾 (𝑡)

Điện áp trên cuộn cảm

𝑈𝑜

off
𝑢𝐿 (𝑡)

Q

𝑡

𝑈0
𝑛.𝑈𝑖𝑛
𝑈0
+1
𝑛.𝑈𝑖𝑛

=

𝟐
𝟏𝟕

𝑈𝑑𝑖𝑜𝑑𝑒 (𝑡)

Nhóm 6

𝑡

6


TÍNH THƠNG SỐ CUỘN CẢM L
Điện áp tức thời trên 2 đầu cuộn cảm 𝐿 là :
𝑑𝑖𝐿 (𝑡)
𝑢𝐿 𝑡 = 𝐿
𝑑𝑡

Từ đó ta có:
𝑢(𝑡)𝑑𝑡
𝐿
𝑡

𝑡
1
න 𝑑𝑖𝐿 𝑡 𝑑𝑡 = න 𝑢𝐿 (𝑡)𝑑𝑡
𝐿

𝑢ⅆ𝑘 (t)
on
off
𝑢𝐿 (𝑡)

0

0

𝑡

𝑡

𝑈𝑖𝑛 . 𝐷𝑇𝑠
𝑖𝐿 𝐷𝑇𝑠 − 𝑖𝐿 0 =
𝐿
𝑈𝑖𝑛 . 𝐷𝑇𝑠
𝑈𝑖𝑛 . 𝐷𝑇𝑠
𝛥𝑖𝐿 =
⇒ L=
𝐿
∆𝑖𝐿

𝑖𝑣𝑎𝑛 𝑡
𝑡

Mà ta có độ đập mạch của dòng điện :
𝑖𝑑𝑖𝑜𝑑𝑒 (𝑡)
(Độ đập mạch dòng qua cuộn cảm (10-30)% IL)
𝐼
0,12
𝛥𝑖𝐿 = %𝑖𝐿 . 𝐼𝐿 = %𝑖𝐿 . 𝑖𝑛 =30%. 2 = 0,306
𝐷



𝐿𝑚 =

2
17

0,306

Thiết kế bộ biến đổi FlyBack
Converter

Uin

𝑖𝐶 (𝑡)

1
න 𝑑𝑖𝐿 𝑡 = න 𝑢𝐿 (𝑡)𝑑𝑡
𝐿

600. .10−5

𝑡

𝑖𝐿 (𝑡)

Xét trong khoảng thời gian từ 0 đến 𝐷𝑇𝑠
𝐷𝑇𝑠

𝐷′𝑇𝑠

-N.Uo

0

𝐷𝑇𝑠

𝐷𝑇𝑠

D

𝑡

𝑑𝑖𝐿 𝑡 =

0

Q

17

𝑈𝑑𝑖𝑜𝑑𝑒 (𝑡)

𝑡

𝑡

= 𝟐, 𝟑. 𝟏𝟎−𝟑 (𝐻)
Nhóm 6

7


TÍNH THƠNG SỐ TỤ ĐIỆN C
𝑢ⅆ𝑘 (t)
on

Dịng điện tức thời qua tụ 𝐶 là :
𝑖𝐶 𝑡 𝑑𝑡
𝑑𝑢𝐶 𝑡 =
𝐶
𝐷.𝑇𝑠
𝐷.𝑇𝑠
1
න 𝑑𝑢𝐶 𝑡 𝑑𝑡 = න 𝑖𝐶 (𝑡)𝑑𝑡
𝐶
0
0

off
𝑢𝐿 (𝑡)

Q
𝐷𝑇𝑠

D
𝐷′𝑇𝑠

𝑡

Uin
𝑡

-N.Uo
𝑖𝐿 (𝑡)

Xét trong khoảng thời gian từ 0 đến DTs thể hiện trong
𝑖𝐶 (𝑡)
đồ thị bên

𝑡

𝑡

𝛥𝑢𝑜 =

𝐷.𝑇𝑠.𝑈𝑜
𝑅.𝐶

 C=

𝐷.𝑇𝑠.𝑈𝑜
𝑅.𝛥𝑢𝑜

𝑖𝑣𝑎𝑛 𝑡
𝑡

Mà ta có độ đập mạch của điện áp:
𝛥𝑢𝑜 =% 𝑢𝑜 .𝑈𝑜 =0,01.24= 0,24

 C=

2
.24
17

8.0,01.100000

=

3
=
8500

Thiết kế bộ biến đổi FlyBack
Converter

𝑖𝑑𝑖𝑜𝑑𝑒 (𝑡)
𝑡

𝟑, 𝟓. 𝟏𝟎−𝟒

(𝐹)
𝑈𝑑𝑖𝑜𝑑𝑒 (𝑡)

Nhóm 6

𝑡

8


TÍNH TỐN MOSFET VÀ DIODE
• Dịng điện cực đại qua van, diode:
• 𝐼𝑝𝑒𝑎𝑘 = 𝐼𝐿𝑚𝑎𝑥 = 𝐼𝐿 +

𝛥𝑖𝐿
2

= 1.02 + 0.15 = 𝟏. 𝟏𝟕 (𝐴)

• Dịng điện trung bình qua van mosfet:
𝐼𝑣𝑎𝑛 = 𝐼𝑖𝑛 = 0,12 (A)

• Dịng điện trung bình qua diode:
𝐼𝑑𝑖𝑜𝑑𝑒 = 𝐼0 =

𝟑 (𝐴)

• Điện áp trên diode:
𝑈𝑖𝑛

600
𝑈𝑑𝑖𝑜𝑑𝑒 = 𝑈𝑜 +
= 24 +
1
𝑁
0.3
= 𝟐𝟎𝟒 (𝑉)

Thiết kế bộ biến đổi FlyBack
Converter

• Điện áp trên van mosfet:
𝑈𝑣𝑎𝑛 = 𝑈𝑖𝑛 + 𝑈0 . 𝑁 = 600 + 24.1/0,3
= 𝟔𝟖𝟎 (𝑉)

Nhóm 6

9


KẾT QUẢ MƠ PHỎNG THỰC NGHIỆM
 Sơ đồ mạch mơ phỏng trên Matlab

Thiết kế bộ biến đổi FlyBack
Converter

Nhóm 6

10

KẾT QUẢ MƠ PHỎNG THỰC NGHIỆM
 Thơng số cài đặt các khối

Thiết kế bộ biến đổi FlyBack
Converter

Nhóm 6

11


KẾT QUẢ MƠ PHỎNG THỰC NGHIỆM
 Thơng số PWM

Thiết kế bộ biến đổi FlyBack
Converter

Nhóm 6

12


KẾT QUẢ MƠ PHỎNG THỰC NGHIỆM
 Kết quả mơ phỏng với các giá trị cần tính

Thiết kế bộ biến đổi FlyBack
Converter

Nhóm 6

13


KẾT QUẢ MƠ PHỎNG THỰC NGHIỆM
Sai số
(%)

Tính
tốn

Mơ
phỏng

ID (A)

3

2.909

3.03%

Ivan (A)

0.12

0.1516

26.3%

ID

Ivan

I0
I0 (A)

3

IC (A)
Thiết kế bộ biến đổi FlyBack
Converter

2.909

-0.043

3.03%

IC

Nhóm 6

14


KẾT QUẢ MÔ PHỎNG THỰC NGHIỆM
 Đồ thị các giá trị cần xét
Udk

Tính
tốn

Mơ
Sai số
phỏng

U0

24

23.27

3.04%

Uvan

680

596

12.3%

U0

Uvan
Ud

204

203.2

0.39%

Ud

Thiết kế bộ biến đổi FlyBack
Converter

Nhóm 6

15