Tài liệu Tính toán và thiết kế bộ nguồn ổn áp xung nguồn, chương 3 pdf

Chương III: ĐỔI ĐIỆN MỘT CHIỀU RA ĐIỆN MỘT
CHIỀU
(Converters)
-Trong nhiều trường hợp phụ tải cần điện một chiều từ
nguồn điện một chiều, một điện áp hay dòng hiệu suất thiết bò
là một điều phải quan tâm.
-Thiết bò đổi điện một chiều ra điện một chiều được lắp
ráp, theo nhiều sơ đồ rất đa dạng. Nhưng ta chỉ đề cập đến một
số sơ đồ cơ bản: Buck, Boost, Buck - Boost.
Và các dạng khác như: Flyback, Forward, Push - Pull
(đẩy kéo) Half- Bridge (nửa cầu), Cầu (Full - Bridge)
I.
SƠ ĐỒ BUCK.
* Sơ đồ Buck
- DCK : Transistor ngắt dẫn làm việc điều chế độ rộng
xung
( điều chế xung )
Control circuit : khối điều khiển transistor.
- L : cuộn cảm kháng tích lũy điện năng.
- C : Tụ điện tích lũy điện năng
- D
sb
: Diode san bằng dòng, giúp cho dòng điện qua L
liên tục khi dòng điện cung cấp qua transistor ĐCX không liên
tục.
Vo
Cv
C
R
i
Dsb

Vo
L
1
T=Ton+Toff
DCX
Vs
Control
circuit
i
DCX
- V
s
: Nguồn điện một chiều ở ngõ vào.Nguồn này có
thể là một bộ chỉnh lưu, do đó cần có tụ điện Cv vừa để lọc vừa
để tiếp nhận năng lượng từ phụ tải trả về. Vì bộ chỉnh lưu không
nhận được dòng trả về.
- Mạch này sẽ được nối ngay sau biến áp nguồn. Từ sơ
đồ ta có thể thấy rằng mạch này khá đơn giản.
- Khi transistor dẫn, nguồn điện sẽ chảy một cách trực
tiếp đến đầu ra. Điện áp này cũng phải qua cuộn dây . Khi
transistor ngắt, dòng đã lưu trữ trong cuộn làm cho diode phân
cực thuận và cho phép dòng trở về tải.
- Mỗi chu kỳ làm việc gồm 2 giai đoạn :
* Giai đoạn 1: D < t < Dt
D : Hệ số chu kỳ hay tỉ số thời gian dẫn ( duty cycle)
trên thời gian làm việc T =
f
1
là chu kỳ đóng ngắt, f là tần số
đóng ngắt thường vào khoảng 10KHz

 100KHz. D
sb
phân cực
nghòch, không dẫn.
-Điện áp ở L là : V
L
= V
s
- V
o

V
L
= V
s
- V
o
=
dt
di
L
L
- Vậy i
L
biến thiên tuyến tính theo thời gian này lượng tích
lũy vào R,C cung cấp cho phụ tải.
i
L
= 


t
L
VoV
S
. I
Lmin
L
Vo
C
R
Vs
i
+
+
-
-
.
.
-I
L
tăng từ I
Lmin
đến I
Lmax
trong thời gian T
i
L
=
L
V

-
V
OS
t + I
Lmin
= i
DCX


I
max
- I
Lmin
= -DT (2-1)
 Giai đoạn 2: DT < t < T
-DCX ngưng dẫn, nhờ có D
sb
nên i
L
vẫn liên tục vì D
sb
dẫn :
V
L
= -V
o
= L
-i
L
giảm từ I

Lmax
 I
Lmin
trong thời gian :
T - DT = ( 1 - D ) T theo hàm số
I
L
= -
L
Vo
( t - DT ) + I
Lmax
= i
DSb
Dsb

.
.
-
-
+
+
Vs
R
C
Vo
L
Dsb
i
DCX

L
DT T
0
t
V - V
D
i
i
t
t
T
DT
TDT
S
0
l
CX
Dsb
i = i
1 Dsb
i = i
Dsb
1
L
i
V


I
Lmin

- I
Lmax
= I
L
= - ( 1 - D ) T ( 2 - 2 )
-Đại lượng tăng dòng bằng đại lượng giảm dòng :
Cộng (2-1) và (2-2) => V
0
= D.Vs với D =
T
Ton
T
T
on
Ta có :I
o
=
R
VII
LL 0minmax
2


( 2-3 )
Vậy : I
Lmax
= DV
s











Lf
D
R 2
)1(1
với f =
T
1
I
Lmin
= DV
s










Lf

D
R 2
)1(1
-Điều kiện để có dòng liên tục là I
Lmin
= 0
Vậy : L = (1-D )
f
R
2
-Điện áp gợn sóng V
r
được tính như sau :
-Trong nửa chu kỳ C được nạp thêm điện lượng :
Q =
222
1
minmax
T
x
II
LL







(2- 4 )

-Cũng trong nửa chu kỳ tụ điện C phóng ra cùng 1 điện
lượng.
0
t
0
U
D T
D T /2
T
U
t
(I + I )/2
L m a x
L m in
V
0
Vậy : V
o
= V
c
=










T
C
II
LL
.
8
minmax
-Thay T =
f
1
và ( I
Lmax
-I
Lmin
) = ( 1 - D ).T
V
o
=
 
2
0
2
0
.8
)1(
8
1
fLC
DV
C

TD
L
V



-Hoặc : V
0
=
2
.8
)1(.
fLC
DDV
v

( 2-5 )
-Dòng gợn sóng :
i
L
=
f
L
V
0
( 1 - D ) (2-6)
* Chỉ tiêu các linh kiện :
- Transistor DCX :
-V
DCXmax

= V
s
-I
DCXmax
=
Lf
VDDI
s
2
)1(
0


- Diode D
sb
:
V
Dsbmax
= V
s
I
Dsbmax
=
Lf
VDDI
s
2
)1(
0



I
Dbstrung bình
= (1-D).I
0
(2- 7)
II. SƠ ĐỒ BOOST
-Các chỉ tiêu linh kiện tích lũy điện năng là L và C, đóng
ngắt điện là transistor DCX, D không cho dòng từ C phóng về
nguồn Vs . Mỗi chu kỳ làm việc gồm 2 giai đoạn :

i
Vo
Control
circuit
i
DCX
-
+
R
C
Vo+
-
L
Sơ đồ Boost
* Giai đoạn 1 : O < t < DT
- DCX dẫn, D phân cực nghòch nên không dẫn V
L
= V
v

=
L
dt
d
iL
; điện năng tích lũy vào L, C vẫn cấp điện cho tải.
-
*Giai đoạn 2.
-DCX ngưng dẫn, i
L
vẫn liên tục do D dẫn vào phụ tải, L
phóng điện vào tải.
V
L
= V
s
- V
o
; V
o
> V
s
i
L
= I
D
=
L
VV
OS


(T - DT ) + I
Lmax
(2-8)
.
L
.

-
-
+
+
Vs
R
C
Vo
DCX
D
DT
DT
C
i
S
DT
DCX
DCX
i
i
L
i

=
=
i
i
DCX
DCX
i
L
Lmax
2
S
T
T
T
T
t
t
Lmin
I
t
t
-i
L
giảm từ I
Lmax
 I
Lmin
I
Lmin
- I

Lmax
= ( T - DT )
-Nên ta có : V
0
=
D
V
s

1
với O<D<1 (2-9)
-Trong thực tế V
r
không lớn hơn 5V
v
-Công suất vào =
2
1
[ I
max
+ I
Lmin
] V
s
-Công suất ra :
R
V
o
2
-Cân bằng công suất vào với công suất ra :

Ta có :
2
1
[ I
Lmax
+ I
Lmin
] V
S
=
R
V
2
0
(2-10)
-Từ (2-9) và (2-10) :
Ta có : I
Lmmax
+ I
Lmin
=
22
)1(
2
DR
V
S

(2 - 11)
-Từ (2-8) và (2-11) ta có : I

Lmin
=
2
)1( DR
V
V

-
Lf
DV
S
2
.
( f =
T
1
)
I
Lmax
=
2
)1( DR
V
V

+
Lf
DV
S
2

.
-Điều kiện dòng liên tục :
I
Lmin
=
2
)1( DR
V
S

-
Lf
DV
S
2
.
= 0
L =
2
)1(.
2
DD
f
R

-Để tính được điện áp gợn sóng V
0
hay dòng điện tại tụ
lọc C
-Điện lượng nạp thêm vào tụ điện C là

I
r
bằng điện
lượng phóng ra nuôi phụ tải, coi dòng gợn sóng tại phụ tải
I
r

không đáng kể so với
i
L
Vậy : V
0
= V
C
=
C
Q

Q = I
o
.DT
Q =
Rf
DV
DT
R
V
o
.
0

( 2-12 )
Với D : hệ số chu kỳ , D =
T
T
ON
f = 1/T : Tần số đóng ngắt
Vậy :
V
0
=
D
RfC
V
C
Rf
DV
o
o
.
* Chỉ tiêu các linh kiện :
- Transitor DCX : V
DCXmax
= V
S
+ V
o
I
DCXmax
=
Lf

DV
D
Io
S
21


- Diode D : V
Dmax
= V
S
+ V
o
I
Dmax
=
Lf
DV
D
Io
S
21


( 2 -13)
-I
D trung bình
= I
o
( 2 -14 )