Thiết kế hệ thống điều khiển số cho bộ nguồn băm xung có hiệu chỉnh hệ số công suất
1

BÁO CÁO
Thiết kế hệ thống điều khiển số cho bộ nguồn băm xung có hiệu chỉnh hệ số công suất
Giáo viên hướng dẫn:
Nguyễn Phùng Quang
Sinh viên thực hiện
Phùng Sỹ Hải
Nguyễn Quang Đạt
Cao Xuân Đức
Đỗ Đức Cường
Phạm Duy Đức
20090976
20090678
20093703
20090394
20090830
Thiết kế hệ thống điều khiển số cho bộ nguồn băm xung có hiệu chỉnh hệ số công suất
2

MỤC LỤC
1

Nghiên cứu nguyên lý mạch ĐTCS 3

1.1


3

Thiết kế mạch điều khiển. 11

3.1

Thiết kế sơ bộ mạch điều khiển. 11

Thiết kế hệ thống điều khiển số cho bộ nguồn băm xung có hiệu chỉnh hệ số công suất
3

1 NGHIÊN CỨU NGUYÊN LÝ MẠCH ĐTCS
1.1 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn băm xung

Hình 1: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn băm xung.

 Thành phần nguồn điện xoay chiều đầu vào lấy từ lưới.
Điện áp lưới và dòng điện lưới đều là các tín hiệu liên tục xoay chiều, trong đó có thể chứa
một số sóng hài bậc cao hơn sóng hài cơ bản của lưới. Các sóng hài bậc cao này cần được lọc
trước khi đi qua bộ chỉnh lưu.
 Bộ lọc đầu vào LC
Mạch lọc LC đầu vào gồm 1 tụ điện và một điện cảm được ghép nối như hình vẽ (1).Mạch
lọc có tác dụng loại bỏ các thành phần sóng hài bậc cao hơn sóng hài cơ bản.
 Bộ chỉnh lưu
Điện áp xoay chiều 1 pha sau khi đi qua bộ lọc được đưa tới mạch chỉnh lưu.Mạch chỉnh
lưu được chọn là mạch cầu diode .Tại đây điện áp được chỉnh lưu thành điện áp 1 chiều. Tuy
nhiên điện áp này cùng với dòng điện sau khi qua bộ chỉnh lưu mang nhiều sóng hài bậc cao .


Với: 
T là chu kì đóng cắt
 D là % thời gian đóng mạch trong 1 chu kì

Thiết kế hệ thống điều khiển số cho bộ nguồn băm xung có hiệu chỉnh hệ số công suất
5 Hình 4: Dạng dòng và áp khi boost converter hoạt động ở chế độ liên tục.

Khi khoá S cắt dòng đi qua Diode đến tải và tụ .Coi điện áp rơi trên diode bằng 0 và
tụ đủ lớn để điện áp ra không đổi. Khi đó trên cuộn cảm L có:

Dẫn đến: Vì bộ chuyển đổi hoạt động ổn định với năng lượng tích trên cuộn cảm sau mỗi chu
kì là không đổi , vậy:

Hay:

Suy ra:  Như vậy với D khác 0 thì điện áp ra luôn lớn hơn điện áp vào.



Suy ra:

 Như vậy ta luôn có điện áp đầu ra lớn hơn điện áp vào
 Bộ nguồn băm xung trong đồ án này là sự kết hợp của 4 thành phần kể trên. Điện áp
xoay chiều vào sau khi được lọc nhiễu sẽ qua bộ chỉnh lưu để ra điện áp 1 chiều. Điện
áp 1 chiều này đi qua bộ biến đổi tăng áp để đạt được mức điện áp ra mong muốn.
Cũng tại bộ biến đổi boost converter ,hệ số công suất mạch cũng được hiệu chỉnh thông
qua việc điều chỉnh hệ số mở van D.
Thiết kế hệ thống điều khiển số cho bộ nguồn băm xung có hiệu chỉnh hệ số công suất
7

2 TÍNH TOÁN LINH KIỆN CHO MẠCH
 Yêu cầu của bộ nguồn băm xung:
- V
in
= 90 - 250V , f=50Hz.
- V
out
= 400V , P =100W , I
dm
=250mA
- δV
out
= 2%, ŋ = 99%.
- Hệ số đậpmạch γ = 0.05
2.1 Tính toán mạch lọc LC
-
Xét một mạch lọc thông thấp LC:


Thiết kế hệ thống điều khiển số cho bộ nguồn băm xung có hiệu chỉnh hệ số công suất
8

2.2 Mạch chỉnh lưu:
Mạch chỉnh lưu sử dụng 4 diode mắc thành hình cầu ,mỗi diode dẫn ½ chu kì điện áp vào
.Dựa vào dòng tải trung bình (250mA) và điện áp ra(400V) cùng với tần số điện áp vào (50Hz)
có thể chọn diode có:
- Dòng trung bình cho phép bằng 1A
- Điện áp ngược lớn nhất bằng 400V
- Không cần để ý tới thời gian phục hồi vì tần số đóng cắt nhỏ.
Dựa vào những đặc điểm trên, ta chọn IC “1000 Volt 2 AMP KBP Bridge Rectifier Diode”
(0.55$ ).
2.3 Mạch Boost converter.

Hình 7: Mạch Boost converter.
2.3.1 Giá trị tụ C.
Coi như dòng vào i(t) đã được điều khiển để có dạng hình sin và cùng pha với điện áp v(t).
như vậy công suất vào:


(t)=
√


|sin(ωt)|*

√


|sin(ωt)| =



=


-
ŋ



()



Rõ ràng dòng ra gồm 2 thành phần , 1 thành phần cố định tải tiêu thụ và 1 thành phần dòng
qua tụ. Điện áp trung bình trên tụ phải bằng


.
Có độ gợn điện áp ra


()
=


∫
ŋ



Biên độ dòng gợn theo thời gian :
δi(t) =


|

|
∗
∗

(


là tần số đóng mở van)


=



∗


Với công suất đầu ra


và hệ số chuyển đổi công suất là ŋ thì dòng điện vào trung bình là:


()



±



|

|

∗

(1-


|

|



)}|sinωt|
Vì : i(t)
≥ 

{
√




ŋ∗




∗

(1-
√


|()|


)



≥

ŋ∗




∗

= 15 (mH)
Với độ dự trữ n = 2, ta chọn L = 30 (mH)
2.3.3 Lựa chọn Diode và Mosfet.

: 1 (A)
 V
f
= 1,1 (V) khi I
f
= 1(A).
 (U
AK
có thể lên tới 1,1 V khi I
f
= 1 (A))

Bảng thông số các linh kiện:
Linh kiện Chủng loại Ghi chú
L
in
10mH Cuộn cảm lọc đầu vào.
C
in
250μF Tụ điện lọc đầu vào.
Cầu diode
1000 Volt 2 AMP KBP
Bridge Rectifier Diode

L
1
30 mH
Cuộn cảm mạch boost
MOSFET IRFBC40LC Van bán dẫn
D1 1N4007 Diode

 Kết quả mô phỏng điện áp vào thay đổi (online):

Hình 10: Kết quả mô phỏng.
o Điện áp ra:

Hình 11: Điện áp ra.

Thiết kế hệ thống điều khiển số cho bộ nguồn băm xung có hiệu chỉnh hệ số công suất
13

o Dòng trên cuộn cảm:

Hình 12: Dòng trên cuộn cảm.
Nhận xét:
 Khi điện áp vào thay đổi thì điện áp ra vẫn bám theo giá trị đặt (400V).
 Dòng điện sau chỉnh lưu gần cùng pha với điện áp sau chỉnh lưu

 Kết quả mô phỏng tải thay đổi online.

Hình 13: Kết quả mô phỏng.
Thiết kế hệ thống điều khiển số cho bộ nguồn băm xung có hiệu chỉnh hệ số công suất
14

o Điện áp ra:

Hình 14: Điện áp ra.
o Dòng điện trên cuộn cảm:

Hình 15: Dòng điện trên cuộn cảm.
Thiết kế hệ thống điều khiển số cho bộ nguồn băm xung có hiệu chỉnh hệ số công suất