Slides ĐTCS&ƯD

Chương 4:

Được phép mang vào phòng thi

2 / 32 ch4 DK ap DC ppt.doc /ĐTCS&ƯD

Bộ biến đổi (BBĐ) áp một chiều

Bộ biến đổi (BBĐ) áp một chiều

4.1 BBĐ áp một chiều dạng forward tải RLE:
4.1.1 Khảo sát sơ đồ làm việc 1 phần tư mặt phẳng tải
4.1.2 Khảo sát sơ đồ làm việc 2 và 4 phần tư mặt phẳng tải
4.1.3 Mạch phát xung và lái BBĐ

Còn được gọi là bộ băm điện áp (hacheur hay chopper).
Dạng áp ra bao gồm: T: chu kỳ
- thời gian có áp ton
- khoảng nghỉ T – ton.
U

Vào

t on

4.1.4 Mạch lọc ngỏ ra
4.2 Khảo sát BBĐ áp một chiều dạng Flyback
4.3 Sơ đồ điều khiển BBĐ áp một chiều
4.3.1 PWM

3 / 32 ch4 DK ap DC ppt.doc /ĐTCS&ƯD

Được phép mang vào phòng thi

IV.1 BBĐ ÁP MỘT CHIỀU DẠNG FORWARD TẢI RLE:
1. Khái niệm về mặt phẳng tải:

U

hai trục tọa độ là (Io, Uo),
gồm 4 phần tư như ở hình IV.1.1.

phần tư
thứ III
Uo, Io 0, Io <0 Uo, Io, >0 I


Giải ra : io ( t ) = I xl1 − ( I xl1 − I min ) e
R
R

Ví dụ: Bộ chỉnh lưu diod chỉ có thể làm việc ở phần tư thứ I hay III

+

U
_

+

io

S

R
D

L
E

D1

io

U
_


D4

io (ton ) = I max = I xl1 − ( I xl1 − I min )e − ton / τ <IV.1.3>

S4

(c )

Hình IV1.2: Sơ đồ các bộ biến đổi (a) một phần tư; (b) hai phần tư; (c) bốn phần tư

(a)

+ Khi t > ton , S1 ngắt. Dòng tải khép mạch qua diod phóng điện D2, suy ra:
Trung bình áp ra: U o =

ton ⋅ U
t
U −E
= α .U , với α = on Tbình dòng ra Io = o
.
T
T
R


5 / 32 ch4 DK ap DC ppt.doc /ĐTCS&ƯD

Được phép mang vào phòng thi

io

dt

+ E , với điều kiện đầu io ( 0 ) = I max <IV.1.4>

Giải ra : io (t) = I x 2 − ( I xl 2 − I max )e

−t/ τ

với I xl 2 = − E <IV.1.5>
R

io (T − ton ) = I xl 2 − ( I xl 2 − I max )e − (T − ton )/ τ = I min <IV.1.6>

Và

<IV.1.3> và <IV.1.6> => Imax, Imin
Imax

(
(

)
)

Được phép mang vào phòng thi

Tính gần đúng: Khi T
Imax + Imin αU − E
=
<IV.1.9>
trò trung bình dòng Io =
2
R
UT
(1 − α ) α
và nhấp nhô dòng ΔI = Imax − Imin =
<IV.1.10>
L
giá trò này cực đại khi α =

1
UT
, lúc đó ΔI =
2
4L

<IV.1.11>

Từ các giá trò của Imax, Imin chính xác, có thể tính lại nhấp nhô dòng gần đúng khi
lưu ý: e

−x

= 1− x +

x2
2!

α U − E ΔI Uton
t
URton + 2 LE
Iox = x
=
=
(1 − α x ) ⇒ α x = on =
và
2
2L
R
tx URton + 2 LU

URton + 2 LU
hay tx = ton
URton + 2 LE <IV.1.13>.

Điều kiện để dòng gián đoạn: chu kỳ

Được phép mang vào phòng thi

Giả sử dòng liên tục: α = 30/100 = 0.3, suy ra:
ΔI = (100*30*10-6*(1-0.3))/(1*10-3)= 0.21A

1
⎡Uton + ( T − tx ) E ⎤⎦ <IV.1.12>
T⎣
với tx : khoảng thời gian có dòng

8 / 32 ch4 DK ap DC ppt.doc /ĐTCS&ƯD

D2

S2

Uo

Khi io đão chiều được, không có chế
Hình IV.1.6: Các trường hợp dòng điện
độ dòng gián đoạn.
của BBĐ làm việc nhiều hơn ¼ mặt
Các công thức như cũ:
phẳng tải
Uo =

ton ⋅ U
= α .U
T

Io =

Uo − E
R

ΔI =

UT
(1 − α ) α
L

io >> 0 : S1, D2 dẫn điện


D2

S2

D4

S3

S4


11 / 32 ch4 DK ap DC ppt.doc /ĐTCS&ƯD
Được phép mang vào phòng thi

12 / 32 ch4 DK ap DC ppt.doc /ĐTCS&ƯD
Được phép mang vào phòng thi

sơ đồ cầu (cầu H)

sơ đồ hai nguồn
Ví dụ: điều khiển S1 = S4 = S2 = S3

BẢNG TÓM TẮT CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN SƠ ĐỒ CẦU (hình IV.3.1c)

2UT
(1 − α ) α <IV.1.14>
L

STT

Điều khiển đơn giản; ít tổn hao;
không thể trùng dẫn; không đảo
chiều dòng tải được.

3

Điều rộng xung S1 = S2 cho điều I, II hay
khiển áp,
III, IV
S4 = S3 để chọn chiều áp

4

Điều rộng xung S1 = S2, S4 = S3

4 phần tư,

Và S1 = S4(wt − π )

Chia làm hai nhóm:
- Điều khiển hoàn toàn: 1, 4
- Điều khiển không hoàn toàn: 2, 3

1
⎡U ⋅ ton − U ( T − ton ) ⎤⎦ = U ( 2α − 1)
T⎣
U −E
IO = O
,
R

D2

D3

io
Uo

S4

(b1)

Hình IV.1.10 (a) Mạch tương đương

5. Khảo sát sóng hài áp dòng trên tải RLE:
a. Sóng hài điện áp:

U
t

on

Khai triển Fourier cho áp ra vO hình IV.1.3.b
(trường hợp dòng liên tục):

2U
1 − cos nwton
nπ
θ n = tg −1 ⎡⎣ sin nwton / (1 − cos nwton ) ⎤⎦
Un =


Được phép mang vào phòng thi

Ngắt điện đóng (ON): Cuộn dây được nạp năng lượng từ nguồn

HD: chỉ tính với thành phần cơ bản (sóng hài bậc 1)

Ngắt điện ngắt (OFF): Cuộn dây phóng năng lượng qua tải và nạp năng lượng vào tụ.

IV.2 BỘ BIẾN ĐỔI ÁP MỘT CHIỀU LOẠI FLYBACK:
S1
+

1. Khảo sát sơ đồ căn bản:

D

+

i
L

is

U

C
L

u
L

i
C

C

Io

+

U
u
C

_

is

L1

- Chu kỳ đóng ngắt T
+

D

U

i
L2

i
L
S1

(d)

C

i
C

Io

u
C

_

D

i

C phóng điện qua tải:

uC = −

U
_

u

UC =

ton
α
T
U=
U ; IL =
Io < IV.2.3 >
1−α
T − ton
T − ton

D

i
L

is

Thế các giá trò ΔI L , ΔU C vào, để ý Δt = T − ton , ta nhận được:


T
T − ton

Io ≤ ΔI
2

ta có trường hợp dòng qua L gián đoạn (hình IV.2.3):
Gọi tx là thời gian có dòng qua L:
Thời gian L nạp năng lượng vẫn như cũ:

- Khi t > tON : S1 ngắt, dòng qua cuộn dây phóng điện qua C và tải:
du
di
iL = Io + iC = Io + C C ; uL = −uC = L L
dt
dt
Gọi IL là trò trung bình dòng qua L, UC trò trung bình áp trên tải.
ΔUC
ΔI
Lấy trung bình hai vế : IL = Io + C
; UC = L L
Δt
Δt

ΔI =

U
ton ,
L


Δt

Nguyên lý bảo toàn
năng lượng: năng lượng
cung cấp bằng tiêu thụ,

Suy ra:
UC =

ton
U;
tx − ton

ΔI
khi dòng gián đoạn, I L =
2

I L = Io + C
⇒

T − (tx − ton )
ΔU
T
= Io(1 +
) = Io
tx − ton
tx − ton
tx − ton

U

Δ uc1
uc

(a)

Δ uc
ton

Δ uc2

Imax
Io

S đóng

T

2
U
U 2 .ton
ton .
<IV.2.4a> vì Imax =
2.L.Io .T
L

S ngắt

t




C
L

i
C

Io

uC = uL 2 =
u
C

Ta có chế độ biên gián đoạn ở Io = 3.5A. bằng 8.57V.
Khi dòng không liên tục, áp ra tăng. (lần lượt bằng 25V, 15V).

t
L2 diL1
1
⇒ U C = ( on )U
n dt
n T − ton

+

U
_

D



u
C

U
_

u
L

_
C1
+

D2

i
L
L

L2

U1
+

C2

D3
L3


1
T
⇒ I L1 = (
) Io
dt
n T − ton

S1

C3

U2

_
_
+

U3

I1

I2

I3


23 / 32 ch4 DK ap DC ppt.doc /ĐTCS&ƯD
Được phép mang vào phòng thi

24 / 32 ch4 DK ap DC ppt.doc /ĐTCS&ƯD

Được phép mang vào phòng thi

Nguyên lý thực hiện:

26 / 32 ch4 DK ap DC ppt.doc /ĐTCS&ƯD
Được phép mang vào phòng thi
d

b

Dao động tam giá c
uc

U
đk

a

0

Đặt > (Phản hồi + Δ) :
HT tác động ngắt điện S (đóng) để tăng ngỏ ra.
Uo

Hai tam giác Obd và Oca đồng dạng:
t
U
α = ON = đk
T
Uc max


+

U
_

S1

D1

io L
C

uo

_ Phản hồi
Đặt
+

[Bộ so sánh có trễ]

t

Bộ so sánh có trễ kết hợp mạch thay đổi độ rộng α và việc điều khiển hệ thống.
Nguyên lý này còn có các tên:

- điều khiển dùng rơ le có trễ
- điều khiển theo áp (dòng) ngỏ ra.




lá i MosFET

- Là thành phần quan trọng của ĐTCS hiện đại,

RS FF :
Đặt dòng

- độ rộng xung tối đa
- dòng phản hồi = dòng đặt
Bộ điều khiển áp cho ra tín hiệu đặt dòng để điều khiển áp ra.

4

Điều
khiển áp

3

OPTO2

1

- RESET: khóa ngắt điện S trong 2
trường hợp:

Phản hồi dòng

2


Q1

Q2

Q1

Khuếch
đại
Q2

Mạch lái nửa cầu điều khiển độc lập

Q2

Q1

(a)

Q1 (b)
Q2

(c)

thờ i gian chế t

mosFET N

Khuếch
đại


Được phép mang vào phòng thi

30 / 32 ch4 DK ap DC ppt.doc /ĐTCS&ƯD
Được phép mang vào phòng thi

ngắt điện.

Ví dụ mạch dùng BJT:

Vn

R6

- Nhiệm vụ chống trùng dẫn do R5
phụ trách.

R10

- R4, R3 có trò số rất bé làm cho
Q1 (Q2) tắt nhanh khi Q3 (Q4) bảo hòa
- R5 có trò số khá lớn (hàng chục
kohm) làm cho các mosFET mở chậm.
Mạch lái dùng vi mạch: họ vi
mạch IR21xx (International Rectifier).

Q3

R7

R1


IN: ngỏ vào (logic 3 đến 5V)
Deadtime 0.5 micro giây
SD (shut down) là tín hiệu cấm

Dòng xung cực đại +1.8A/ – 1.4A
khối bảo vệ áp nguồn thấp (UV detect) UV: under voltage


31 / 32 ch4 DK ap DC ppt.doc /ĐTCS&ƯD
Được phép mang vào phòng thi

32 / 32 ch4 DK ap DC ppt.doc /ĐTCS&ƯD
Được phép mang vào phòng thi
v

in

C

Nguồn
i
C

i
C
C

- Có thể cải thiện, nâng lên đến > 95%
Sơ đồ khối bộ nguồn diod có cos ϕ bằng 1:


3
2
4

in

C1

i
L

So sánh
Điề u khiể n á p

S

2Phả n

hồ i dò ng

6

C2

3

Đặ t dò ng

Shunt

3. Điều khiển động cơ DC
4. Nghòch lưu