Điện tử công suất 1

4-1
CHƯƠNG BỐN BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU

Bộ biến đổi điện áp một chiều dùng để điều khiển trò trung bình điện áp một chiều ở
ngõ ra từ một nguồn điện áp một chiều không đổi. Điện áp trên tải có dạng xung tạo thành
từ quá trình đóng ngắt liên tục nguồn điện áp một chiều không thay đổi vào tải. Do đó, bộ
biến đổi còn được gọi là bộ biến đổi điện áp một chiều dạng xung.
4.1 BỘ GIẢM ÁP * Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động.
Mạch bộ giảm áp gồm nguồn điện áp một chiều không đổi U mắc nối tiếp với tải qua
công tắc S. Tải một chiều tổng quát gồm RL và sức điện động E (ví dụ động cơ một chiều).
Diode không V
0
mắc đối song với tải (hình H4.1a).
Nguồn một chiều có thể lấy từ acquy, pin điện, hoặc từ nguồn áp xoay chiều qua bộ
chỉnh lưu không điều khiển và mạch lọc. Công tắc S có chức năng điều khiển đóng và ngắt
được dòng điện đi qua nó. Do tính năng trên nên công tắc S phải là linh kiện tự chuyển
mạch, chẳng hạn transistor (BJT, MOSFET, IGBT), GTO hoặc ở dạng kết hợp gồm
thyristor (SCR) với bộ chuyển mạch.
Tải một chiều hay gặp trong thực tế là động cơ một chiều.
Phân tích: ( hình H4.1b)
Việc phân tích thực hiện với giả thiết dòng điện qua tải liên tục. Do cấu tạo mạch chỉ
chứa công tắc S với hai trạng thái hoạt động là đóng và ngắt dòng điện nên ta phân tích
mạch theo hai trạng thái cơ bản này.


Giải hệ phương trình vi phân trên, ta có nghiệm dòng điện đi qua tải dưới dạng :
Điện tử công suất 1

4-2

()
τ
−
τ
−
+
⎟
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎜
⎝
⎛
−
−
=
t
0
t
t
e.ie1

tiếp tục đi theo chiều
cũ và khép kín qua diode không V
0
thuận chiều đang dẫn của nó. Phương trình mô tả trạng
thái mạch (V
0
,RLE):
u
t
=0
u
t
= R.i
t
+
E
dt
di
L
t
+
(4.3)
Điều kiện ban đầu của (4.3): từ (4.2), dòng điện tải i
t
đạt giá trò tại thời điểm t=T
1
:

()
0

τ
−
−
τ
−
−
+
⎟
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎜
⎝
⎛
−
−
=
11
Tt
1
Tt
t
e.ie1
R
E
ti
(4.4)

công tắc S (T
1
<t<t
2
): dòng điện tải liên tục
giảm và trạng thái mạch được mô tả bởi
phương trình (4.3) và (4.4). Nghiệm dòng
điện tải theo hệ thức (4.4) giảm và đạt giá trò
0 tại thời điểm t
2
thỏa mãn điều kiện:
Điện tử công suất 1

4-3
()
0e.ie1
R
E
ti
1212
Tt
1
Tt
2t
=+
⎟
⎟
⎟
⎠
⎞

+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−τ=
τ
11e
E
U
ln.t
1
T
2
(4.6)
Giai đoạn dòng tải gián đoạn (t
2
<t<T): điện áp trên tải bằng E.
Trò trung bình điện áp trên tải: dễ dàng dẫn giải điện áp trung bình trên tải theo hệ
thức (4.7):
)
T
t
1.(E.U
T
t

2
), ta điều khiển trò trung bình áp tải và dòng tải theo các hệ thức :

T
T
;.U
T
T
.U
T
T.0T.U
dt.u.
T
1
U
11
T
0
21
tt
=γγ==
+
==
∫
(4.8)
UU01
T
T
0Do
t


cho phép dòng điện dẫn theo chiều từ tải về nguồn và ngăn dòng điện đi theo chiều ngược
lại.
Phân tích hoạt động mạch bộ tăng áp ở chế độ dòng điện tải liên tục và mạch ở xác lập
(hình H4.4):

Trạng thái đóng S- khoảng thời gian (0<t<T
1
). Dòng điện khép kín qua mạch
(RLE,S). Phương trình mô tả trạng thái S đóng :
u
t
=0
u
t
= - R.i
t
-
E
dt
di
L
t
+
(4.10)

()
0t0t
i)0(iti ==
- với giả thiết thời điểm đầu chu kỳ khảo sát t

⎛
−=
τ
−
(4.11)
Tại thời điểm cuối khoảng đang xét, ta có t=T
1
và i
t
(T
1
)=i
t
;
R
L
=
τ

Năng lượng do sức điện động E phát ra một phần tiêu hao trên điện trở, phần còn lại
dự trữ trong cuộn kháng L.

Trạng thái V
0 –
khoảng thời gian (T
1
<t<T): Công tắc S bò kích ngắt trong khoảng thời
gian T
2
. Dòng qua công tắc S triệt tiêu. Do tính liên tục của dòng qua tải chứa L nên dòng

0t
ie1i
R
UE
ti
1
+
⎟
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎜
⎝
⎛
−
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
−
=
τ
−
−

dt.u.
T
1
U
12
T
0
21
tt
=γγ−==
+
==
∫
(4.14)
UU01
T
T
0Do
t
1
≤≤⇒≤=γ≤

R
EU
I
t
t
+−
=
(4.15)

= T
1
/ T
Kỹ thuật điều khiển tỉ số
có thể thực hiện dựa vào hai tín hiệu cơ bản: sóng mang
dạng răng cưa u
γ
p
và sóng điều khiển một chiều u
dk
.
Hai dạng sóng này được đưa vào bộ so sánh và tín hiệu ngõ ra được dùng để kích đóng
công tắc S.
Sóng mang có tần số không đổi và bằng tần số đóng ngắt công tắc S. Tần số thành
phần xoay chiều hài cơ bản của điện áp tải bằng tần số cố đònh này. Do đó, sóng điện áp
tạo thành dễ lọc.
Sóng điều khiển một chiều có độ lớn tỉ lệ với điện áp trung bình trên tải .
Xét bộ giảm áp (hình H4.1a,b)
Gọi U
pM
là biên độ sóng mang dạng răng cưa, u
dk
là độ lớn sóng điều khiển một chiều
; U là điện áp nguồn một chiều không đổi.
Từ giản đồ kích đóng S và các quá trình điện áp ở chế độ dòng liên tục, ta dễ dàng
xác đònh hệ thức tính áp tải trung bình theo áp điều khiển:

PM
dk
t