biến đổi dc dòng liên tục

11

CHƯƠNG 3: BIẾN ĐỔI DCCHƯƠNG 3: BIẾN ĐỔI DC

o GIỚI THIỆUGIỚI THIỆU

o CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG LIÊN TỤCCÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG LIÊN TỤC

1.1.Mạch biến đổi giảm áp (Buck Converter)Mạch biến đổi giảm áp (Buck Converter)

2.2.Mạch biến đổi tăng áp (Boost Converter)Mạch biến đổi tăng áp (Boost Converter)

3.3.Mạch biến đổi tăng giảm ápMạch biến đổi tăng giảm áp

22

GIỚI THIỆUGIỚI THIỆU

•Dòng liên tục là dòng trong cuộn

cảm lúc nào cũng có trị dương trong

toàn chu kỳ.

• Để có điện áp DC lớn người ta

thường ghép nhiều bộ nối tiếp nhau.

•Mạch boost converter có thể tăng

điện áp và thay thế các viên pin.

33

GIỚI THIỆUGIỚI THIỆU

• Với hai viên pin ta có thể dùng

mạch Boost converter tăng điện áp

lên để sử dụng cho các xe điện và hệ

thống đèn trang trí.

•Để có điện áp DC lớn người ta

thường ghép nhiều bộ nối tiếp nhau.

44

CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG LIÊN TỤCCÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG LIÊN TỤC

LS

C+

-

V id c RD 1

1. Mạch biến đổi giảm áp• Sơ đồ nguyên lý

•Chức năng các linh kiện: S, L, C, D1, R.

•Các giả thiết khi phân giải:

55

S

D 1C

R

L

+

-

V id c

1. Mạch biến đổi giảm áp• Chế độ ON

dt

diLVVVVVV L

iLLi 00

L

VV

dt

di iL 0

Khi S đóng, do diode phân cực nghịch nên ngưng, ta có dòng điện chạy qua cuộn cảm. Điện thế cuộn cảm bằng:

)1(0

0

DTL

VVi

L

VV

DT

i

t

i

dt

di

iswonL

iLLL


66

LS

D 1C

R

+

-

V id c

1. Mạch biến đổi giảm áp• Chế độ OFF

Khi bật hở, diode trở nên phân cực thuận nên dẫn, và do đó cho dòng điện cuộn cảm chạy qua hình. Điện thế qua cuộn cảm khi bật hở:

L

V

dt

di

dt

diLVV LL

L0

0

)2(1

1

0

0

TDL

Vi

L

V

TD

i

t

i

swoffL

LL


77

1. Dạng sóng mạch biến đổi

giảm ápt

t

t

t

S

TOFFTON

vL

iL

iC

Vi

Vi-Vo

-Vo

ILmax

ILmin

IL=IO iL

iC

DT t


88


giảm ápt

t

t

t

S

TOFFTON

vL

iL

iC

Vi

Vi-Vo

-Vo

ILmax

ILmin

IL=IO iL

iC

DT t


99


giảm ápt

t

t

t

S

TOFFTON

vL

iL

iC

Vi

Vi-Vo

-Vo

ILmax

ILmin

IL=IO iL

iC

DT t


1010


giảm ápt

t

t

t

S

TOFFTON

vL

iL

iC

Vi

Vi-Vo

-Vo

ILmax

ILmin

IL=IO iL

iC

DT t


1111

1. Mạch biến đổi giảm áp• Dạng sóng

t

t

t

t

S

TOFFTON

vL

iL

iC

Vi

Vi-Vo

-Vo

ILmax

ILmin

IL=IO iL

iC

DT t

0 OFFLONL ii

Do sự thay đổi tổng cộng dòng điện chạy qua cuộn cảm khi S đóng và khi S hở là bằng không:


1212

1. Mạch biến đổi giảm áp

01)2()1(

0

00

TDL

VDT

L

VV

ii

i

swoffLswonL

iion

i VVVT

tDVV 00

TD

L

VDT

L

VDVDT

L

VVi i

swonL

10000

Hoạt động thường trực đòi hỏi dòng điện cuộn cảm tại cuối chu kỳ giao hoán bằng với trị số tại lúc bắt đầu nghĩa là sự thay đổi tổng cộng trong dòng cuộn cảm trên 1 chu kỳ là bằng không:


1313

1. Mạch biến đổi giảm áp •Dòng điện trung bình qua cuộn cảm:

•Dòng điện max và min qua cuộn cảm:

•Giá trị cực tiểu cuộn cảm:

•Độ dợn sóng ngõ ra:

R

VII RL

0

L

t

RV

Lf

D

RVI off

2

1

2

1100max

L

t

RV

Lf

D

RVI off

2

1

2

1100min

R

TDR

f

DL

2

1

2

1min

20

0

8

1

LCf

D

V

V


1414

2. Mạch biến đổi tăng áp• Sơ đồ nguyên lý



C

D 1L

RS

+

-

V id c


1515

2. Mạch biến đổi tăng áp• Chế độ ON

Khi S đóng, diode phân cực nghịch nên ngưng, dòng điện qua cuộn L tạo nên điện thế VL cho bởi:

+

-

V id c

C

R

V L=V i

S

D 1 L

V

dt

di

dt

diLVV iLL

iL

L

V

DT

i

t

i iLL

)3(L

DTVi i

swonL


1616

2. Mạch biến đổi tăng áp• Chế độ OFF

Khi S hở, diode phân cực thuận nên dẫn cho dòng qua cuộn cảm L tạo nên điện thế của cuộn cảm VL:

D 1

R

C+

-

V id cS

V L=V i-V o

L

VV

dt

di

dt

diLVVV iLL

iL0

0

L

VV

TD

i

t

i iLL 0

1

)4(

10

L

TDVVi i

swoffL


1717

2. Dạng sóng mạch biến đổi tăng

áp

iL

t

t

t

S

TOFFTON

vL

iLVi-Vo

Vi

ILmax

ILmin

IL

DT (1-D)T

t

Imax

Imin

iD


1818


áp

iL

t

t

t

S

TOFFTON

vL

iLVi-Vo

Vi

ILmax

ILmin

IL

DT (1-D)T

t

Imax

Imin

iD


1919


áp

iL

t

t

t

S

TOFFTON

vL

iLVi-Vo

Vi

ILmax

ILmin

IL

DT (1-D)T

t

Imax

Imin

iD


2020


áp

iL

t

t

t

S

TOFFTON

vL

iLVi-Vo

Vi

ILmax

ILmin

IL

DT (1-D)T

t

Imax

Imin

iD


2121

2. Mạch biến đổi tăng áp• Dạng sóng

0 OFFLONL ii

Do sự thay đổi tổng cộng dòng điện chạy qua cuộn cảm khi S đóng và khi S hở là bằng không:

iL

t

t

t

S

TOFFTON

vL

iL

Vi-Vo

Vi

ILmax

ILmin

IL

DT (1-D)T

t

Imax

Imin

iD


2222

2. Mạch biến đổi tăng áp Ở hoạt động thường trực, sự thay đổi tổng cộng dòng trong cuộn cảm phải bằng không, theo (3) và (4) ta được:

01

)4()3(

0

0

L

TDVV

L

DTV

ii

ii

swoffLswonL

D

VV i

10

L

DTV

L

TDD

VV

L

TDVVi i

ii

iLswoff

1

110


2323

2. Mạch biến đổi tăng áp •Dòng điện trung bình qua cuộn cảm:




RD

VI iL 21

L

DTV

RD

ViII ii

swon

LL 212 2max

L

DTV

RD

ViII ii

swoff

LL 212 2min

f

RDDL

RDDLf

2

1

2

1 2

min

2

min

RCf

D

V

V

0

0


2424

3. Mạch biến đổi tăng-giảm áp• Sơ đồ nguyên lý



+

-

V id cL

S

R

D 1

C


2525

3. Mạch biến đổi tăng-giảm

áp• Chế độ ON

Khi S đóng, diode phân cực nghịch nên ngưng, dòng điện qua cuộn L tạo nên điện thế VL cho bởi:

+

-

V id c

C

R

S D 1

L

L

V

dt

di

dt

diLVV iLL

iL

L

V

DT

i

t

i iLL

)5(L

DTVi i

swonL


2626

3. Mạch biến đổi tăng-giảm

áp• Chế độ OFF Khi S hở, dòng trong cuộn cảm không

thay đổi tức thời, diode phân cực thuận nên dẫn cho dòng qua tụ và tải tạo nên điện thế của cuộn cảm VL:

R

S D 1

+

-

V id c

C

L

L

V

dt

di

dt

diLVV LL

L0

0

L

V

TD

i

t

i LL 0

1

)6(

10L

TDVi swoffL


2727

3.Dạng sóng bộ biến đổi tăng-giảm

ápt

t

t

S

TOFFTON

vL

iL

Vo

Vi

ILmax

ILmin

IL iL

DT


2828


ápt

t

t

S

TOFFTON

vL

iL

Vo

Vi

ILmax

ILmin

IL iL

DT


2929


ápt

t

t

S

TOFFTON

vL

iL

Vo

Vi

ILmax

ILmin

IL iL

DT


3030


ápt

t

t

S

TOFFTON

vL

iL

Vo

Vi

ILmax

ILmin

IL iL

DT


3131

3. Mạch biến đổi tăng-giảm áp• Dạng sóng

0 OFFLONL ii

Tùy theo bật S đóng hay mở sẽ cung cấp điện làm diode ngưng hay dẫn và do đó sẽ cấp dòng cho tải. Do cách mắc diode nên điện thế ra V0 có trị âm. Ta có mạch tương đương ở hình

t

t

t

S

TOFFTON

vL

iL

Vo

Vi

ILmax

ILmin

IL iL

DT


3232

Ở hoạt động thường trực, sự thay đổi tổng cộng dòng trong cuộn cảm phải bằng không, theo (5) và (6) ta được:

0

1

0

0

L

TDV

L

DTV

ii

i

swoffLswonL

D

DV

D

DVV i

i

110

L

DTV

L

TDDDV

L

TDVi

i

i

Lswoff

11

10

•Nếu D > 0,5: điện thế

ra lớn hơn điện thế vào.

•Nếu D < 0,5: điện thế

ra nhỏ hơn điện thế vào.


3. Mạch biến đổi tăng-giảm áp

3333

•Dòng điện trung bình qua cuộn cảm:




2

2

20

)1(

1

DR

DV

RDV

D

DV

RDV

VI i

i

i

iL

L

DTV

RD

DViII ii

swon

LL 212 2max

L

DTV

RD

DViII ii

swoff

LL 212 2min

f

RDL

RDLf

2

1

2

1 2

min

2

min

RCf

DV

RC

DTVV 000


3. Mạch biến đổi tăng-giảm áp

3434

4. Bộ chuyển đổi C’uk• Sơ đồ nguyên lý

•Chức năng các linh kiện: S, L1, L2,

C1, C2, D1, R.


+

-

V s

C 1 L2L1

RS

C 2D 1


3535

4. Bộ chuyển đổi C’uk• Chế độ ON Ta có các mạch tương đương khi S đóng như ở

hình

Điện thế trung bình của tụ C1 được tính theo

định luật Kirchhoff về điện thế

Trị số điện thế trung bình qua cuộn cảm bằng

không ở chế độ thường trực

R

C 2

L1

S

iC 1=-iL 2

+

-

V s

L2

D 101 VVV ic

21 Lswonc Ii


3636

D 1

L1

R

iC 1= iL 1

S

+

-

V s

L2

C 2

Ta có các mạch tương đương khi S đóng như ở

hình

Điện thế trung bình của tụ C1 được tính theo

định luật Kirchhoff về điện thế.

Trị số điện thế trung bình qua cuộn cảm bằng

không ở chế độ thường trực.01 VVV ic

11 Lswoffc Ii

4. Bộ chuyển đổi C’uk• Chế độ OFF


3737

Công suất hấp thụ của tải bằng với công suất cấp điện:

•Nếu D > 0,5: điện

thế ra lớn hơn điện

thế vào.

•Nếu D < 0,5: điện

thế ra nhỏ hơn điện

thế vào.

0111 TDiDTi swoffcswonc

D

D

I

ITDIDTI

L

LLL

1

012

112

iL

LLLii V

V

I

IIVIVPP 0

2

12010

D

DVV i 10

4. Bộ chuyển đổi C’uk


3838

•Lưu ý rằng các linh kiện L2, C2 và R có cùng cấu hình như bộ chuyển đổi hạ thế và dòng qua cuộn cảm có cùng dạng với bộ chuyển đổi hạ thế. Do đó, độ dợn sóng hoặc sự thay đổi trong điện thế ra cũng sẽ bằng với của bộ chuyển đổi hạ thế. :

•Độ dợn sóng ngõ ra C1:

2220

0

8

1

fCL

D

V

V

HAYD

D

fRC

VTD

C

IdtI

Cv iL

T

DT Lc

11

1 2

11

11

11

fRC

DVvc

1

01

4. Bộ chuyển đổi C’uk


3939

CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤCCÁC BỘ BIẾN ĐỔI DÒNG KHÔNG LIÊN TỤC

•Sự tăng giảm của dòng qua cuộn cảm có thể tính bằng cách xem điện thế cuộn cảm khi bật S đóng:

•Điện thế qua L2 khi bật S đóng:

•Với dòng liên tục trong cuộn cảm, dòng trung bình phải lớn hơn 1/2 sự thay đổi trong dòng. Ta có trị số cực tiểu của các cuộn cảm:

4. Bộ chuyển đổi C’uk:

dt

diLVv L

iL1

11 fL

DV

L

DTVi

L

V

DT

i iiL

iL

111

1

1

dt

diLVVVVv L

iiL2

2002

•Dòng điện iL2 là:fL

DV

L

DTVi iiL

222

Df

RDL

2

1 2

min,1

f

RDL

2

1min,2

4040

BIẾN ĐỔI DC

DÒNG KHÔNG

LIÊN TỤC

biến đổi dc dòng liên tục

Technology