Moân hoïc
ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT II A
THIEÁT KEÁ - ÑIEÀU KHIEÅN - ÖÙNG DUÏNG)
TAØI LIEÄU THAM KHAŒO
- Power Electronics : Converters , Applications , and Design , NED MOHAN ,
New York, John Wiley, 3 rd edition 2003 .
- Electric drives, Ion Boldea, CRC, 2nd edition 2005
- Modern Power Electronics and AC Drives, B.K.Bose, Prentice Hall,
Englewood Cliffs, N. J., 2003
- Ñieàu chænh Töï ñoäng Truyeàn ñoäng ñieän, Buøi Quoác Khaùnh vaø moät soá taùc giaû khaùc,
NXB Khoa hoïc Kyõ thuaät, Haø noäi, in laàn 2, 2001
- Ñieàu khieån soá ñoäng cô ñieän, Vuõ vaên Doanh, NXB Khoa hoïc Kyõ thuaät, Haø noäi,
1999
CHÖÔNG TRÌNH
Chöông moät : Caùc ngaét ñieän baùn daãn
Tính choïn vaø baûo veä – Maïch laùi ngaét ñieän.
Chöông hai : Boä nguoàn moät chieàu baùn daãn
Caùc boä nguoàn moät chieàu ñieàu khieån pha : Sô ñoà khoái - phaïm vi öùng duïng – Caùc
böôùc thieát keá – Tính toaùn maïch loïc
Maïch phaùt xung ñieàu khieån pha
Heä thoáng ñieàu khieån nhieàu voøng.
Caáp ñieän ñoùng ngaét: Sô ñoà khoái – Khaûo saùt caáp ñieän duøng boä bieán ñoåi loaïi Flyback. –
Maïch ñieàu khieån.
Chöông ba: Heä thoáng ñieàu khieån ñoäng cô moät chieàu duøng boä bieán ñoåi
Caùc vaán ñeà cuûa truyeàn ñoäng ñieän töï ñoäng duøng boä bieán ñoåi
Sô ñoà heä thoáng chænh löu ñoäng cô vaø caùc cheá ñoä laøm vieäc – Giôùi thieäu boä bieán ñoåi ñaûo
chieàu vaø truyeàn ñoäng ñieän ñaûo chieàu quay.
Heä thoáng duøng boä bieán ñoåi aùp moät chieàu (Chopper) – Heä thoáng ñieàu khieån ñoäng cô chaáp
haønh moät chieàu.
HT ñieàu khieån ñoäng cô böôùc.
Chöông boán : Heä thoáng ñieàu khieån ñoäng cô xoay chieàu duøng boä bieán ñoåi
Ñaëc tính ñoäng cô xoay chieàu : Phöông trình ñaëc tính cô - söï laøm vieäc ôû nguoàn khoâng
hình sin.
Ñieàu chænh aùp ñoäng cô xoay chieàu : sô ñoà khôûi ñoäng ñoäng cô KÑB.
Ñieàu chænh taàn soá ñoäng cô xoay chieàu : caùc nguyeân taéc thay ñoåi ñieän aùp , haïn cheá soùng
haøi - sô ñoà ñieàu khieån nghòch löu nguoàn aùp - sô ñoà ñieàu khieån bieán taàn V/F . Ñieàu khieån vecto.
Ñieàu khieån ñoäng cô ñoàng boä.
Trang 1/ chuong 1.doc
Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
Chöông naêm: Boä nguoàn xoay chieàu baùn daãn
Nguoàn taàn soá coâng nghieäp : Nguyeân lyù OÅn aùp AC vaø UPS.
Nguoàn taàn soá cao vaø gia nhieät caûm öùng : nguyeân taéc gia nhieät caûm öùng - nghòch löu noái
tieâp - nghòch löu song song . Caùc boä nguoàn taàn soá cao duøng thyristor
***********************************************************************************
NGAÉT ÑIEÄN BAÙN DAÃN
CHÖÔNG MOÄT :
I. TÍNH CHOÏN NÑBD :
1. Loaïi linh kieän coâng suất:
a. Diod:
- Chænh löu (+ taàn soá thaáp),
phuïc hoài nhanh (fast recovery) laøm vieäc ôû taàn soá cao.
- coâng ngheä thöôøng – suït aùp moái noái pn ≈ 0.7 V, Schotty – suït aùp moái
noái pn ≈ 0.3 V, chænh löu taàn soá cao nhöng aùp khoùa thaáp.
b. SCR:
- Chænh löu, Nghòch löu.
- Ñaëc tính cöïc coång: amplified: doøng kích beù, LASCR: kích baèng
quang
c. GTO vaø Thyristor-coù-caáu-truùc-phöùc-taïp: Söû duïng cho boä bieán ñoåi duøng NÑBD moät
chieàu (taét cöôõng böùc) ôû coâng suaát lôùn, aùp raát cao.
- BJT:
- SW: ñoùng ngaét, AF: aâm taàn, IF hay HF: cao taàn, low noise: ít nhieãu.
- Choïn theo heä soá khueách ñaïi, Darlington
- MosFET:
AF (ít gaëp), SW (thoâng duïng), doøng < 60A (doøng ñònh möùc giaûm
nhanh khi aùp khoùa taêng).
- IGBT:
coù theå xem laø noái taàng MosFET + BJT, chæ coù coâng duïng ñoùng ngaét,
cheá taïo ôû doøng lôùn (> vaøi chuïc A).
2.Ñònh möùc aùp:
VDRM > katV * Vlvmax
Vlvmax : AÙp laøm vieäc max.
VDRM : AÙp khoùa.
katV : heä soá an toaøn aùp ≥ 2.
3. Ñònh möùc doøng:
Cô sôû cho vieäc tính choïn ñònh möùc doøng laøsöï phaùt noùng cuûa linh kieän khi laøm vieäc.
Ñieàu kieän:
Nhieät ñoä moái noái θJ < Nhieät ñoä cho pheùp θcp
- Söï truyeàn nhieät töø tinh theå baùn daãn ra moâi tröoøng xung quanh:
moái noái θJ Æ voû SCR θC Æ taûn nhieät θH Æ moâi tröôøng θA.
Trang 2/ chuong 1.doc
Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
töông öùng phöông trình:
θ J − θ A = ΔP ⋅ ( R JC + R CH + R HA )
+ RJC: ñieän trôû nhieät moái noái (Junction) – voû (Case)
+ RCH: ñieän trôû nhieät voû – taûn nhieät (Heatsink)
+ RHA: ñieän trôû nhieät taûn nhieät – moâi tröôøng (Ambience)
Giaûi maïch ÑTCS => toån hao coâng suaát ΔP
Tính toaùn nhieät => θJ .
Neáu θJ < θcp thì naâng ñònh möùc linh kieän (giaûm
RJC) hay caûi thieän ñieàu kieän taûn nhieät (giaûm RHA , RCH).
- Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán khaû naêng taûi:
Löïc eùp vaø beà maët tieáp xuùc linh kieän – taûn nhieät.
Nhieät ñoä moâi tröôøng.
Caùch laép linh kieän coâng suaát voû
TO220AB vaøo taûn nhieät
Cheá ñoä taûn nhieät: trong buoàng kín, ñoái löu töï
nhieân, cöôõng böùc.
- Phöông phaùp tính gaàn ñuùng: Choïn theo doøng trung bình hay hieäu duïng + kieåm tra
nhieät ñoä voû linh kieän.
Doøng laøm vieäc trung bình IO < Giaù trò trung bình ñònh möùc IAVE hay
Doøng laøm vieäc hieäu duïng IR < Giaù trò hieäu duïng ñònh möùc IRMS
Quan heä giöõa hai giaù trò naøy cuûa chænh löu (D hay SCR):
IRMS = 1.57 IAVE
Ñoái vôùi transistor (BJT, MosFET): xem caùc ñoà thò cuûa nhaø saûn xuaát, IRMS , IAVE laø
haøm soá cuûa daïng doøng ñieän.
Heä soá an toaøn doøng 1.3 – 2.
- Söû duïng doøng ñieän max cho caùc linh kieän gaén maïch in hay ñònh möùc beù (< 20A).
4. Caùch laép ñaët (voû – case), cheá ñoä taûn nhieät (SCR), cheá ñoä caùch ñieän vôùi voû.
TO220AB
TO48
(TO208AA)
TO118
(TO209AE)
TO200AB
ADD A-PAK
5. Phaân loaïi theo chaát löôïng:
Haøng khoâng, quaân söï – coâng nghieäp – thöông maïi.
Trang 3/ chuong 1.doc
Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
II. BAÛO VEÄ LINH KIEÄN VAØ BBÑ:
1.Baûo veä doøng:
+ Baûo veä doøng cöïc ñaïi ( ngaén maïch – quaù doøng töùc thôøi):
Caàu chì taùc ñoäng nhanh: thoâng soáø
∫T i
2
dt (tích phaân doøng bình phöông): baûo
veä linh kieän coâng suaát.
Caàu chì thoâng thöôøng: Taùch rôøi phaàn hö hoûng, haïn cheá lan truyeàn.
CB ( ngaét maïch töï ñoäng – Aptomat ): nhö caàu chì thoâng thöôøng
+ Baûo veä quaù taûi ( quaù doøng coù thôøi gian ):
CB ( ngaét maïch töï ñoäng – Aptomat )
Rô le nhieät
Maïch haïn doøng cuûa boä ñieàu khieån voøng kín.
2. Baûo veä aùp: (quaù aùp daïng xung)
260v
R4
10k
C
103
FR105
T
IRF450
(4)
RC noái tieáp maéc song song (1), Varistor laø loaïi ñieän trôû giaûm nhanh khi aùp lôùn hôn trò
soá ngöôõng (2), vaø caùc boä loïc nhieãu nguoàn(3) goàm caùc maéc loïc LC hình π. Coù theå choáng caùc
xung aùp ôû maïch DC baèng maïch D + R + C nhö hình (4).
RC (Snubber) song song ngaét ñieän.
II. MAÏCH LAÙI NÑBD:
Ñieà u khieå n
voø ng kín
Sô ñoà khoái heä thoáng ñieàu khieån BBÑ:
Maï ch
phaù t xung
Ñieàu khieån
Khueá ch ñaï i
xung
Gheù p
noá i
NÑBD
Maïch laùi (driver)
1. Maïch laùi Thyristor: Phaân loaïi theo caùch
gheùp.
a. Gheùp tröïc tieáp:
Maïch laùi = maïch khueách ñaïi doøng,
thöôøng taûi cöïc E, cung caáp IG > IGT
Soá lieäu thöôøng gaëp:
VGT = 2 volt ; IG = Iñm /KI vôùi KI = 100..300
6V
XUNG DK
100
R1
220
R2
R4
2.2 ohm
Q1
C1061
2.2 ohm
R5
SCR
0.1 uF
C1
R3
100
R?
R
b. Gheùp quang:
Muïc ñích: caùch ly Ñieàu khieån - Ñoäng löïc
Trang 4/ chuong 1.doc
Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
Duøng OPTRON (Optocoupler) transistor
(thoâng duïng) vaø OPTRON Triac hoï MOC ñeå
ñieàu khieån ôû aùp AC beù hôn hay baèng 220 V.
6V
OPTO1
4
2
3
2.2 ohm
Q1
Q2
OPTRON = LED + linh kieän quang ñieän;
duøng ñeå truyeàn xung qua moâi tröôøng quang.
OPTRON thoâng thöôøng coù thôøi gian treã lôùn
hôn vaøi micro giaây => taàn soá toái ña ñeán vaøi
chuïc KHz.
1
1K
2.2 ohm
4K7
R1
4K7
R2
4k7
SCR
100
Sô ñoà kích SCR duøng OPTRON thoâng thöôøng.
OPTRON hoï MOC cuûa Motorola coù linh
kieän quang ñieän laø phototriac coù aùp khoaù ñeán
400 volt, doøng vaøi chuïc mA cho pheùp kích
TRIAC < 10 A tröïc tieáp ôû ñieän 220 VAC
Höôùng daãn söû duïng OPTRON hoï MOC
(cuûa Motorola) ñeå laùi TRIAC.
c. Gheùp bieán aùp:
Nguyeân taéc bieán aùp xung (BAX): Khi ñaët haøm naác vaøo sô caáp BAX, doøng töø hoùa sô
caáp vaø töø thoâng loõi theùp taêng theo haøm muõ vaø ôû thöù caáp seõ coù aùp caûm öùng tæ leä vôùi ñaïo haøm
töø thoâng loõi theùp naøy. Khi aùp sô caáp baèng 0 (heát xung), doøng töø hoaù cuûa BAX caàn coù ñöôøng
phoùng ñieän (thöôøng qua D phoùng ñieän song song ngöôïc sô caáp).
Trang 5/ chuong 1.doc
Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
Maïch laùi xung heïp:
BAX
VCC
100
D2
SCR
47n
D2
3k3
3.3 ohm
D1
3k3
Q1
3k3
Maïch laùi xung heïp duøng BAX
Daïng xung doøng, aùp
Yeâu caàu cuûa daïng xung ñeå BAX laøm vieäc:
+ Thôøi gian coù xung ñuû nhoû ñeå maïch töø khoâng baûo hoøa.
+ Thôøi gian nghó ñuû lôùn ñeå doøng töø hoaù bieán aùp (kheùp maïch qua diod phoùng
ñieän D2) veà 0.
= > BAX truyeàn ñöôïc xung heïp: thôøi gian nghó >> thôøi gian coù xung.
Maïch laùi SCR xung roäng duøng BA:
T1
BAX
ÑK
SCR P
AÙp pha
3k3
22
SCR
100
24VX
D19
Dao ñoäng
D25
TRANSCT
47n
220/9 VAC
D23
R36
3.3
C22
2u2
SCR
100
R37
Q1
3k3
BAX
Maïch söû duïng chuoãi xung
Maïch söû duïng SCR phuï
2. Maïch laùi Transistor:
a. Daïng xung ñieàu khieån toái öu:
- Thí nghieäm ñoùng ngaét taûi R vaø RL:
VCC
L
VCC
i
i
VBB
C
Rt
R2
R1
Rt
VBB
Q
v
CE
(a) Doøng aùp taûi R
Trang 6/ chuong 1.doc
C
Q
R2
R1
v
CE
(b) Daïng doøng aùp khoâng vaø coù Snubber (1)
taûi RL
Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
Nhaän xeùt doøng aùp treân transistor khoâng thay ñoài töùc thôøi khi ñoùng ngaét chöùng toû laø
coâng suaát töùc thôøi tieâu taùn treân linh kieän raát lôùn luùc naøy. Söï phaùt nhieät naøy khoâng ñaùng keå
khi taàn soá ñoùng ngaét beù nhöng trôû leân laø tieâu hao chính cuûa transistor khi laøm vieäc trong caùc
boä bieán ñoåi hieän ñaïi coù taàn soá ñoùng ngaét lôùn .
Icb
Idt
i
VBB
t
R2
B
D
R
Q
C
R1
Ing
Daïng doøng cöïc B toái öu cho ñoùng ngaét
maïch Snubber
Ñeåø giaûm toái thieåu toån hao coâng suaát nhaèm naâng taàn soá laøm vieäc leân cao:
+ Duøng maïch hoã trôï chuyeån maïch (ví duï nhö maïch Snubber cho quaù trình ngaét)
+ Duøng maïch laùi taïo doøng cöïc B toái öu ñeå transistor coù theå chuyeån maïch nhanh.
Tuï moái noái BE coù aûnh höôûng lôùn ñeán quaù trình ñoùng ngaét cuûa BJT. Doøng IB toái öu
phaûi coù khaûnaêng nạp vaø xaûnhanh tuï ñieän naøy.
Icb laø trò soá doøng ñieän cöôõng böùc naïp tuï ñeå BJT ñoùng nhanh, Idt laø doøng ñieän vöøa ñuû
duy trì söï baûo hoøa cuûa transistor (khoâng baûo hoøa saâu) vaø Ing laø doøng xaû tuï, giuùp taét nhanh.
b. Sô ñoà gheùp tröïc tieáp:
- Taùc duïng RB, tuï gia toác.(a)
- Transistor Darlington vaø nguyeân lyù maïch keïp Baker (b)
- Maïch laùi tích cöïc (d)
VCC
1uF
C
VBB
R3
Q
R2
R1
(a)
Q1
R2
Q2
D
(b) R1
T
Q2
Q
2.2k
(c)
Q
Q1
- VCC
(d)
c. Gheùp bieán aùp vaø maïch laùi tæ leä (c)
d. Gheùp baèng quang (OPTRON): Duøng nguoàn ñoäc laäp cho maïch laùi.
OPTRON (Caùch ly tín hieäu ÑK) + söûa daïng + khueách ñaïi coâng suaát (Gheùp tröïc tieáp).
Maïch ñieän töông töï nhö laùi SCR.
Trang 7/ chuong 1.doc
Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
3. Maïch laùi MosFET vaø IGBT:
- Ñieàu khieån baèng aùp.
D
Dz7v2
- Caùc thoâng soá:
C4
330p
G
Ngöôõng ñieän aùp ñieàu khieån 3 – 5 V
Tieâu bieåu
0 – 10 V (hay 15 V)
+/- 10 V (hay 15 V)
Giôùi haïn hö hoûng cöïc coång (thoâng
thöôøng)
+/- 20 V
0 .. 15volt
S
R11
510/3W
22K
47
D4
Maïch laùi MOSFET 5 – 7 A laøm vieäc ôû BBÑ
Flyback 50 kHz.
- Maïch laùi:
Taàn soá thaáp: laùi tröïc tieáp töø vi maïch 12V
Taàn soá cao: Maïch laùi töông töï BJT nhöng caáp ñieän 15 – 20V.
4. Maïch laùi MOSFET coâng suaát coù baûo veä doøng:
Hình 4.19 ñöôïc trích töø moät taïp chí ñieän töû coâng nghieäp ñeå tham khaûo moät maïch laùi
MosFET coâng suaát coù baûo veä doøng. Ñoäng cô moät chieàu M laø taûi cuûa BBÑ xung ñieän aùp vôùi
ngaét ñieän laø MosFET 12A / 60V, maõ hieäu IRF131. Taùc ñoäng baûo veä doøng ñöôïc thöïc hieän
qua R - S Flip Flop. Nguyeân lyù naøy coøn gaëp trong caùc vi maïch ñieàu khieån boä nguoàn xung.
+V
+V
R
-Q
M
RS FF
VI PHAÂN
S
Q
C
D
M
5
D
15v
ÑK
OPTRON
Q
COÅNG
10K
330
4
1
SO
SAÙNH
(a)
4
6 1k
3
1
7
2
1K
ferrite
1nF
100
io 2N2222
0.33 ohm
3
Hình 4.19
Imax
2
SHUNT
15v
IRF131
OPTRON
220
(b)
R - S flip flop, ñöôïc set ôû moãi ñaàu chu kyø ñoùng ngaét vaø reset khi doøng vöôït quaù giaù
trò cho pheùp. Nhö vaäy khi coù quaù doøng,
4
MosFET seõ bò khoùa ngay, nhöng laïi ñöôïc
cho pheùp ôû chu kyø ñoùng ngaét keá tieáp.
3
Keát quaû laø khi coù quaù doøng, ñoä roäng
io
xung töông ñoái seõ giaûm ñeå haïn cheá doøng cöïc C
ñaïi. Caùc daïng soùng cho ôû hình 4.19.c:
4: ngoû ra coång NAND 4, laø tín hieäu 7
ñieàu roäng xung töø maïch ñieàu khieån, qua
optron.
Hình 4.19.c
t
t
t
t
3: ngoû ra coång NAND 3, tín hieäu set cuûa RS flip flop.
C: cöïc C cuûa BJT 2N2222, xuoáng thaáp khi doøng vöôït quaù giaù trò ñaët xaùc ñònh baèng
bieán trôû 100 ohm, noái song song vôùi shunt 0.33 ohm ñeå laáy tín hieäu doøng iO.
7: tín hieäu cöïc coång MosFET.
Caùc coång NAND 6, 1, 2, 7 söû duïng CD4011 laø CMOS caáp ñieän 15V, laùi tröïc tieáp
MosFET baèng daây daãn ñi qua oáng ferrite ñeå choáng dao ñoäng vaø nhieãu taàn soá cao, ôû vò trí cuûa
7 coù theå duøng coång NAND song song ñeå taêng khaû naêng taûi doøng. Caùc coång 4, 3, 5 laø caùc
Trang 8/ chuong 1.doc
Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
coång NAND Smit-tri-gô CD4093 cho pheùp söûa daïng xung.
5. Maïch laùi GTO:
•
SW1
Nguyeân lyùñieàu khieån:
kích daãn IA/IG = vaøi chuïc
kích ngaét IA/-IG < 10 nhôø –Vbias.
•
•
R1
GTO
+V
R2
- Vbias
D3
Snubber coù C lôùn khaéc phuïc
nhöôïc ñieåm du/dt thaáp
D1
E
Xung – IG coù bieân ñoä lôùn do C
phoùng ñieän, - IA/IG < 10 .
D2
T
C1
- Maïch ví duï.
SW2
6. Caùch taïo nguoàn aâm cho BJT, IGBT vaø GTO:
5v
24v
taûi < 1A
4
1
R4
3k3
3
2
ÑK
R4
1k
OPTO
Q3
R4
3k3
1N4007
R2
1k
1N4007
10u
DZ1
12v
MosFET
taûi 10A
SO SAÙNH 2 MAÏCH LAÙI SAU:
R4
1k
R5
220
R4
3k3
10 mA
Q3
Q1
4
R2
1k
15v
10 mA
OPTO
3
2
3
2
Trang 9/ chuong 1.doc
R3
330
1
4
1
OPTO
C 103
IGBT hay MosFET
15v
R5
330
R3
100
DZ1
12v
MosFET
Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
II.4 HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN VOØNG KÍN:
1. Baøi toaùn ñieàu khieån BBÑ:
Ngoaøi tính caùch laø moät heä thoáng töï ñoäng (HTTÑ) - yeâu caàu ñaûm baûo chaát löôïng ngoû ra
trong cheá ñoä tónh (xaùc laäp) vaø ñoäng (quaù ñoä), BBÑ coøn coù hai baøi toaùn quan troïng sau:
- Doøng ñieän qua BBÑ hay caùc ñaïi löôïng cuûa taûi phuï thuoäc doøng ñieän (nhö momen cuûa
ñoäng cô moät chieàu) phaûi ñöôïc haïn cheá khoâng vöôït quaù giaù trò cho pheùp.
- Ñieàu khieån quaù trình khôûi ñoäng vaø döøng BBÑ.
Moät caùch toång quaùt, lyù thuyeát ÑKTÑ coù theå ñöôïc söû duïng ñeå giaûi caùc baøi toaùn treân. Tuy
nhieân, ta thöôøng gaëp ôû caùc BBÑ coâng nghieäp moät sô ñoà ñieàu khieån voøng kín gioáng nhau, ñoù laø
heä thoáng ñieàu khieån (HTÑK) nhieàu voøng. HTÑK naøy coøn goïi laø ñieàu khieån traïng thaùi hay toïa
ñoä vì caùc bieán caàn ÑK cuõng laø caùc bieán traïng thaùi cuûa HT – cuõng laø caùc toïa ñoä cuûa maët phaúng
pha moâ taû HT.
Caùc vaán ñeà cuûa HTÑK ñöôïc khaûo saùt trong muïc naøy coù theå ñöôïc duøng cho caùc boä nguoàn
DC vôùi caùc taûi khaùc nhau, töø caáp ñieän cho maïch ñieän töû hay ñieän phaân ñeán ñieàu khieån ñoäng cô
trong chöông sau.
2. HTÑK toïa ñoä:
ñaët2
Ñieàu khieån
+
_
ÑKx2
Hình II.4.1
ñaët1
+
_
Ñoái töôïng
ÑKx1
P1
x1
P2
x2
phaûn hoài
Heä thoáng ñieàu khieån toïa ñoä coù sô ñoà khoái nhö hình II.4.1, bao goàm:
- ñoái töôïng ñieàu khieån laø nhieàu khoái quaùn tính noái tieáp (treân hình laø hai khoái noái tieáp P1
vaø P2), thöôøng laø BBÑ (ngoû vaøo laø tín hieäu ñieàu khieån), taûi cuûa noù vaø caùc maùy saûn xuaát. Ngoû ra
cuûa caùc khoái naøy seõ laø nhöõng thoâng soá caàn ñieàu khieån, thöôøng laø caùc bieán traïng thaùi cuûa ñoái
töôïng ñieàu khieån, ôû hình treân laø x1, x2.
- Boä ñieàu khieån hay hieäu chænh (HC) noái tieáp coù soá löôïng baèng soá khoái cuûa ñoái töôïng, coù
phaûn hoài aâm laø caùc bieán traïng thaùi cuûa ñoái töôïng, thöôøng ñöôïc goïi laø boä ñieàu khieån caùc bieán
töông öùng. Ngoû ra cuûa boä HC voøng ngoaøi laø tín hieäu ñaët cho voøng trong. Vaäy ta ñaõ coù HTÑK
hai voøng treân hình II.4.1 vaø neáu ñoái töôïng coù n khoái noái tieáp töông öùng n bieán traïng thaùi caàn
ñieàu khieån, HT seõ coù n voøng vôùi n boä hieäu chænh noái tieáp.
HTÑK toïa ñoä cho pheùp ñieàu khieån ñöôïc cuøng luùc caùc bieán traïng thaùi x1, x2 ... trong quaù
ñoä cuõng nhö xaùc laäp. Chaát löôïng quaù ñoä (ñoäng hoïc) cuûa HT ñöôïc ñaûm baûo baèng quaù trình hieâïu
chænh caùc voøng vaø chaát löôïng tónh (xaùc laäp) cuûa caùc bieán traïng thaùi coù ñöôïc khi caùc tín hieäu
ñaët cuûa chuùng khoâng ñoåi (ñieàu naøy xaûy ra khi boä HC voøng ngoaøi baûo hoøa).
HTĐK tọa độ còn là cơ sở cho việc ứng dụng các BBĐ (có bộ hiệu chỉnh bên trong) vào
công nghiệp, người sử dụng sẽ thay đổi các thông số bộ hiệu chỉnh để ứng dụng có chất lượng
mong muốn.
Trang 19/ chuong 2
Ñieän töû coâng suaát II A
Ví duï: Vôùi boä nguoàn DC, hai bieán traïng thaùi caàn
ñieàu khieån laødoøng ñieän I = x1 (voøng trong) vaø ñieän aùp
V = x2 (voøng ngoaøi). Ñaây laø 2 thoâng soá cuûa maët phaúng
taûi cho bieát söï laøm vieäc cuûa BBÑ nhö hình II.4.2. Bình
thöôøng, voøng ñieâuø khieån ngoaøi giöõ aùp ra oån ñònh ôû giaù trò
Ulv . Khi taûi taêng, aùp ra giaûm laøm taêng sai leäch voøng
U
U
lv
I
I
gh
ngoaøi, boä ñieàu khieån aùp taêng tín hieäu ñaët cho boä ñieàu
khieån doøng cuûa voøng trong: doøng, aùp taûi taêng cho ñeán khi
Hình II.4.2: BBĐ ổn áp và hạn
boä ñieàu khieån aùp baûo hoøa. HT seõ laøm vieäc treân ñaëc
dòng
tính haïn doøng I =Igh vì tín hieäu ñaët cuûa boä ñieàu khieån doøng khoâng thay ñoåi. Vaäy boä nguoàn DC
bình thöôøng giöõ oån ñònh aùp ra ôû giaù trò laøm vieäc V = Ulv vaø haïn cheá doøng ôû giaù trò I = Igh khi bò
quaù taûi.
3. Hieäu chænh HT heä thoáng ñieàu khieån toïa ñoä:
Moät caùch toång quaùt, ñeå coù theå ñieàu khieån ñöôïc n bieán traïng thaùi nhö ñaõ giôùi thieäu ôû muïc
1. , ta coù theå tính toaùn hieäu chænh laàn löôït n voøng töø trong ra ngoaøi baèng nhöõng kyõ thuaät cuûa
ÑKTÑ. Tuy nhieân, vôùi caùch nhìn thuïc teá, trong phaàn naøy ta seõ moâ taû moät thuaät toaùn ñôn giaûn,
coù theå duøng cho haàu heát caùc BBÑ coâng nghieäp.
Quaù trình chænh ñònh thoâng soá caùc boä hieäu chænh laøm saün cuûa BBÑ duøng trong coâng
nghieäp cuõng tieán haønh töông töï: tieán haønh chænh ñònh caùc voøng töø trong ra ngoaøi.
Vôùi nhaän xeùt laø haàu heát caùc ñoái töôïng coâng nghieäp bao goàm caùc khoái quaùn tính (chæ coù
cöïc ôû phaàn aâm truïc hoaønh), HTÑKù nhieàu voøng coù theå söû duïng boä hieäu chænh PID vôùi phöông
phaùp khöû cöïc – zero ñeå ñöa heä thoáng veà caùc kieåu maãu (model) vôùi chaát löôïng bieát tröôùc.
a. Hai HT maãu (model):
- HT Toái öu module: Haøm truyeàn voøng hôû phaûn hoài ñôn vò sau hieäu chænh coù daïng:
Wh ( s) =
1
2 ⋅ T ⋅ s ⋅ (T ⋅ s + 1)
HT voâ sai vôùi ngoû vaøo haøm naác, coù döï
tröõ pha 65O , döï tröõ bieân laø voâ cuøng (giaûn ñoà
Nyquyist khoâng caét truïc thöïc). Quaù trình quaù
ñoä coù daïng baäc hai tôùi haïn, voït loá POT =
4.3% , thôøi gian leân 4.7T vaø thôøi gian ñaït Hình II.4.3 Giaûn ñoà Bode
module
95% bieân ñoä xaùc laäp laø 7 T.
Wh cuûa HT toái öu
HT toái öu module laø khoái cô sôû, cho
pheùp thöïc hieän algorit hieäu chænh PID cho
HTÑK toïa ñoä (nhieàu voøng).
- Toái öu ñoái xöùng: Haøm truyeàn voøng
hôû phaûn hoài ñôn vò sau hieäu chænh coù daïng:
Wh ( s ) =
( 4 ⋅ T ⋅ s + 1)
8 ⋅ T 2 ⋅ s 2 ⋅ (T ⋅ s + 1)
Hình II.4.4: Giaûn ñoà Bode Wh cuûa HT ñoái xöùng
Giaûn ñoà Bode hình II.4.4 coù hai ñieåm gaûy ñoái xöùng qua ñieåm caét truïc hoaønh ωc.
Trang 20/ chuong 2
Ñieän töû coâng suaát II A
HT voâ sai vôùi ngoû vaøo haøm doác, coù döï tröõ pha 36O, döï tröõ bieân voâ cuøng, voït loá
43% , thôøi gian leân laø 3 T, thôøi gian quaù ñoä laø 14.6 T .
POT =
HT toái öu ñoái xöùng laø keát quaû cuûa khaâu hieäu chænh coù tích phaân moät ñoái töôïng coù khaâu
tích phaân ôû ngoû ra, nhôø ñoù heä thoáng seõ khoâng sai soá theo nhieãu.
Ñeå giaûm voït loá, caàn söû duïng tín hieäu ñaët laø haøm doác hay qua khaâu quaùn tính.
b. Hieäu chænh PID (vi tích phaân tæ leä):
- PID ñôn giaûn, deå thöïc hieän baèng maïch ñieän töû vaø chöông trình soá, raát hay gaëp trong
coâng nghieäp:
HC = K p + K i / s + K d s =
(Ta s + 1)(Tb s + 1)
trong ñoù:
Ti s
Kp, Ki, Kd : laø caùc heä soá khueách ñaïi töông öng vôùi caùc khaâu tæ leä, tích phaân, vi phaân, caùc
heä soá coù theå baèng 0 töông öùng vôùi ñieàu khieån P, PD, I, PI.
Ta, Tb, Ti laø caùc thôøi haèng. => PID coù hai zero vaø moät cöïc ôû goác toïa ñoä. Theo nguyeân lyù
khöû cöïc – zero, caùc zero duøng ñeå loaïi boû caùc cöïc khoâng mong muoán vaø tích phaân nhaèm trieät
tieâu sai soá xaùc laäp, Ti xaùc ñònh ñaëc tính quaù ñoä mong muoán.
d. Ví duï hieäu chænh:
- Ñoái töôïng baäc 2 coù vaø khoâng coù tích phaân:
W=
K
(T1s + 1) (T2 s + 1)
K
W=
s (T2 s + 1)
Hieäu chænh PI ñeå coù toái öu module
T1 > T2
Hieäu chænh PI ñeå coù toái öu ñoái xöùng
vaø P ñeå coù toái öu module
- Ñoái töôïng baäc 3 coù vaø khoâng coù tích phaân:
W=
K
(T1s + 1)(T2 s + 1)(T3 s + 1)
K
W=
s (T1s + 1)(T2 s + 1)
Hieäu chænh PID ñeå coù toái öu module
T 1 > T2 > T3
Hieäu chænh PID ñeå coù toái öu ñoái
xöùng, vaø PD ñeå coù toái öu module
Nhaän xeùt:
-
Caùc voøng trong chæ coù theå hieäu chænh thaønh toái öu module ñeå coù theå hieäu chænh tieáp
caùc voøng ngoaøi. Vieäc choïn kieåu maãu cho hieäu chænh voøng ngoaøi phuï thuoäc vaøo ñaëc
tính quaù ñoä mong muoán cuûa HT.
-
Vôùi boäïhieäu chænh PID, ta chæ coù theå khöû ñöôïc 2 zero, do ñoù maãu soá haøm truyeàn ñoái
töôïng caàn ñöa veà baäc 3 keå caû tích phaân.
d. Caùc haøm truyeàn gaàn ñuùng:
Nhö ñaõ khaûo saùt ôû treân, ñeå coù theå thöïc hieän vieäc hieäu chænh heä thoáng nhieàu voøng theo
nguyeân lyù khöû cöïc – zero, ñoái töôïng bò giôùi haïn ôû baäc 3 vaø chæ coù cöïc treân truïc thöïc, ta caàn phaûi
söû duïng moät soá quan heä gaàn ñuùng, döïa vaøo cô sôû laøñaëc tính pha hai HT coù cuøng giaù trò trong
vuøng khaûo saùt nhö sau:
- Xaáp xæ haøm truyeàn voøng kín HT toâí öu module veà quaùn tính baäc 1 ñeå coù theå tieáp tuïc
Trang 21/ chuong 2
Ñieän töû coâng suaát II A
hieäu chænh caùc voøng ngoaøi theo nguyeân lyù khöû cöïc – zero. Haøm truyeàn voøng kín HT toâí öu
module ñöôïc thay baèng haøn truyeân töông ñöông nhö sau:
Wk =
Wh
1
1
=
1 + Wh 2T .s (T .s + 1) + 1 2T .s + 1
- Thu goïn caùc khaâu quaùn tính coù haèng soá thôøi gian beù veàùquaùn tính ñeå giaûm baäc maãu soá
caùc haøm truyeàn ñoái töôïng coù baäc > 4:
Wh =
K
K
trong ñoù Tn laø caùc thôøi
(T1.s + 1)(T2 .s + 1)∏ (Tn s + 1) (T1.s + 1)(T2 .s + 1)(∑ Tn .s + 1)
n
n
haèng beù.
Töông töï, khaâu treã thôøi gian T cuõng töông ñöông vôùi quaùn tính baäc 1 thôøi haèng T.
3. Caùc maïch ñieän thöôøng duøng:
a. Boä hieäu chænh PID duøng 1 OPAM:
C1
R2
7
3
Vi
C1
U
R2
R
R1
2
6
2
R4
4
R1
R3
C2
--Vfh
Vo
U
6
3
R5
C2
4
7
Vñaët
V
ñk
Hình II.4.5 (a) Sô ñoà lyù thuyeát boä hieäu chænh (b)
Sô ñoà thöïc teá: PID --> sôùm treã pha, chæ
coù vi phaân ôû ñöôøng phaûn hoài.
PID
b. Boä hieäu chænh PID duøng 4 OPAM:
Hình II.4.5.c (Xem taøi lieäu ÑKTÑ) Cho pheùp
chænh ñoäc laäp töøng thaønh phaàn PID.
Tæ leä
Vi phaâ n
Vi
Vo
Tích phaâ n
(c)
c. Maïch haïn cheá bieân ñoä:
+
Vì ngoû ra cuûa boä hieäu chænh voøng ngoaøi laø tín hieäu ñaët cuûa boä hieäu chænh voøng trong,
möùc baûo hoøa cuûa boä hieäu chænh voøng ngoaøi seõ xaùc ñònh giôùi haïn cuûa bieân ñoä ngoû ra cuûa voøng
trong. Caùc maïch thay ñoåi möùc baûo hoøa (haïn cheá bieân ñoä) ngoû ra KÑTT thöôøng duøng.
-- V
4
Vi
R1
U
Vi
D1
6
3
Vo
7
6
V
2
U2
0.01uF
POT1
Hình II.4.6 (b)
Maïch
duøng
KÑTT phuï
R4
4
Trang 22/ chuong 2
Vo
R3
3
Hình II.4.6 (a) Maïch haïn cheá bieân ñoä
ngoû ra duøng diod (baûo hoøa ôû V1 > 0)
6
3
7
7
2
U1
2
POT1
R2
4
R1
D1
10k
Ñieän töû coâng suaát II A
d. Maïch taïo haøm doác (RAMP):
Khi tín hieäu ñaët cuûa caùc BBÑ laø haøm naác, HT luoân coù voït loá ngoû ra khaù cao do sai soá
quaù lôùn ban ñaàu, nhaát laø khi söû duïng kieåu maãu toái öu ñoái xöùng. trong coâng nghieäp, tín hieäu Hình
II.4.7
--V
wñ
wñ
6
3
POT2
Vo
t
Ñoà thò toác ñoä ñaët cuûa truyeàn
ñoäng naâng haï buoàng thang
maùy
Hình 5 : tín hieäu ñaët haøm RAMP
(b)
6
2
U2
(c)
V
3
POT1
R4
4
(a)
R3
7
7
D1
tkñ
0
U1
2
t
C1
4
R1
v(t)
0.01uF
10k
ñaët thöôøng coù daïng haøm doác, hay ít ra laø haøm muõ (1 – e-t/T) cuûa maïch naïp tuï. ÔÛ nhöõng heä thoáng
ñieàu khieån caùc chuyeån ñoäng coù ngöôøi nhö ôû thang maùy, khoâng chæ tín hieäu ñaët maø caùc ñaïo haøm
cuûa noù cuõng caàn lieân tuïc ñeå traùnh gia toác vaø ñoä giaät lôùn, taïo caûm giaùc an toaøn, thoaûi maùi cho
ngöôøi söû duïng. Hình II.4.7 cho ta moät maïch ñieän taïo haøm doác duøng hai KÑTT.
e. Ví duï sô ñoà ñieàu khieån voøng kín:
Maïch ñieàu khieån voøng kín (ñöôïc ñôn giaûn hoùa) HT ñieàu khieån aùp, doøng ñoäng cô DC:
D3
MAÏCH
ÑOÄNG LÖC
D4
C1
Phaûn hoài aùp
R9
VCC
VCC
M1
RUN / STOP1
Taïo haøm doác
POT
+
Phaûn hoài doøng
U1A
2
1
C5
U1B
6
R15
R16
R18
R11
R13
C3
U1C
7
5
C4
9
R17
8
10
Ñeán maïch
phaùt xung
kích SCR
4
shunt
C2
R12
3
Q5
R8
11
Q4
Ifh
Phaûn hoài doøng
- Ufh
Phaûn hoài aùp
R10
- Ufh
R7
-
D2
- VCC
Ñieàu khieån aùp
Ñieàu khieån doøng
Ifh
Hình II.4.8
Coù theå nhaän xeùt sô ñoà voøng kín naøy coù theå duøng cho boä nguoàn DC vôùi caùc taûi khaùc nhau,
khi thay theá Ufh baèng ngoû ra caàn ñieàu khieån.. Ñeå yù caùc maéc loïc hình T ôû caùc ñöôøng phaûn hoài
laøm phaúng caùc nhaáp nhoâ doøng, aùp treân taûi vaø caùch söû duïng khueách ñaïi ñaûo daáu duøng KÑTT.
Neáu ta duøng maïch phaùt xung kích
SCR vôùi ñoàng boä raêng cöa coù goùc ñieàu khieån - Vcc POT1
pha α = 0 khi Uñk = 0, giöõa boä hieäu chænh vaø
maïch phaùt xung caàn coù boä dôøi möùc sao cho
Uñk = 0 töông öùng ngoû ra boä hieäu chænh doøng Uñk1
laø cöïc ñaïi:
Uñk = - (Uñk1 - Vcc)
Khi Uñk1 Æ VCC, Uñk Æ0
Loïc nhieãu vaø caùch ly: Trong Hình
II.4.8, caùc boä loïc hình T duøng RC loïc nhieãu
ôû ñaàu vaøo vaø caùch ly giöõa caùc taàng ñeå choáng
caùc khaû naêng caøi hay dao ñoäng cuûa khueách
ñaïi thuaät toaùn.
Trang 23/ chuong 2
ñoàng
boä
R
9
R
8
Uñk
10
Maïc h
ÑKP
kích
SCR
Hình II.4.9 maïch dôøi möùc
R/2
R/2
Vi
Vo
104
Hình II.4.10: Loïc T giöõa caùc
taàng: ñieän trôû R
Ñieän töû coâng suaát II A
taùch laøm ñoâi, theâm vaøo tuï ñieän 0.1 uF
II.5 BOÄ NGUOÀN XUNG (SWITCHING POWER SUPPLY): (sô ñoà khoái 2 muïc I.1)
Khaùc vôùi caùc boä nguoàn SCR coù taàn soá laø vieäc toái ña vaøi traêm Hz, caùc boä nguoàn xung söû
duïng transistor ñoùng ngaét ôû haøng chuïc hay traêm KHz cho pheùp giaûm kích thöôùc, giaù thaønh heä
thoáng, maïch loïc coù trò soá beù khi taûi caàn aùp ra phaúng. Do ñoù, chuùng thích hôïp vôùi taûi caàn aùp ra
phaúng vaø vì vaäy trong muïc naøy, caùc sô ñoà ñeàu coù boä loïc LC ngoû ra maëc duø khoâng phaûi taûi naøo
cuõng caàn ñeán chuùng.
1. Sô ñoà oån aùp ñoùng ngaét thay theá oån aùp tuyeán tính:
ΔV
+
V
_
S1
Io
Q1
L
+
D1
V
Ñieàu khieån
io
Vo
Io
v
o
_
C
Hình II.5.2 OÅn aùp ñoùng ngaét
Hình II.5.1 OÅn aùp tuyeán tính
BBÑ aùp moät chieàu laøm vieäc ¼ maët phaúng taûi + loïc LC taûi coù theå thay theá caùc oån aùp
tuyeán tính quen thuoäc vôùi caùc ñaëc ñieåm:
- Öu: hieäu suaát cao, kích thöôùc beù, giaù haï khi coâng suaát ñuû lôùn.
- Nhöôïc: coù nhaáp nhoâ aùp ra, maïch ñieàu khieån phöùc taïp.
Hai nguyeân lyù ñieàu khieån:
- Ñieàu roäng xung (caàn ñieàu khieån voøng kín ñeå oån ñònh ngoû ra).
- Duøng so saùnh coù treã , aùp ra dao ñoäng quanh giaù trò ñaët nhöng taàn soá laøm vieäc thay ñoåi
theo taûi.
Dao ñoäng tam giaùc
u
ÑB
S
on
Phaûn hoài
Uñk
Hình II.5.3 (a) Nguyeân lyù ñieàu roäng
off
xung , (b) So saùnh coù treã (Smit trigger)
SO SAÙNH SMIT
Ñaët
2. Sô ñoà boä nguoàn duøng nghòch löu:
Ñeå taêng hieäu quaû cuûa boä nguoàn
xung, ngöôøi ta duøng bieán aùp taêng (giaûm)
aùp taàn soá cao vôùi vieäc ñöa boä ñoùng ngaét
ra phía tröôùc, trôû thaønh boä nghòch löu 1
pha ñieàu roäng xung nhö hình II.5.4.a.
AÙp ra sau chænh löu thöù caáp coù
daïng ñieàu roäng xung nhö tröôùc.
Trang 24/ chuong 2
T1
+
C1
S1
D1
L1
C3
V
T1
_
C2
S2
D2
Hình II.5.4 (a)maïch ñoäng löïc (phaàn nghòch löu)
Ñieän töû coâng suaát II A
Sô ñoà ñieàu khieån coù daïng hình
beân, goàm boä ñieàu roäng xung laøm vieäc ôû
taàn soá ngoû ra, duøng T FF (chia 2) ñeå
taùch ra hai xung luaân phieân (ñaåy keùo)
ñoùng ngaét hai ngaét ñieän.
2
Dao ñoäng tam giaùc
u
ÑB
CLK
1
Q
3
2
S1
-Q
4
Uñk
6
5
S2
(Xem taøi lieäu tham khaûo veà vi
(b) maïch ñieàu khieån ñieàu roäng xung daåy keùo (duøng ñieàu
maïch TL 494)
khieån nghòch löu trong caáp ñieän ñoùng ngaét)
3. Thieát keá boä nguoàn xung duøng nghòch löu:
a. Maïch ñoäng löïc boä nghòch löu:
Ví duï tính toaùn gaàn ñuùng: Tính toaùn
maïch ñoäng löïc boä caáp ñieän duøng nghòch löu
(sô ñoà ½ caàu hình II.5.4.a), Ngoû ra
5 V / 20 A, ngoû vaøo 260 VDC.
- Choïn taàn soá ngoû ra 20 Khz, ñoä roäng
xung töông ñoái α = ton/T= 0.5.
=> bieân ñoä aùp thöù caáp 5/0.5 = 10 V.
aùp Sô caáp bieán aùp
v
o
Io
Thöù caáp bieán aùp
sau chænh löu
i
o
(c) Daïng doøng, aùp
Giaû söû diod caàu suït aùp toång 0.6 V (duøng diod Schotky), bieân ñoä thöù caáp bieán aùp laø
10 + 0.6 = 10.6 V.
=> tæ soá bieán aùp 260 / (2 * 10.6) = 12.3.
Phaân tích daïng doøng, => trò trung bình doøng qua L1 cuõng chính laø doøng taûi Io, giaû söû
doøng qua Diod laø phaúng, bieân ñoä cuûa noù cuõng laø Io = 20 A.
Choïn doøng trung bình qua D laø kat. Io = 1.5 * 20 = 30 A; aùp qua D > 10 V, choïn 25 V,
loaïi Schotky.
Hieäu duïng cuoän daây thöù caáp 20 / 2 = 14 A , hieäu duïng cuoän daây sô: 14 / 12.3 = 1.2 A
Choïn ngaét ñieän nghòch löu theo bieân ñoä doøng qua noù, baèng 20 /12.3 = 1,6 A => Ngaét
ñieän 5 A / 600 V.
b. Tính toaùn maïch loïc:
Khai trieån Fourier daïng soùng ñieàu roäng xung, giaû söû doøng taûi BBÑ laø lieân tuïc:
Vn =
2V
nπ
1 − cos nwton ;
θ n = tg −1 ⎡⎣sin nwton / (1 − cos nwton ) ⎤⎦
Vn =
2V
nπ
1 − cos n2π .α ;
θ n = tg −1 ⎡⎣sin n2π .α / (1 − cos n2π .α ) ⎤⎦
hay
ñoä roäng xung töông ñoái α = ton/T, Vn laø bieân ñoä soùng haøi baäc n. LC maïch loïc ñöôïc tính
nhö ñaõ ví duï ôû phaàn chænh löu. Ñeå yù taûi ñöôïc xem laø nguoàn doøng ñeå ñôn giaûn caùc phöông trình.
4. Khaûo saùt boä bieán ñoåi aùp moät chieàu loaïi FLYBACK:
Boä bieán ñoåi aùp moät chieàu xeáp vaøo loaïi flyback khi chu kyø hoaït ñoäng goàm hai pha:
Pha 1: Ngaét ñieän ñoùng (ON). Cuoän daây ñöôïc naïp naêng löôïng töø nguoàn, taûi söû duïng naêng
löôïng tích tröû trong tuï ñieän song song ( tuï loïc ngoû ra ).
Trang 25/ chuong 2
Ñieän töû coâng suaát II A
Pha 2: Ngaét ñieän ngaét (OFF). Cuoän daây chuyeån (phoùng) naêng löôïng qua taûi vaø naïp naêng
löôïng vaøo tuï ñieän.
S1
+
D
+
i
L
is
V
C
L
v
L
_
Io
i
C
is
V
v
C
_
V
_
Io
i
C
S2
v
C
(b)
S1
D
i
L1
C
D
(a)
+
D
S1
L
L2
i
L2
T
v
L1
n:1
i
C
C
Io
+
is
V
v
C
_
(c)
L1
D
i
L2
i
L
S1
C
Io
i
C
v
C
(d)
Hình II.5.5: Caùc sô ñoà BBÑ daïng Flyback:
Nhö vaäy, nguyeân taéc hoaït ñoäng boä bieán ñoåi loaïi FLYBACK ñoái nghòch vôùi caùc boä baêm
ñieän aùp (chopper), khi taûi ñöôïc noái nguoàn khi ngaét ñieän ñoùng (ON) vaø söû duïng naêng löôïng tích
tröõ khi ngaét ñieän khoùa.
Coù 4 sô ñoà ñöôïc trình baøy treân hình II.5.5:
(a) : Boä bieán ñoåi ñaûo cöïc tính: ñöôïc duøng cho khaûo saùt cô baûn vì coù soá phaàn töû laø ít nhaát.
(b) Sô ñoà taêng giaûm aùp.
(c) Sô ñoà taêng giaûm aùp coù bieán aùp.
(d) Sô ñoà taêng aùp.
Sô ñoà (a) coù soá phaàn töû ít nhaát, (b) coù cuøng hoaït ñoäng vôùi (a) nhöng khoâng ñaûo cöïc tính,
(c) töông töï nhöng söû duïng bieán aùp vaø (d) taêng aùp.
a. Khaûo saùt sô ñoà caên baûn: [Hình II.5.5 (a)]
Ñeå khaûo saùt gaàn ñuùng, ta giaû thieát caùc ñieän aùp, doøng ñieän ñeàu bieán thieân tuyeán tính,
ñieàu naøy coù theå ñaït ñöôïc khi:
- Chu kyø ñoùng ngaét T raát beù vôùi chu kyø cuûa maïch coäng höôûng LC ( baèng 2π LC ).
- Taûi laø nguoàn doøng Io, chính laø giaù trò trung bình cuûa doøng taûi khi boû qua caùc nhaáp nhoâ .
Caùc giaû thieát naøy cuõng ñöôïc söû duïng trong caùc phaàn khaûo saùt tieáp theo.
Xem hình II.5.6 trình baøy caùc daïng aùp, doøng cuûa maïch ôû cheá ñoä töïa xaùc laäp, khi caùc
Trang 26/ chuong 2
Ñieän töû coâng suaát II A
tín hieäu thay ñoåi coù chu kyø.
- Khi 0 < t < tON : S1 ñoùng.
L naïp naêng löôïng töø nguoàn:
diL
V=L
⇒ iL = VL t + Ibñ
dt
Ibñ laø giaù trò ban ñaàu, khi t = 0
t = ton :
iL (ton ) =
t + Ibñ
V
L on
⇒ ΔI = ΔI L = iL (ton ) − Ibñ =
t < II.5.1 >
V
L on
Hình II.5.6: Daïng aùp, doøng BBÑ hình II.5.5.a
Diod D khoâng daãn ñieän vì phaân cöïc ngöôïc: anod coù ñieän theá aâm trong khi catod döông.
C phoùng ñieän qua taûi:
dv
Io = −C C ⇒ vC = − Io
Vbñ laø giaù trò ban ñaàu, khi t = 0
C t + Vbñ
dt
⇒ ΔV = ΔVC = Vbñ − vC (ton ) = Io
< II.5.2 >
t = ton : vC (ton ) = − Io
C ton + Vbñ
C ton
- Khi t > tON : S1 ngaét, doøng qua cuoän daây khoâng theå maát ñi vì noù bieåu hieän naêng löôïng
tích tröõ trong cuoän daây, kheùp maïch qua D, phoùng ñieän qua C vaø taûi:
dv
di
iL = Io + iC = Io + C C ; vL = −vC = L L
dt
dt
Goïi I L laø trò trung bình doøng qua L, VC trò trung bình aùp qua C, cuõng laø trò trung bình aùp treân taûi.
ΔVC
ΔI
Laáy trung bình hai veá phöông trình treân : I L = Io + C
; VC = L L
Δt
Δt
Theá caùc giaù trò ΔI L , ΔVC vaøo, ñeå yù Δt = T − ton , ta nhaän ñöôïc:
VC =
ton
T − ton
V ; IL =
T
T − ton
Io < II.5.3 >
Nhö vaäy, doøng qua cuoän daây iL thay ñoåi tuyeán tính trong khoaûng I L − ΔI , I L + ΔI , aùp
vC treân tuï C thay ñoåi trong khoaûng VC −
ΔV , V
C
2
+
ΔV
2
2
2
. AÙp ra coù theå lôùn hay beù hôn aùp nguoàn
phuï thuoäc tON / T, nhaáp nhoâ aùp ra chæ phuï thuoäc doøng taûi Io vaø tuï loïc C, nhaáp nhoâ doøng ra phuï
thuoäc aùp vaøo V vaø cuoän daây L.
Tröôøng hôïp doøng giaùn ñoaïn:
Giaû söû ta giöõ tON khoâng ñoåi khi giaûm Io. ΔI
khoâng ñoåi trong khi I L giaûm theo Io. Doøng iL khoâng
ñoåi daïng nhöng bieân ñoä thaáp daàn. Khi
I L = T Io ≤ ΔI ta coù tröôøng hôïp doøng qua L
T − ton
2
giaùn ñoaïn (hình II.5.7).:
Trong khoaûng tON, doøng qua L ñöôïc naïp töø 0
ñeán giaù trò cöïc ñaïi. Khi S1 khoùa, L phoùng ñieän qua taûi
vaø C nhöng doøng seõ veà 0 tröôùc khi S1 ñoùng trôû laïi.
Goïi tX laø thôøi gian coù doøng qua L. Thôøi gian L
Trang 27/ chuong 2
Ñieän töû coâng suaát II A
naïp naêng löôïng vaãn nhö cuõ: ΔI = V ton , nhöng thôøi
L
Hình II.5.7: Daïng aùp, doøng BBÑ hình 4.8.a khi
doøng giaùn ñoaïn
gian taûi söû duïng naêng löôïng tích tröõ trong tuï taêng leân, theo hình 3, baèng (T – tX + tON) vaø nhaáp
nhoâ aùp ΔV = Io ( T − tx + ton ) .
C
Thôøi gian L phoùng naêng löôïng thay ñoåi, baèng Δt = ( tX – tON ) laøm cho caùc quan heä ñieän
aùp vaø doøng trung bình thay ñoåi:
VC =
t on
V;
t x − ton
T − ( t x − ton )
ΔV
= Io(1 +
) = Io( T )
t x − ton
t x − t on
t x − t on
V
.
L
.
Io
2
T
T
⇒
ton = Io(
) ⇒ t x = tON +
t x − t on
V ton
2L
I L = Io + C
khi doøng giaùn ñoaïn, I L = ΔI
2
Nhaän xeùt laø khi doøng giaùn ñoaïn, trò soá trung bình cuûa aùp ra taêng, theo lyù thuyeát seõ ñeán voâ
cuøng khi Io baèng 0 ( maïch khoâng taûi ). Coù theå giaûi thích hieän töôïng naøy laø do naêng löôïng chæ coù
theå truyeàn moät chieàu: nguoàn Æ cuoän daây Æ tuï ngoû ra vaø aùp treân tuï seõ taêng ñeán voâ cuøng theo
naêng löôïng naïp vaøo. Trong thöïc teá, luoân luoân coù toån hao trong maïch, toån hao naøy taêng theo ñieän
aùp vaø ngay khi khoâng taûi, naêng löôïng naïp vaøo seõ caân baèng vôùi toån hao ôû moät giaù trò höõu haïn cuûa
aùp ra.
Moät nhaän xeùt khaùc laø giöõa tröôøng hôïp iL phoùng ñieän qua taûi, naïp ñieän cho C vaø iL = 0 coøn
coù tröôøng hôïp C vaø L cuøng cung caáp doøng cho taûi. Do ñoù caùc tính toaùn treân chæ laø gaàn ñuùng.
2. Caùc sô ñoà khaùc:
a. Sô ñoà hình II.5.5(b): Hoaït ñoäng hoaøn toaøn gioáng nhö sô ñoà caên baûn hình 1.(a) nhöng
aùp ra khoâng ñaûo daáu. S1 vaø S2 ñöôïc ñieàu khieån baèng cuøng tín hieäu, ñoùng maïch ñeå naïp naêng
löôïng vaøo cuoän daây vaø khi ngaét, cuoän daây seõ phoùng ñieän qua hai diod D1 vaø D2, cung caáp doøng
naïp tuï vaø cho taûi Io.Caùch noái naøy coøn giaûm ñieän aùp ñaët vaøo ngaét ñieän ôû traïng thaùi khoùa so vôùi
sô ñoà II.5.5(a).
b. Sô ñoà hình II.5.5 (c): Laø sô ñoà thöôøng gaëp nhaát trong caùc boä nguoàn. Bieán aùp T coù hai
nhieäm vuï: caùch ly nguoàn vaø taûi, laøm cuoän daây tích tröõ naêng löôïng cho boä bieán ñoåi. T laø bieán aùp
khoâng baûo hoøa, tæ soá voøng daây sô/thöù laø n, L1 vaø L2 laàn löôït laø töï caûm cuoän daây sô vaø thöù caáp.
Vôùi cuøng giaû thieát cuûa khaûo saùt sô ñoà caên baûn, caùc keát qua nhaän ñöôïc cuõng coù daïng
töông töï. Ta coù caùc quan heä cuûa bieán aùp:
n 2 L2 = L1 ; nI L1 = I L2 ; vL1 = n ⋅ vL2
- Khi S1 ñoùng: 0 < t < tON L1 ñöôïc naïp naêng
löôïng, doøng iL1 taêng; C xaû qua taûi,aùp giaûm:
ΔI L1 = V ton ; ΔVC = ΔV = Io ton
L1
C
- Khi S1 ngaét: tON < t < T , löu yù giaû thieát
doøng lieân tuïc:
iL2 = Io + iC vaø vL1 = n vL2 = n vC , theá
caùc giaù trò töông öùng vaø laáy trung bình:
Hình II.5.8: Daïng aùp, doøng BBÑ hình II.5.5(b)
Trang 28/ chuong 2
Ñieän töû coâng suaát II A
dv
n ⋅ iL1 = iL1 = Io + C C ⇒ n ⋅ I L1 = Io + ΔV ⇒ I L1 = 1 ( T ) Io
dt
n T − ton
Δt
ton
diL 2
diL1
ΔI L1
2
2
1
L
L
vC = vL2 = L2
=
⇒ VC =
⇒ VC = (
)V
dt
n
dt
n
Δt
n T − ton
Bieåu thöùc tính giaù trò trung bình caùc aùp ra vaø doøng qua cuoän daây gioáng nhö tröôøng hôïp
caên baûn nhöng coù theâm tæ soá bieán aùp n.
Nhaáp nhoâ doøng tæ leä nghòch vôùi giaù trò töï caûm cuoän daây, nhöng caàn löu yù laø caùc töï caûm
khoâng ñöôïc lôùn quaù ñeå bieán aùp bò baûo hoøa, khi maø doøng naïp cuoän daây chính laø doøng töø hoùa cho
bieán aùp. Khaûo saùt tröôøng hôïp doøng giaùn ñoaïn cuõng nhaän ñöôïc nhöõng keát quaû töông töï.
c. Sô ñoà taêng aùp hình II.5.5.(d):
Khi bieán aùp T noái ôû daïng töï ngaãu, tæ soá 1:n vaø noái tieáp vôùi aùp vaøo, ta nhaän ñöôïc sô ñoà
L2 = n 2 L1 ; I L1 = nI L2 ; n ⋅ vL1 = vL2 . Chöùng minh töông töï
taêng aùp. Caùc thoâng soá:
vaø ñeå yù khi S1 ngaét, cuoän daây phoùng ñieän:
t
ΔI
ta coù : vC = V + vL2 ⇒ VC = V + nL2 L1 ⇒ VC = V [1 + n( on )]
Δt
T − ton
V
Io
ton ; ΔVC = ΔV = ton
Ta cuõng coù : ΔI L1 =
L1
C
vaø trò trung bình doøng ñieän cuoän daây trong pha naïp ñieän I L1 = n T Io
T − ton
D1
3. Khi boä bieán ñoåi coù nhieàu ngoû ra:
(hình 4.12 )
Caùc boä nguoàn xung thöôøng caàn nhieàu
caáp ñieän aùp ôû ngoû ra, coù theå caùch ñieän vôùi nhau
nhö ôû hình 5. Sô ñoà thöôøng duøng bieán aùp coù
nhieàu cuoän thöù caáp.
+
Giaû söû bieán aùp coù moät cuoän sô caáp vaøø n
V
cuoän thöù caáp.
Caùc cuoän daây coù thoâng soá n, L; n1, L2; _
…; n, L laø thoâng soá cuûa cuoän sô caáp.
Caùc töï caûm quan heä vôùi nhau:
L
L1
L2
L3
=
=
=
= ..
2
2
2
2
( n ) ( n1 ) ( n2 ) ( n3 )
quan heä caùc ñieän aùp caûm öùng:
L1
S
_
C1
+
D2
i
L
v
L
L2
+
V2
C2
D3
L3
V1
C3
_
_
+
V3
Hình 4.12: BBÑ Fly back nhieàu ngoû ra
V V1 V 2 V 3
=
=
=
= ... ;
n n1
n2
n3
vaø doøng ñieän treân cuoän daây nI = ∑ ni Ii
i
Töø ñoù, suy ra ôû cheá ñoä doøng lieân tuïc vôùi i laø chæ soá cuoän daây:
I
- nhaáp nhoâ aùp ôû moãi cuoän daây thöù caáp:
ΔVCi = i ton ;
Ci
V
ΔI L = ton
- nhaáp nhoâ doøng ôû cuoän sô caáp:
L
⎛
⎞
n
t
- Trung bình aùp ra moãi cuoän daây thöù caáp: VCi = i ⎜ on ⎟ V
n ⎝ T − ton ⎠
Trang 29/ chuong 2
Ñieän töû coâng suaát II A
I1
I2
I3
- Xem thêm -
.PDF 
100 
243 
82 
