Bbdt VP Buck Boost

BOÄ NGUOÀN MOÄT CHIEÀU CHEÁ ÑOÄ XUNG

CHÖÔNG 1

BỘ BiẾN ĐỔI DC/DC TUYẾN TÍNH CƠ BẢNBỘ BiẾN ĐỔI DC/DC TUYẾN TÍNH CƠ BẢN

- Điều khiển điện áp ngõ ra V0 bằng cách điều khiển dòng IB- Khuyết điểm : Tổn hao công suất trên BJT = VCEIL

BỘ BiẾN ĐỔI DC/DC CƠ BẢN CHẾ ĐỘ XUNGBỘ BiẾN ĐỔI DC/DC CƠ BẢN CHẾ ĐỘ XUNG

- Nguyên lý làm việc : điều khiển đóng cắt khóa D = tON/T- Ưu điểm : Hiệu suất cao- Khuyết : Độ nhấp nhô điện áp

BỘ BiẾN ĐỔI DC/DC DẠNG BUCKBỘ BiẾN ĐỔI DC/DC DẠNG BUCK

Sơ đồ nguyên lý bộ Buck

http://www.dimensionengineering.com/DE-SW0XX.htm

http://www.dimensionengineering.com/DE-SW0XX.htm

http://www.dimensionengineering.com/DE-SWADJ.htm


Các đặc điểm khi mạch ở trạng thái xác lập :1.Dòng qua cuộn L tuần hoàn với chu kỳ T2.Điện áp trung bình trên cuộn kháng bằng 03.Dòng trung bình qua tụ điện bằng 04.Công suất ngõ ra bằng công suất ngõ vào


Các giả thiết :1.Mạch vận hành ở xác lập2.Dòng qua cuộn kháng liên tục (luôn dương) 3.Tụ điện rất lớn, điện áp ngõ ra không đổi và có giá trị V0 4.Chu kỳ đóng cắt T, thời gian đóng : DT, ngắt : (1-D)T

BOÄ BIEÁN ÑOÅI BUCKBOÄ BIEÁN ÑOÅI BUCK – CHEÁ ÑOÄ DOØNG LIEÂN TUÏC – CHEÁ ÑOÄ DOØNG LIEÂN TUÏC

1. Khi khóa S đóng :

DTL

VVi

L

VV

dt

didt

diLVVv

sONL

sL

LsL

0)(

0

0

Trạng thái mạch – Sơ đồ tương đươngCác phương trình áp & dòng


2. Khi khóa S ngắt : Diode D dẫn

TDL

Vi

L

V

dt

didt

diLVv

OFFL

L

LL

10)(

0

0

Trạng thái mạch – Sơ đồ tương đương

Các phương trình áp & dòng


Giản đồ áp và dòng bộ biến đổi Buck (a)Áp trên cuộn L

(b) Dòng qua cuộn L(c)Dòng qua tụ C


Sự biến thiên dòng iL khi khóa đóng và ngắt là như nhau

quan hệ giữa áp ngõ vào và ngõ ra

DVV

TDL

VDT

L

VV

ii

s

s

OFFLONL

0

00

)()(

01

0


Lf

D

RV

TDL

V

R

ViII

Lf

D

RV

TDL

V

R

ViII

LL

LL

2

11

12

1

2

2

11

12

1

2

0

00min

0

00max

Tính tóan giá trị dòng qua cuộn L :


Giá trị Lmin để dòng IL liên tục :

iLmin = 0

f

RDL

2

1min


Độ nhấp nhô áp tụ C khi giá trị tụ giới hạn :

C

QV

VCQ

CVQ

iii RLC

0

0

0


Độ nhấp nhô áp tụ C khi giá trị tụ giới hạn :

20

0

8

1

8222

1

fLC

D

V

V

iTiTQ LL


Bài tập : Bộ biến đổi DC-DC dạng Buck có các thông số như sau: Vs= 50V; D=0.4; L= 400H; C=100 F; f=20kHz; R=20. Giả thiết các linh kiện lý tưởng, hãy tính :

• Điện áp ngõ ra V0

• Tính giá trị dòng qua cuộn cảm nhỏ nhất và lớn nhất

• Độ nhấp nhô điện áp tụ


Đáp :

• 20V

• 1.75A, 0.25A

• 0.469%



Bài tập thiết kế:

Thiết kế bộ biến đổi DC-DC dạng Buck cung cấp điện áp ngõ ra có giá trị 18V cấp cho tải R = 10. Nếu điện áp ngõ vào Vs=48V. Độ nhấp nhô điện áp ngõ ra không được vượt quá 5%. Thiết kế sao cho dòng qua cuộn kháng liên tục. Chọn tần số làm việc là 40kHz.

• Tính tỷ số đóng khóa D

• Tính toán giá trị L, C


• D = 0.375

• Lmin = 78uH, chọn L = 1.25Lmin

• Cmin = 100uF

BOÄ BIEÁN ÑOÅI BOOSTBOÄ BIEÁN ÑOÅI BOOST – CHEÁ ÑOÄ DOØNG LIEÂN TUÏC – CHEÁ ÑOÄ DOØNG LIEÂN TUÏC


Ứng dụng :

- Xe điện hybrid

- Nguồn LED


Các giả thiết :1.Mạch vận hành ở xác lập2.Dòng qua cuộn kháng liên tục (luôn dương) 3.Tụ điện rất lớn, điện áp ngõ ra không đổi và có giá trị V0 4.Chu kỳ đóng cắt T, thời gian đóng : DT, ngắt : (1-D)T


L

DTVi

L

V

dt

didt

diLVv

sONL

sL

LsL

)(


Khi khóa đóng :


L

TDVVi

L

VV

dt

didt

diLVVv

sOFFL

sL

LsL

10)(

0

0


Khi khóa ngắt :


Các giản đồ áp và dòng cuộn cảm, tụ điện


Thiết lập mối quan hệ giữa Vo và Vs ?



Sự biến thiên dòng iL khi khóa đóng và ngắt là như nhau

quan hệ giữa áp ngõ vào và ngõ ra

D

VV

TDL

VV

L

DTV

ii

s

ss

OFFLONL

1

01

0

0

0

)()(


Tính toán dòng trung bình qua cuộn L : IL ?



RD

VI

RD

V

RDV

R

VIV

IVIVPR

VPoPP

sL

s

s

oLs

Lsssin

ooin

2

2

2

2

2

2

1

1

1

;


Điều kiện để dòng qua L liên tục : Imin 0

Lmin = ???


Điều kiện để dòng qua L liên tục : Imin = 0

f

RDDL

2

1 2

min


Tính toán độ nhấp nhô điện áp tải :

V0/V0 = ??



V0/V0 = ??

RCf

D

V

V

DTR

VDTIQ

VCQ

0

0

00

0


Bài tập :

Thiết kế bộ biến đổi boost với điện áp ra là 30V. Điện áp ngõ vào là 12V. Thiết kế sao cho dòng qua cuộn kháng liên tục và độ nhấp nhô điện áp thấp hơn 1%. Tải R = 50. Tần số đóng cắt có thể chọn 25kHz.


Bài tập 1:

Thiết kế bộ biến đổi boost với điện áp ra là 30V. Điện áp ngõ vào là 12V. Thiết kế sao cho dòng qua cuộn kháng liên tục và độ nhấp nhô điện áp thấp hơn 1%. Tải R = 50. Tần số đóng cắt có thể chọn 25kHz.

Giải :

D = 0.6

Lmin = 96uH => L = 120uH

C > 48uF


Bài tập 2:Bộ biến đổi Boost vận hành với Transistor có ton=50us nhằm chuyển đổi điện ngõ vào 50V thành 75V ngõ ra. Cuộn kháng có giá trị 250uH và tải R=2.5Ohm.

1. Tính tần số đóng cắt, giả thiết dòng cuộn kháng liên tục

2. Tính trị trung bình dòng ngõ vào và ngõ ra

3. Vẽ dòng cuộn kháng, chỉ giá trị dòng min, max

4. Tính trị RMS dòng tụ

Đáp số:

1. 6.6kHz

2. 45A, 30A

3. Imax=50A, Imin=40A

4. 21.3A

BOÄ BIEÁN ÑOÅI BUCK-BOOSTBOÄ BIEÁN ÑOÅI BUCK-BOOST

Điện áp ngõ ra có thể điều khiển cao hơn hay thấp hơn điện áp ngõ vào

Sơ đồ nguyên lý bộ Buck- Boost


Giả thiết:1.Mạch vận hành ở xác lập2.Dòng qua cuộn kháng L liên tục3.Tụ điện đủ lớn => áp ngõ ra không đổi4.Thời gian đóng khóa : DT, ngắt : (1-D).T5.Các linh kiện lý tưởng


L

DTVi

L

V

dt

didt

diLVv

sONL

sL

LsL

)(


Khi khóa đóng :


L

TDVi

L

V

dt

didt

diLVv

OFFL

L

LL

10)(

0

0


Khi khóa ngắt :




Thiết lập mối quan hệ giữa Vo và Vs :

s

s

OFFLONL

VD

DV

L

TDV

L

DTV

ii

1

01

0

0

0

)()(


Giản đồ áp và dòng cuộn cảm


Giản đồ dòng diode và dòng tụ điện

BOÄ BIEÁN ÑOÅI BUCK- BOOSTBOÄ BIEÁN ÑOÅI BUCK- BOOST



2

2

2

2

1

;

DR

DV

DRV

VI

R

VDIV

DIVIVPR

VPoPP

s

s

oL

oLs

Lsssin

ooin



Điều kiện để dòng qua L liên tục : Imin 0

Lmin = ???

Điều kiện để dòng qua L liên tục : Imin = 0

f

RDL

2

1 2

min



V0/V0 = ??



V0/V0 = ??

RCf

D

V

V

DTR

VDTIQ

VCQ

0

0

00

0


Bài tập 1 : Thông số bộ biến đổi Buck- Boost:

Vi= 24V ; D = 0.4, R = 5 Ohm, L = 100uH, C = 400uF, f = 20kHz

Hãy xác định :

1. Điện áp ngõ ra Vo

2. Vẽ giản đồ dòng qua cuộn cảm

3. Độ nhấp nhô điện áp


Bài tập 1 : Thông số bộ biến đổi Buck- Boost:

Vi= 24V ; D = 0.4, R = 5 Ohm, L = 100uH, C = 400uF, f = 20kHz

Hãy xác định :

1. -16V

2. IL = 5.33 A; ILmax = 7.73A; ILmin = 2.93A

3. 1%


Bài tập 2:

Thiết kế bộ biến đổi Buck- Boost cung cấp cho tải 75W điện áp 50V với điện áp nguồn là 40V. Độ nhấp nhô điện áp không lớn hơn 1%.


BOÄ BIEÁN ÑOÅI C’UKBOÄ BIEÁN ÑOÅI C’UK

Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi Cuk


Đặc điểm:-Điện áp ngõ ra có thể điều khiển cao hơn hay thấp hơn điện áp ngõ vào- Điện áp ngõ ra đảo dấu


Giả thiết :1.Hai cuộn kháng có giá trị lớn =>dòng qua chung không đổi2.Hai tụ điện đủ lớn => áp trên tụ không đổi3.Mạch vận hành ở xác lập4.Thời gian đóng khóa : DT, ngắt : (1-D).T5.Các linh kiện lý tưởng

01 VVV sC


2)(1 LONC Ii



Khi khóa đóng :


1)(1 LOFFC Ii



Khi khóa ngắt :


Quan hệ điện áp V0 và Vs ?


Quan hệ điện áp V0 và Vs :

120 LsL IVIV

Do dòng trung bình qua tụ C1 bằng 0, suy ra :

D

D

I

I

TDIDTI

TDiDTi

L

L

LL

OFFCONC

1

01

01

2

)(1)(1

1

12


Thay vào trên, suy ra :

D

D

V

V

s 10


Độ nhấp nhô áp tụ C2 suy ra tương tự bộ Buck

2220

0

8

1

fCL

D

V

V


Độ nhấp nhô áp tụ C1 suy ra khi khóa ngắt:

T

DT

LC dtIC

V11

1

1


Độ nhấp nhô dòng qua cuộn kháng suy ra khi khóa đóng:

1

1

1 1

L

LsL

idt

diLVv

2

2

2 2

L

LsL

idt

diLVv


Bài tập:

Thiết kế bộ biến đổi Cuk với điện áp ra là -18V. Điện áp ngõ vào là 12V. Thiết kế sao cho độ nhấp nhô dòng qua các cuộn kháng không vượt quá 10% dòng trung bình, độ nhấp nhô điện áp ngõ ra thấp hơn 1% và độ nhấp nhô điện áp trên tụ C không vượt quá 5%. Công suất tải là 40W. Tần số đóng cắt có thể chọn 50kHz.


Bài tập:

Thiết kế bộ biến đổi Cuk với điện áp ra là -18V. Điện áp ngõ vào là 12V. Thiết kế sao cho độ nhấp nhô dòng qua các cuộn kháng không vượt quá 10% dòng trung bình, độ nhấp nhô điện áp ngõ ra thấp hơn 1% và độ nhấp nhô điện áp trên tụ C không vượt quá 5%. Công suất tải là 40W. Tần số đóng cắt có thể chọn 50kHz.

Giải :

D = 0.6

L2 649uH ; L1 432uH

Co 3.08uF ; C 17.8uF

Bbdt VP Buck Boost

Documents