Luận văn Tính toán và thiết kế bộ nguồn ổn áp xung

Luận văn Đề Tài: Tính toán và thiết kế bộ nguồn ổn áp xung Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 1 Chöông I: GI ÔÙI THI EÄU CHUNG VEÀ OÅN AÙP DC I. LYÙ THUYEÁT CÔ BAÛN VEÀ OÅN AÙP - Chöùc naêng cu ûa mo ïi oån a ùp DC vaø bieán ñ oåi ñ ieän a ùp vaøo DC ( moät chie àu) thaønh ñieän aùp ra DC xaùc ñònh , oån ñònh vaø duy trì ñieän aùp ñ où khoâng ñoåi tre ân moät taà m roäng cuûa caùc ñieàu kieän ñ ieän a ùp vaøo vaø doøng ta ûi. Ñeå thöïc hieän vieäc naøy, moät oån a ùp thöôøng goàm coù. 1. “Pha àn töû chuaån” ñe å cung ca áp moät möùc ñie än aùp ra oån ñ ònh bieát tröô ùc (VRE F). 2. “Pha àn töû laáy maãu ” ñ eå la áy maãu ñ ieän aùp ra . 3. “Pha àn töû khue ách ñaïi sai bieät” ñeå so saùnh ma ãu ñie än aùp chuaån vaø taïo ra tín hieäu sai bieät. 4. “Pha àn töû ñie àu khieån” ñ eå bieán ñ oåi ñie än aùp ra thaønh ñ ieän aùp ra mong muoán khi ñieàu kieän taûi thay ño åi vaø ñöôïc ñ ieàu khieån baèng tín hieäu sa i bieät. - Maëc duø maïch thaät söï coù söï thay ñ oåi, nhöng coù 3 kieåu oån a ùp cô baûn la ø: OÅn a ùp noái tieáp, song song (shunt) vaø xung (coøn goïi la ø giao hoa ùn ha y ngaén ñoaïn ). Nhö ng 4 thaønh cô ba ûn ôû ñ ieàu coù ôû caû 3 kieåu oån aùp ñ où. Hình 1.1 Sô ñoà khoái cuûa moät nguoàn oån aùp cô baûn II.CAÙC THAØNH PHAÀN CUÛA OÅN AÙP 1. Ph aàn töû chuaån. -Phaàn töû chuaån la ø neàn taûn cuûa ta át ca û ca ùc oån a ùp va ø ñieän aùp ra ñ öôïc ñie àu khieån tröïc tieáp baèng ñ ieän a ùp chua ån V REF. Nhöõng bieán ñoåi cuûa ñ ieän a ùp chua ån Phaàn t öû ñi eàu khi eån Khueách ñaïi sai bi eät REF Ñi eän aùp vaøo Ñi eän aùp r a oån ñò nh Pha àn t öû chua ån o Pha àn t öû l aáy m aåu Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 2 qua khueách ñaïi sa i bieät se õ laøm cho ñieän a ùp ra thay ñoåi theo. Ñeå co ù ñöô ïc söï o ån ñ ònh nhö y eâu caàu, pha àn töû chu aån phaûi o ån ñònh, ño ái vôùi moïi bieán ño åi cu ûa ñie än a ùp nguoàn va ø ca ùc nhieät ñoä tieáp xu ùc coù nhieàu kyõ thuaät pho å bieán co ù theå duøng giaûi quye át ca ùc baøi toaùn thieát keá duøng IC oån aùp. 2. Phaàn töû la áy maãu. -Phaàn töû laáy ma ãu giaùm saùt ñ ieän a ùp ra vaø ño åi noù thaønh mo ät mö ùc ñieän a ùp baèng ñie än aùp chuaån khi ñieän a ùp ra ñuùng. Khi noù coù söï thay ñoåi ñieän aùp laøm cho ñ ieän a ùp cho ñ ieän aùp hoài tieáp lôùn hôn hay nhoû hôn ñ ieän aùp chu aån. Hieäu soá ñie än a ùp cu ûa ñie än aùp chuaån vaø ñieän aùp laáy maãu duøng ñeå ñ ieàu khieån oån a ùp laøm cho noù coù ña ùp öùng thích hôïp va ø ñu ùng vôùi y eâu caàu. 3. Khueách ñaïi sai bieät. -Khue ách ñaïi sai bieät cuûa o ån aùp duøng ñ eå so sa ùnh ñie än aùp hoài tieáp vôùi ñ ieän aùp chuaån. Noù cuõng khu eách ñaïi möùc sai bieät ñe å laùi ma ïch ñ ieàu khieån ñ eå ñ öa ñ ieän aùp ra ve à mö ùc ñaët tröô ùc. 4. Phaàn töû ñieàu khieån. a. Noái tieáp: Vo=Vs -IL.Rs b. Song song: Vo =VI-(IL+Is).Rs c . Xung: Vo =Vs Toff+Ton Ton Caáu hình cuûa pha àn töû ñieàu khieån  Ta át caû caùc pha àn töû ñaõ giôùi thieäu ô û treân haàu nhö khoâng ñoåi ñoái vôùi caùc maïch oån a ùp. Traùi laïi thì phaàn töû ñieàu khieån thay ñ oåi theo oån a ùp se õ thieát keá. Rs Vs Vo Rs R Is Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 3 -Ngöô øi ta döïa vaøo phaàn töû naøy ñ eå phaân loa ïi oån a ùp noái tieáp, song song hay oån a ùp xu ng(switching). II. PHAÂN LOAÏI OÅN AÙP. 1. OÅn aùp noái tieáp  OÅn a ùp noái tieáp coù teân laø “no ái tieáp” la ø döïa vaøo pha àn töû ñ ieàu khieån, ôû o ån a ùp naøy phaàn töû ñ ieàu khieån ma éc noái tieáp vôùi ta ûi. Pha àn töû ñ ieàu khieån thöôøng laø moät transistor vaø noù coù chöùc na êng nhö moät ñieän trô û tha y ño åi ñöô ïc(Rs). Tích soá cuûa Rs vaø doøng ta ûi IL laø m cho sai bieät ñ ieän a ùp vaøo ra (Vi-Vo) thay ñ oåi vaø ñie än a ùp na øy boå chính cho ñieän aùp vaøo vaø doøng ta ûi thay ño åi.  OÅn a ùp noái tie áp cô baûn ñöôïc minh hoïa nhö hình veõ sau : Vo =Vre f(1+R1/R2) Vôùi :Vref laø ñie än a ùp chua ån  Baát lôïi cô ba ûn cuûa o ån aùp noái tieáp laø: Coâng su aát tieâu thuï cu ûa noù phuï thuoäc vaøo doøng taûi vaø sa i bieät ñ ieän a ùp vaøo ra . Coâng suaát tieâu thuï seõ trôû ne ân ñ aùng keå khi doøng ta ûi taêng hay hieäu so á ñieän aùp va øo ra taêng. 2. OÅn aùp song song.  OÅn aùp so ng so ng duøng linh kieän tích cö ïc maéc so ng song vôùi taûi vaø ñie àu khieån doøng dieän qua noù ñeå buø ca ùc bieán ñoäng cuûa caùc ñie än a ùp va øo ha y caùc ñie àu kieän taûi thay ñoåi.  OÅn a ùp song song cô baûn döôïc minh hoïa nhö hình veõ sau : V ref R1 Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 4 Vôùi -Vr ef: ñ ieän a ùp chuaån -IL: doøng taûi -Ishunt: doøng qua phaàn töû ñieàu khieån -Khi doøng IL taêng, Ishunt giaûm ñe å ñieàu chænh suït a ùp qua Rs. Theo caùch naøy thì Vo giöõ khoâng ño åi. -Vo=VI-Is.Rs -Vôùi Is=IL+Ishunt -Vo=VI-Rs(IL+Ishu nt)  Rshunt: bieåu die ãn ñieän trô û töô ng ñöô ng cuûa phaàn t öû ñie àu khieån. * Öu nhöôïc ñieåm: -Maëc duø oån aùp naøy thoâng thöôøng ít höõu hieäu hôn oån a ùp noái tieáp hay oån a ùp xung, nhöng ño ái vôùi mo ät soá öùng du ïng noù la ïi co ù lôïi. OÅn aùp son g song ít nha ïy v ôùi nhöõng bieán ñoåi töùc thôøi cu ûa ñie än aùp vaøo, noù khoâng pha ûn aùnh nhö õng bieán ñ oåi nhaát thôøi cuûa do øng ta ûi trôû veà nguoàn. 3.Caùc v i maïch oån aùp DC tuyeán tính. -Ca ùc vi maïch o ån aùp DC tuyeán tính ñö ôïc söû duïng ra át roäng raûi do nhö õng ö u ñ ieåm cuûa no ù nhö :Tích hôïp toaøn boä linh kieän trong moät voû kích thöôùc beù, khoâng caàn sö û duïng hoaëc chæ sö û duïng theâm moät vaøi linh kieän ngoaøi ñeå taïo ma ïch hoaøn chænh, ma ïch baûo veä quaù doøng, qu aù nhieät coù saún beân trong vi ma ïch … Moät tro ng nhöõng loïa i vi maïch o ån aùp DC tuy eán tính thoâng duïng la ø hoï vi ma ïch 78x x ( oån aùp döông) vaø o ån aùp 79xx(oån aùp a âm) co ù ba cha ân. Tuøy theo hình daïng voû, caùc vi maïch o ån aùp ba chaân co ù theå cung caáp doøng töø 100mA ñ eán 1A vaø cho ñie än a ùp ra coá ñònh ôû nhieàu gia ù trò khaùc nhau töông ö ùng vôùi maõ soá: -Da ïng maïch ñ ieän duøng vi ma ïch oån a ùp ba chaân. -Trong ño ù Ci ñöô ïc theâm vaøo khi vi ma ïch ñaët xa nguoàn chænh löu vaø loïc ñ eå oån ñònh ñieän a ùp ngoõ vaøo; Co ñe å loïc nhieãu cao taàn. -Tuy nhieân ñe å vi maïch hoaït ño äng toát thì ñieän aùp ngoõ vaøo toái thieåu phaûi cao hôn ñ ieän aùp ngo õ ra 2V. Ña ây laø moät giôùi haïn cu ûa vi ma ïch oån a ùp tu yeán tính 4.Nguoàn oån aùp xung 78XX (79XX) VIV o CoCi Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 5 -Sô ñoà minh hoïa nguy eân lyù ho ïat ñoäng cu ûa nguo àn oån aùp xung. -Khi coâng taéc hôû, naêng löô ïng tích trö õ ban ñaàu trong ma ïch loïc ñ öôïc ca áp cho ta ûi.Khi ñie än aùp treân ta ûi giaû m daàn ñ eán lu ùc ngoõ ra maïch so sa ùng ñ oåi traïn g thaùi, coâng taéc ñoùng laïi. Doøn g ñie än töø nguoàn vaøo Vs cung ca áp naêng löôïng ch o ta ûi vaø tích trö õ tro ng maïch loïc. Do ñoù VL taêng, laøm ngoõ ra ma ïch so saùn h ña ûo tra ïng thaùi ñe å môû coâng taéc. Tö ông töï khi doøng ta ûi taêng, ma ïch so saùn h seõ ñie àu khieån co âng ta éc tro ng thôøi gian la âu hôn so vôùi thôùi gian môû co âng ta éc ñ eå duy trì ñ ieän a ùp ra o ån ñònh; ngöô ïc la ïi, thôøi gia n coâng taéc mô û se õ laâu hôn thôøi gian ñoùng khi doøng taûi beù. -Phaàn töû ñie àu khieån (tra nsistor) noái tieáp la ùi doøng trong nguoàn oån a ùp xung hoaït ñoäng ôû che á ño ä ño ùng ngaét neân coâng sua át tie âu ta ùn raát beù so vôùi tra nsistor laùi doøng ôû nguoàn oån aùp tuye án tính phaûi daãõn ñ ieän lieân tuïc, nhaát laø khi ñ ieän aùp vaøo lôùn hôn ñie än a ùp ra. Do ño ù hieäu suaát cuûa nguo àn o ån a ùp xung (khoaûng 85%) cao hôn hieäu su aát cuûa nguoàn oån aùp tuyeán tính. Vieäc chon tra nsistor laùi doøng vaø toûa nhieät cho no ù ñoái vôùi nguoàn o ån aùp xung seõ ñôn gia ûn hôn nhieàu so vôùi nguoàn oån aùp tuye án tính, vôùi cuøng möùc coâng sua át ra taûi -Trong thöïc teá, coâng taéc transisto r ñöô ïc ñie àu khieån baèng moät nguoàn dao ñ oäng taàn soá coá ñònh, coù chu kyø nhieäm vuï D = T Ton ñöôïc ñieàu bieán bôûi ñ ieän a ùp ngoõ ra ma ïch so saùnh. Taàn soá ñoùng môû coá ñòn h cuûa coâng ta éc tra nsistor cho phe ùp toái öu hoùa caùc thaønh phaàn loïc, gia ûm ñ öôïc ñoä gôïn soùng ngo õ ra. Ta àn soá dao ñoäng coù theå töø vaøi Khz ñeán vaøi chu ïc Khz, tu øy the o ñ aùp öùng cu ûa transistor laùi. -Nga øy nay, ta co ù nhö õng loaïi MOS vaø BJT co âng sua át lôùn co ù ñaùp öùng ca o hôn 500Khz, neân co ù theå ta êng taàn so á dao ño âng cao hô n ñe å gia ûm ñ öôïc kích thöô ùc maïch lo ïc ngoõ ra. K Ñ Ta ûi M aïch chænh löu vaø loïc K hoùa BJ T M aïch loïc ( LC ) V e V I V c VL Ta ûi K Ñ s a i leäch S o s aùnh Vref Is Io Vo Vs Coâng taéc (trans is tor) Ma ïch loïc ( LC ) + - + - Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 6 -Sô ñoà khoái minh hoïa cuûa mo ät ngu oàn o ån a ùp xu ng ñieàu khieån baèng taàn soá coá ñò nh. -Khoái so saùnh va økhueách ñie än a ùp sai leäch thöïc hieän vieäc so saùnh ñie än a ùp ra Vo vô ùi ñieän aùp chuaån Vref taïo ra tín hieäu Ve. Tín hieäu naøy cuøng vôùi ñie än a ùp hình ra êng cöa Vosc do boä taïo soùng taïo ra (coù fo= 1/T) ñöôïc so saùn h vôùi nhau tro ng khoái ñie àu khieån ñoä roäng xung taïo ra chuoåi Ve duøng ñeå ñie àu khieån söï ñ oùng mô û cuûa khoùa tra nsistor. -Khi Vosc >Ve, tín hieäu ô û mö ùc cao(Ton). -Khi Vosc<Ve, tín hieäu ôû möùc thaáp(Toff). T=To n+To ff T: chu ky ø ñoùng ngaét To n: thôøi gian ñoùng To ff: thôøi gia n ngaét. -Nhö vaäy khi ñ ieän a ùp Vo coù khu ynh hö ôùng taêng hoaëc doøng taûi be ù, ñie än a ùp Ve ta êng, thì Ton giaûm. Do ñoù, khoùa transistor se õ taét tro ng thôøi gian da øi hôn, khieán Vo gia ûm xuoáng. -Khi Vo giaûm ho aëc doøng ta ûi taêng, Ve giaûm thì Ton taêng. Ve To n T Vosc Vc Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 7  K eát luaän: Töø nhöõng öu ñieå m ña õ phaân tích ôû t reân cuûa oån aùp xung, neân ta choïn kieåu oån a ùp xung ñ eå thieát ke á maïch oån aùp 5V/10A; -15V/3A;+15V/3A vôùi muïc ñích la ø seõ lôïi duïng ñöôïc nhö õng öu ñ ieåm ñoù. Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 8 Chöông II: NGUOÀN OÅN AÙP XUNG A. LINH KIEÄN ÑO ÙNG NGAÉT -OÅn a ùp xu ng thöôøng ñöô ïc söû duïng hai linh kieän baùn daãn ñoùng ngaét thoâng thöôøng nhö: thyristo r (SCR), transistro coâng sua át ha y tra nsistor trö ôøng. I. Ñoùng ngaét baèng SCR -Söï baát lôò khi duøng linh kieän ño ùng môû baèng SCR la ø chuùng ta ñ ieàu k hieån caû hai quaù trình kích khôûi vaø ngaét cuûa SCR. Vì vaäy laøm phö ùc ta ïp theâm trong quaù trình ñ ieàu khie ån vaø ha ïn che á vieäc na âng cao ta àn soá. -Theo n guy eân lyù SCR seõ tö ï duy trì tra ïng t haùi daãn ñieän sau khi ñöô ïc kích. Muoán SCR ñ ang ôû traïng thaùi daãn chuy eån san g traïng thaùi ta ét thì phaûi cho IG= 0 vaø ñie än theá VAK=0v. ñeå SCR coù theå taét ñ öôïc thì thôøi gian VAK= 0 ñu û daøi. Va äy phaûi coù t heâm thô øi gian ta ét SCR. -Ñeå SCR daãn ñieän tro ng trö ôøng hôïp ñie än theá VAK thaáp thì pha ûi co ù doøng ñ ieän kích cö ïc G cuûa SCR. Do øng IG min laø trò soá doøng kích nhoû nhaát ñuû ñeå ñie àu khieån SCR daãn vaø IG min co ù trò so á lôùn hay nhoû tuøy thuoäc coâng sua át cu ûa SCR. Neáu SCR ca øng lôùn thì IG min caøng lôùn. -Vôùi: -toff =tI t = 0 +toff SCR -tIt =0: thôøi gian doøng giaûm xu oáng 0 -toff SC R: t hôøi gian taét S CR. -toff : thôøi gia n töø luùc taùc ño äng ñeán SCR taét * Caùc phö ông phaùp ngaét: a. Nga ét nguoàn ñieän aùp VAK ra khoûi SCR (caùch naøy thöôøng kho âng ñöô ïc söû duïngvì phaûi toán hao naêng lö ôïng ngaét, to ác ñoä la øm vieäc chaäm) b. Giaûm doøng qua SCR xuo áng döô ùi gia ù trò doøng duy trì IH (p höông pha ùp ñ aûo lö u e ùp) c. Ñaûo cö ïc tính ñ ieän aùp caáp cho AK. II. ÑO ÙNG NGAÉT BAÈN G TRANSISTOR. -Coù nhieàu loïai BJT tre ân thò tröô øng töø nhöõng BJT Ge ,Si, ñeán BJT darlington ra át toát, chuùng t höô øng l aøm moät so á co âng vieäc nhaát ñònh Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 9 -Khi choïn löïa chuùng ta pha ûi chuù yù ñeán cheá ño ä hoïa t ño äng cuûa chuùng nhö: Ñòeân aùp cao, ta àn soá giao hoa ùn cao, do øng ñ ieän ca o. Ngoaøi ra co øn phaûi chu ù yù veà giaù thaønh cu ûa chuùng. -Ñe å ñoùng ngaét ca ùc maïch ñieän töû ngöôøi ta duøng ca ùc khoùa ñie än töû. Caùc khoùa naøy coù hai tra ïng tha ùi pha ân bieät. -Traïng tha ùi ño ùng (tra ïng thaùi daãn ba õo ho øa) -Traïng tha ùi ngaét (tra ïng thaùi taét). Vieäc chuyeån ño åi traïng tha ùi na øy sang tra ïng thaùi kia laø do ta ùc ñoäng cu ûa hai tín hieäu ñieàu khie ån ôû ngoõ vaøo, ño àng thôøi quaù trình chuyeån traïng thaùi ñ öôïc thöïc hieän vôí moät ta àn soá nhaát ñònh. -Ña ëc t ính laøm vieäc cuûa tra nsistor ô û cheá ño ä ñoùng ngaét. Mieàn baõo hoøa I, mieàn caét II. -Ñeå ña ûm baûo cho BJT na èm ôû traïng tha ùi taét t hì VBE<Vγ -Vγ: ñieän aùp môû -Ic=ICBO co ù giaù trò raát b eù V BE I B 0 V Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 10 -IE = 0 taïi ñieåm B -Taïi ñieåm B ñie än a ùpUCE=0 neân coâng su aát tie âu h ao P=Ic.UCE cuõng ra át nhoû.Ta ïi A Ic=0 ne ân Pc coâng suaát beù. -Khi dieåm laøm vieäc di chuye ån tö ø A ñieán B va ø ngöôïc laïi,tre ân ñ öôøng ta ûi,trong vuøng tích cöïc III,t aát nhieân cuõng tieâu hao co âng sua át.song thôøi gia n chuy eån dich raát nga én . * Ñieàu kieän ñ eå transistor tieán saâu vaøo traïng tha ùi ba õo ho øa .IB > Ic *Xu ng nhoïn töùc thôøi Ibtro ng kho aûng thô øi gian ñ oùng ngaét caàn keùo daøi töø 2% ñe án 3% thôøi gian daãn. -Khi choïn transistor laøm vieäc ôû taàng coâng suaát kho ùa ño ùng môû, ta chu ù yù caùc ña ëc tính sau :Ñieän aùp ngöô ïc 100 ñeán 1500V ,doøng ñieän thuaän ,thô øi gia n chuy eån maïch. (taàn so á chuye ån maïch). -Khoùa ño ùng môû coù theå du øng ma ïch gheùp 2 transistor nhö ma ïch ghe ùp Dalingto n hay t ransistor MOS. * Keát luaän: -Boä nguoàn switching duøng ta nsistor coâng suaát taàn so á cao la øm phaàn töû ñ oùng nga ét ngöôøi ta hay duøng nhaát.Bô ûi vì noù deã tìm treân thò trö ôøng ,ña ùp ö ùng taàn soá cao , giaù thaønh khoâng ca o.Vaäy trong phaàn thieát keá ta choïn linh kie än ñ oùng ngaét baèng tra nsistor . Transistor Transistor Xung nhoïn I I Doøng ñænh ngöôïc I Bmin B B ngaétdaãn Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 11 III. CAÙC PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU CHÆNH -Nhö ñaõ khaûo saùt ô û treân ,oån aùp xung du øng pha àn töû ñieàu chænh ñie än aùp ra, neân tro ng luùc ñieàu chænh linh kieän seõ daãn baõo hoøa hay ta ét do øng vaø a ùp qua noù phuï thuoäc ta ûi . -Nhö vaäy chuùng ta chæ co ù theå ñieàu khieån 2 thoâng so á ñoù l aø ta àn soá vaø ño ä roäng xung . -Thay ñ oåi ñ oä roäng xung, taàn soá co á ñònh. -Thay ñ oåi ta àn soá, ñoä roäng xung co á ñònh. -Thay ñ oåi caû ta àn soá vaø ñ oä roäng xung. 1.Boä oån aùp switc hing thay ñoåi ñoä roäng x ung , taàn soá c oá ñònh. (Phaàn naøy ñaõ ñöô ïc giôùi thieäu ô û chöông I , mu ïc III.4.) 2.Boä oån aùp switc hing coù ñoä r oäng xung khoâng ñ oåi, taàn so á xung thay ñoåi. -Thay ñ oåi ta àn soá naøy t uøy theo ñieän aùp nguoàn vaø doøng ñieän qua taûi, ñ eå giaûm bôùt nhöõng toån thaát qua transistor vaø tro ng bieán aùp thì taàn so á naøy khoâng ñ öôïc dö ôùi va øi Khz.Maïch ñ ieän naøy ñôn gia ûn nhöng khoù loïc döô ïc caùc gôïn soùng ñ aàu ra. Vì va äy tro ng t höïc teá ít duøng. Trong ñ où : -VC0:da o ñoäng ñö ôïc ñ ieàu khieån baèng ñie än aùp -Ñôn oån:Khi coù xung ñ ieàu khieå ma ïch ñôn oån cho ra moät xung coù ño ä roäng xung co á ñònh roài trôû ve à traïng thaùi ban ñaàu. -Taàn soá xung cuûa maïch ñ ôn o ån ñöôïc tha y ñoåi do xung kích töø VCO. Thôøi gian daãn cu ûa transistor ñöôïc xaùc ñònh baèng thôøi haèng cuûa maïch ñ ôn o ån vaø ñ öôïc giöõ coá ñònh.ña ây la ø loaïi maïch cho pheùp ñ ieàu chænh ñoäc laäp taàn so á xung ñ oái vôùi ño ä roäng xung. Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 12 3. Boä oån aùp switc hing thay ñoåi c aû taàn soá vaø ñoä r oäng xung . -Ñaây laø bo ä oån aùp t öï kích ,treân n guyeân taéc töï dao ñoäng caùc ñie àu kie än ta ùc ñ oäng vaøo ca û taàn soá va ø ñoä ro äng xung cuûa ma ïch. Giaûi thích :Bo ä khue ách ñaïi sai leäch chính laø maïch so sa ùnh ñ ieän aùp ra (qua ñ ieän trôû R3) vôùi ñie än a ùp chuaån . Khi ñi eän aùp ra cuûa boä o ån aùp gia ûm, maïch so saùn h seõ mô û transistor (tra nsistor daãn) vaø khi ñ ieän a ùp ra ta êng boä khueách ñaïi so saùnh se õ ngaét tra nsistor giao hoaùn. Do ta ùc ño äng cuûa vo øng hoài tieáp seõ ñie àu chænh söï bieán thieân ha i tho âng so á naøy ñe å oån ñ ònh ñie än aùp ra. *Toång qua ùt boä oån a ùp switching taïo ra sö ï thay ñ oåi beà ro äng xung töông ö ùng vôùi söï thay ñoåi ñieän aùp vaøo chöa ñieàu chænh. *Nhaän xeùt: Neáu ta ye âu caàu cha át löôïng cao vaø ta àn soá oån ñ ònh traùnh cho nhöõng linh kieän ôû boä loïc phaûi lôùn (vì taàn soá danh ñònh taét môû pha ûi lôùn hôn nhieàu laàn taàn so á löô ùi ma ø ôû ñaây la ø taàn so á bieán thieân kho âng bieát trö ôùc ñöô ïc) * Keát luaän: Qua vieäc khaûo sa ùt caùc phöông pha ùp ñieàu chænh treân vaø vôùi caùc öu khuyeát ñie åm cuûa noù. Ta choïn phöông phaùp ñieàu roäng xung, giöõ ta àn soá co á ñònh ñ eå de ã choïn linh kieän ña ùp öùng ye âu caàu taàn so á. B. ÑOÅI ÑIEÄN MOÄT CH IEÀU RA ÑI EÄN MOÄT CH IEÀU (Converters) -Trong nhieàu tröôøng hôïp phuï ta ûi ca àn ñie än moät chieàu töø nguo àn ñie än moät chieàu , moät ñ ieän a ùp hay doøng hieäu sua át thieát bò laø moät ñ ieàu pha ûi quan taâm. -Thieát bò ño åi ñ ieän moät chieàu ra ñ ieän moät ch ieàu ñ öôïc laép raùp, theo nhieàu sô ñoà ra át ña daïng. Nhöng ta chæ ñeà caäp ñ eán moät soá sô ño à cô baûn: Bu ck, Boo st, Buck - Boo st. Vaø caùc daïng khaùc nhö: Fly back, Forwa rd, Push - Pull (ñaåy keùo) Half- Bridge (nöûa ca àu ), Caàu (Full - Bridge) Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 13 I. SÔ ÑO À BUCK. * Sô ñoà Buck - DCK : Transisto r ngaét daãn laø m vieäc ñie àu cheá ñoä ro äng xung ( ñ ieàu cheá xu ng ) Control circu it : khoái ñieàu khieån tra nsistor. - L : cu oän caûm khaùng tích luõy ñie än naêng. - C : Tu ï ñie än tích luõy ñ ieän naêng - Dsb : Dio de sa n baèng doøng, giuùp cho doøng ñ ieän qua L lieân tuïc khi doøng ñieän cu ng ca áp qua t ra nsistor ÑCX kho âng lieân tuïc. - Vs : Ngu oàn ñ ieän moät c hieàu ôû ngoõ vaøo.Ngu oàn naøy coù theå la ø moät bo ä chænh löu , do ñoù caàn co ù tuï ñie än Cv vöøa ñ eå loïc vöøa ñeå tieáp nhaän naêng löôïng töø phuï ta ûi traû veà. Vì boä chænh löu khoâng nhaän ñöô ïc doøng traû veà. - Ma ïch naøy se õ ñöô ïc noái ngay sa u bieán a ùp ng uoàn. Töø sô ñ oà ta coù theå thaáy ra èng ma ïch naøy kha ù ñô n giaûn. - Khi tra nsistor daãn, nguoàn ñie än seõ chaûy moät caùch trö ïc tieáp ñe án ña àu ra . Ñieän aùp naøy cu õng phaûi qua cu oän daây . Khi transisto r nga ét, doøng ñaõ löu trö õ tro ng cuo än la øm cho diode phaân cöïc thua än vaø cho pheùp do øng trôû ve à taûi. - Mo ãi chu kyø laøm vieäc goàm 2 giai ñoaïn : * Gia i ñoaïn 1: D < t < Dt L Vo C R Vs i ++ -- .. Vo Cv C R iDsb Vo L1 T=Ton+Toff DCXVs Control circuit iDCX Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 14 D : Heä soá chu kyø hay tæ so á thôøi gian daãn ( du ty cycle) treân thôøi gian la øm vieäc T = f 1 laø chu kyø ño ùng ngaét, f laø ta àn soá ñ oùng nga ét thöôøng vaøo khoaûng 10KHz  100KHz. Ds b pha ân cöïc nghòch, khoâng daãn. -Ñieän aùp ôû L la ø : VL = Vs - Vo VL = Vs - Vo = dt di L L - Vaäy iL bieán thieân tuyeán tính theo thôøi gian naøy löôïng tích luõy va øo R,C cung caáp cho phuï ta ûi. iL =   t L VoVS . ILmin -IL taên g töø ILm in ñ eán ILmax trong thôøi gia n T iL = L V-V OS t + ILmi n= iDCX Im ax - ILm in = -DT (2-1)  Gia i ño aïn 2: DT < t < T Dsb .. .. - - + +Vs RC Vo L Dsbi DCX L DT T 0 t V - V D i i t t TDT TDT S 0 l CX Dsb i = i1 Dsb i = i Dsb1 Li V Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 15 -DCX ngöng daãn, nhôø co ù Dsb ne ân iL vaãn lieân tuïc vì Dsb da ãn : VL = -Vo = L -iL giaûm töø ILmax  ILmi n tron g thôøi gian : T - DT = ( 1 - D ) T theo ha øm soá IL = - L Vo ( t - DT ) + ILm ax = iD Sb ILm in - ILmax = IL = - ( 1 - D ) T ( 2 - 2 ) -Ñaïi löôïng taêng doøng baèng ñaïi löôïng giaûm doøng : Co äng (2 -1) vaø (2-2) => V0 = D.Vs vôùi D = T Ton T Ton Ta coù : Io = R VII LL 0minmax 2   ( 2 -3 ) Vaäy : ILm ax = DVs         Lf D R 2 )1(1 vôùi f = T 1 ILm in = DVs         Lf D R 2 )1(1 -Ñieàu kieän ñe å coù doøng lie ân tuïc la ø ILm in = 0 Vaäy : L = (1-D ) f R 2 -Ñieän aùp gôïn so ùng Vr ñöô ïc tính nhö sau : -Trong nöûa chu ky ø C ñöôïc naïp the âm ñieän löôïng : Q = 222 1 minmax Tx II LL        (2- 4 ) 0 t 0 U D TD T /2 T U t (I + I ) /2L m ax L m i n V 0 Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 16 -Cuõng tro ng nöûa chu ky ø tuï ñ ieän C pho ùng ra cuøng 1 ñ ieän löôïng. Vaäy : Vo = Vc =          T C II LL . 8 minmax -Thay T = f 1 va ø ( ILm ax-ILm in) = ( 1 - D ).T Vo =   2 0 20 .8 )1( 8 1 fLC DV C TD L V    -Hoa ëc : V0 = 2.8 )1(. fLC DDVv  ( 2-5 ) -Doøng gôïn soùng : iL= fL V0 ( 1 - D ) (2-6) * Chæ tieâu caùc linh kie än : - Transistor DCX : -VD CXm ax = Vs -IDCXm ax = Lf VDDI s 2 )1(0  - Diode Dsb : VDs bmax = Vs ID sbmax = Lf VDDI s 2 )1(0  IDbst rung bìn h = (1-D). I0 (2- 7) II. SÔ ÑOÀ BOOST -Caùc chæ tieâu linh kieän tích lu õy ñie än na êng la ø L vaø C, ño ùng nga ét ñ ieän laø tra nsistor DCX, D khoâng cho doøng töø C pho ùng veà nguoàn Vs . Moãi chu kyø la øm vieäc goàm 2 giai ñoaïn : Sô ñ oà Boost i VoControl circuit iDCX - + RC Vo+ - L Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 17 * Giai ñ oaïn 1 : O < t < DT - DCX daãn, D phaân cöïc nghòch neân khoâng da ãn VL = Vv = L dt d iL ; ñ ieän naêng tích luõy vaøo L, C va ãn caáp ñieän cho ta ûi. - *Gia i ñoaïn 2. -DCX ngöng daãn, iL vaãn lieân tuïc do D daãn vaøo phuï taûi, L phoùng ñie än vaøo ta ûi. VL = Vs- Vo; Vo> Vs iL = ID = L VV OS  (T - DT ) + ILmax (2-8) -iL giaûm töø ILma x  ILmin ILmi n- ILma x = ( T - DT ) -Neân ta coù : V 0 = D Vs 1 vôùi O<D<1 (2-9) . L . .. - - + +Vs RC Vo DCX D DT DT C i S DT DCX DCXi iL i = =i iDCX DCX i L Lmax 2S T T T T t t LminI t t Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 18 -Trong thöïc teá Vr khoâng lô ùn hôn 5Vv -Coâng sua át va øo = 2 1 [ Im ax + ILmi n] Vs -Coâng sua át ra : R Vo 2 -Caân ba èng coâng sua át va øo vô ùi coâng suaát ra : Ta coù : 2 1 [ ILmax + ILmin] VS = R V 20 (2-10) -Töø (2-9) vaø (2-10) : Ta coù : ILmmax + ILmin = 22 )1( 2 DR VS  (2 - 11) -Tö ø (2-8) v aø (2-11) ta co ù : ILmi n = 2)1( DR VV  - Lf DVS 2 . ( f = T 1 ) ILmax = 2)1( DR VV  + Lf DVS 2 . -Ñieàu kieän doøng lie ân tuïc : ILmin = 2)1( DR VS  - Lf DVS 2 . = 0 L = 2)1(. 2 DD f R  -Ñeå tính ñöô ïc ñieän a ùp gôïn soùng V0 ha y doøng ñie än ta ïi tuï lo ïc C -Ñieän löôïng naïp theâm vaøo tuï ñie än C laø Ir baèng ñieän löôïng phoùng ra nuoâi phuï taûi, coi doøng gôïn soùng ta ïi phuï taûi Ir khoâng ña ùng keå so vôùi iL Vaäy : V0 = VC = C Q Q = Io.DT Q = Rf DV DT R V o.0 ( 2 -12 ) Vôùi D : heä soá chu ky ø , D = T TON f = 1/T : Taàn so á ñoùng ngaét Vaäy : V0 = D RfC V C Rf DV o o . Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 19 * Chæ tieâu caùc linh kie än : - Transitor DCX : VDCXm ax = VS + Vo ID CX max = Lf DV D Io S 21   - Diode D : VD max = VS + Vo IDmax = Lf DV D Io S 21   ( 2 -13) -ID tr ung bình = Io ( 2 -1 4 ) III. OÅN AÙP B UCK - BOOST -OÅn a ùp Buck - Boo st cung caáp moät ñ ieän a ùp ngoõ ra maø coù theå thaáp hôn hay lôùn hôn ñie än aùp ngo õ vaøo. Cö ïc tính ñieän aùp ngo õ ra ngöôïc vôùi ñ ieän a ùp ngoõ vaøo. Sô ño à Bu ck Boost *Maïch hoaït ñ oäng ñöôïc chia la øm 2 gia i ñoaïn. - Gia i ñ oa ïn 1 : Tra nsistor Q1 daãn vaø diode Dm bò pha ân cö ïc ngöôïc. Doøng ngoõ va øo ta êng vaø chaûy vaøo cuo än caûm L, Q1 - Gia i ñ oaïn 2 : Tra nsistor Q1 ngaét , naêng löô ïng tích tröõ trong L vaø doøng cu oän caûm öùng tuyeán tính töø I2 ñe án I1, tro ng kho aûng t2 Vo = -L 2t I => t2= Vo LI . I = L tVo L tVS 21 ..  -Thay t1= DTva ø t2 = ( 1 - D) T -Ñie än aùp trung bình ngo õ ra : Vo = - D DVS 1 . ( 2 -15 ) Vo C R + - D cV V mD i i 1 =Vo + Vs L Qs I i 1 Control circuit Vo - - L,L Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 20 -Vôùi D la ø heä soá chu ky ø -Giaû söû maïch khoâng to ån hao : VSIS = VO .IO = VS. Ia. D/ ( 1 - D ) -Doøng trung bình ngo õ vaøo : IS quan heä vôùi doøng trung bình ngoõ ra IO : IS= Io . D -T : Chu kyø n gaét daãn T = OSO L S L VV VsVoLI V I V I tt f . )(.1 21       - Vaø doøng gô ïn soùng ñænh ñ ænh : I = )( . 0 SO S VVfL VV  I = Lf DVS . . - Doøng xaû trun g bình cu ûa tu ï IC = Io -Vaø ñ ieän aùp gôïn so ùng ñ ænh- ñænh cuûa tuï laø : VC = C Iot dtI C dtI C t O t C 1 00 11 11   (2-16 ) Hay : VC = CfVV VoIo SO .)( .  VC = Cf DIO . - Öu, nhö ôïc ñieåm chung cuûa 3 loa ïi : Buck, Bo ost, Buck - Bo ost convertes. * Öu ñieåm : -Caû ba co nve rter ñe àu kho âng söû duïng bieán aùp neân dieän tích chie ám choã cuûa boä nguoàn nhoû. * Nhö ôïc ñieåm : -Söï pha ûn hoài cu ûa ñie än a ùp oån ñònh ngo õ ra chung DC vôùi sö ï phaûn hoài cuûa ngoõ vaøo DC chö a loïc. Nhöng vì ngöôøi sö û duïng thöôøng caàn coù ñie än aùp DC ngoõ ra o ån ñònh thöù hai maø phaûi ñö ôïc caùch ñieän DC vôùi ñie än aùp ngoõ ra o ån ñ ònh thöù nha át. Vì va äy khoù coù theå thieát keá ñö ôïc nhieàu ngoõ ra cho boä nguo àn. IV. PUSH - PULL CONVERTER Ma ïch Push - Pull nhö sô ño à sau: - Noù goàm 1 bieán a ùp T1 vôùi nhieàu cuoän thöù ca áp NS1, NS 2, Nm vaø moät maïch ñ ieàu khie ån ñoä roäng xu ng baèng ñ ieän a ùp DC. Caùc ngoõ ra ñieän aùp VS1 ,Vs2, Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 21 Vm vaø laáy tín hieäu phaûn hoài ve à töø Vm . Ton ñöô ïc ñie àu chænh ñeå ngaên cha ën söï thay ñoåi taûi hay n gu oàn cung caáp. - Khi tra nsitor daãn thì ñieän a ùp döôùi cuûa moãi nöûa cuoän sô ca áp giaûm xuoáng Vce( sat) khoaûng 1V. Vì theá khi ca û hai tra nsitor daãn thì ñie än aùp vuoâng coù giaù trò Vdc- 1 - Ñieän aùp trung bình ta ïi ngoõ ra Vm Vm = T Ton N N V p m dc 2 5,0)1(                   (2-17) Vce(Q ) I c(Q ) 2Vdc I c( Q ) Vce(Q ) 1 1 2 2 Vs2 =Vdc(Ns2/Np)2 Ton/T Vm=Vdc(Nm1/N p)2Ton/T Vs1 =Vdc(Ns1/Np)2 Ton/T Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 22 -Khi Vdc thay ñoåi thì voøng hoài tieáp a âm seõ ñieàu chænh Ton ñ eå giöõ Vm khoâng ño åi - To n, Vm se õ ñöô ïc ñ ieàu chænh ñeå ngaên chaën ñieän aùp DC n goõ vaøo vaø doøng ta ûi ngoõ ra thay ño åi. - Khi Vm thay ñ oåi thì se õ xua át hieän tín hieäu ngoõ ra ôû boä khueách ña ïi sa i leäch vaø Ton se õ ñöôïc thay ñoåi t heo söï thay ñoåi cuûa Vm  Ñieän aùp taïi ngoõ ra cu ûa 2 cu oän thöù caáp : VS1 = VS2 = T Ton N N V p S dc 2 5,0)1( 2                    Möùc ñ ieän aùp tre ân moät voøng : N E = Ae ( dB/dt) x 10- 8 -Ae : laø tieát dieän loõi sa ét ( cm2) -dB : laø ñ oä tha y ñoåi tö ø ca ûm ( Gauss ) -dB/dt       s Gauss - N F la ø ñieän aùp treân voøng laø tæ leä theo taàn so á soùng ngaét. - Tro ng thöïc teá, giaù trò ñ ieän aùp tre ân voøng trong phaïm vi töø 2V taïi ta àn soá ñ oùng nga ét 25KHZ ñeán 5 hay 6v ô û 100KHz. a. BIEÁN AÙP COÂNG SUAÁT  Choïn loõi : Thieát keá bieán a ùp ta phaûi choïn lo õi phuø hôïp vôùi coâng sua át ra. Choïn loõi cho coâng suaát ngoõ ra cu ûa bieán a ùp phuï thuoäc vaøo taàn so á hoaït ñ oäng, ma ät ñoä töø caûm ( B 1 vaø B2 ), tieát dieän loõi saét, tieát dieän khu ng quaán daây Ab, vaø maät ñoä doøng ñieän trong moãi cuoän.  Choïn soá voøng daây sô c aáp -Ñònh lua ät Fara day : E = NAe (dB/dt ) x 10+8 Vôùi:- E: Ñieän aùp rôi t re ân lo õi cu oän daây ( hay cuoän daây bieán aùp ) -N : Soá voøng daây(vo øng) Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 23 -Ae : Tieát dieän l oõi ( cm 2 ) -dB : ( Gau ss ) --> dB = NAe Edt 810.  ( Gauss ) - S oá vo øng daây sô caáp ñöôïc xa ùc ñ ònh nhö sau : +Np : Ñöô ïc tính vôùi ñieän aùp ña ët leân cuoän sô ca áp laø nhoû nhaát (Vdc-1) vaø thôøi gia n môû la ø cö ïc ñaïi. Np = dBAe xTVdl . 10)2/8,0)(1( 8min  (2-18) Vôùi dB = xAcN xTonV p dc 810))(1(  (2-19)  Ch oïn soá voøng daây thö ù caáp : -Soá voøng daây thöù caáp ñöô ïc choïn töø : Vm =  0,5 - ) 1 - (Vdc (Vdc - 1 )        p m N N - 0,5] T Ton2 VS1 = [(Vdc - 1 )         12 p S N N T Ton2 VS2 = [(Vdc - 1 )         12 p S N N T Ton2  Tính toaùn doøng san baèng ñænh. -Giaû söû hieäu su aát 80% ( thöô øng ñaït ñöô ïc ô û taàn so á treân 200KHz ) P0 = 0, 8Pin -Hay P in = 1,25P0 = Vdcmi n.0, 8Ipft -Vaäy Ipft = 1,56 min 0 dcV P (2-20)  Tính toaùn doøng ñieän sô c aáp h ieäu duïng vaø tieát dieän daây daãn : Irms = Ipft D = Ipft 4,0 -Vôùi D : heä soá chu kyø : D = (0,8T/2)/2 -Hay : Irms = 0,632 Ipft Vaäy ta coù : Irms = 0,632 min 0 min 0 986,056,1 dcdc V P V P  Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 24  Tính toaùn doøng gôïn soùng ñænh th öù caáp vaø kích cô õ daây : IS(r ms) = Idc D = Idc 4,0 = 0,632.Id c -Vôùi Idc doøng ñieän ngoõ ra.  Thieát keá boä loïc ngoõ r a. 1) Thieát keá c uoän c aûm ngoõ ra : dI = 2Idcmin = VL. 0L Ton = (V1 - V0 ) 0L Ton N0= V1(2Ton/T) thì To n = 1 0 2V TV N0 = V1 (2Ton/T ) thì Ton = 1 0 2V TV -NS seõ ñö ôïc choïn 0,8172 khi Vdc , V1 laø nhoû nhaát min1 0 22 8,0 V TVT Ton  hay V1m in = 1,25V0 dI = 0 00 )2/8,0)(25,1( L TVV  = 2Idcm in Vaø L0 = min 0 .05,0 dcI TV Ne áu do øng Idcmin = 10 1 Ion Vaäy : L0 = nI TV 0 0..5,0 -Tro ng ñoù , L0 (H) -V0 (V) -T(s) -Idcm in doøng ngoõ ra cöïc tie åu (A) -Ion doøng ngoõ ra danh ñ ònh (A) V1 VoLo Ns Ns D1 D2 Co Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 25 2. Thieát keá tuï ngoõ ra. -Tuï ngoõ ra ñö ôïc cho ïn ñeå ña ùp öùng ñöô ïc ye âu ca àu ky õ thuaät ñ ieän a ùp gôïn soùng ngoõ ra . Vr = R0.dI Vôùi -R0 : Ñieän trôû trong cu ûa tu ï C0 -dI : Doøng ñieän ñænh ñ ænh cuo än caûm. -Tích soá R0.C0 thay ñoåi giöõa 50 -80 x 10 -6 C0 = dIV x R x r / 10801080 6 0 6   C0 = rV dIc )1080( * Öu ñieåm vaø nhöôïc ñieåm : 1) Öu ñieåm - Converter naøy pha ân phoái naêng löô ïng ra taûi qua bieán aùp. Vì vaäy söï phaûn hoài ñ ieän a ùp ngoõ ra ñöô ïc caáp ñ ieän DC vô ùi ngo õ vaøo va ø coù nhieàu cu oän thöù caáp bieán aùp neân coù theå co ù nhieàu ñ ieän a ùp ñaàu ra. - Khi boä nguoàn cung caáp ña õ ñöô ïc caûi tieán, ñieàu chænh ca ùc converter ban ñ aàu ñe å mang laïi coâng suaát lôùn hôn tö ø nhöõng linh kieän nho û hôn. Vì va äy hieäu sua át cho heä thoáng pha ûi taêng. Moät ca ùch ñôn giaûn ñeå laøm ñieàu naøy laø sö û duïng bieán a ùp coù ña àu noái giöõa cu oän daây sô caáp ñeå lôïi duïng cho moãi nöûa chu kyø tre ân vaø nöûa chu kyø döôùi cuûa cuoän sô caáp. - Hieäu suaát ca o ( gaàn 90%). 2) Nhöô ïc ñ ieåm. - Moät trong nhö õng vaán ñe à ñoái vôùi push-pull converte r, ñoù laø tö ø thoâng tro ng hai phaàn cu ûa cuoän daây sô caáp vaø thöù caáp coù ña àu ra ô û giöõa co ù theå trôû neân maát caân baèng vaø ga ây ra va án ñe à veà nhie ät ño ä. - Va án ñe à thöù hai laø moãi transitor phaûi khoùa gaáp ñ oâi möùc ñ ieän a ùp so vôùi ca ùc co nve rter khaùc. V.FORWARD CONVERT ER 1. Lyù thuyeát cô baûn. -Boä ñoåi ñieän naøy thöô øng ñö ôïc söû duïng cho nhöõng ngu oàn co ù coâng sua át ngoõ ra töø 150-200w khi ñie än a ùp ngoõ vaøo DC cöïc ñaïi ô û mö ùc 60V ñe án 200V. Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 26 -Trong maïch converter naøy chæ coù moät tra nsistor vaø mo ät diode ôû phía sô caáp. Trong khi maïch pu sh -pul l cnve rterlaø hai transistor. - Khi Q1 daãn, ña àu coù chaám cuûa cuo än sô caáp vaø taát caû caùc cuo än thöù ca áp trô û thaønh döông so vôùi ca ùc ñaàu daây coøn laïi khoâng daáu. - Doøng chaûy ñeán taûi khi transistor coâng sua át Q1 daãn - neân go ïi laø Fo rwa rd converte r. OÅn aùp Pu sh-Pull vaø Buck cuõng phaân phoái doøng ñeán taûi khi transitor coâng suaát daãn. -Tra ùi laïi, Boost converter vaø Fl yback löu tröõ na êng löôïng ô û cuo än caûm hay cuoän sô cu ûa bieán a ùp khi transistor daãn vaø pha ân phoái doøng ñeán taûi khi tra nsistor ngaét - Khi Q1 daãn (To n), thì ñieän aùp ô û toát chænh löu ôû möùc cao trong thôøi gian Ton. Gia û sö û 1V cho Q1 vaø D2 phaân cö ïc thuaän VD2 thì ñie än aùp ôû möùc ca o ñ où laø : V0mr =          Np Nm Vdc 1 - VD2 -Khi Q1 taét , doøng löu trö õ tro ng daây daãn cuûa T1 ngö ôïc cöïc vôùi ñ ieän a ùp tre ân Np. Ta át caû caùc ña àu ña àu cuûa sô vaø thöù aâm so vôùi caùc ñaàu coøn la ïi. Thì Tra nsistor Q1 seõ bò ñaùnh thuûng neáu khoâng coù diode D1 daãn t raû na êng löôïng . - Ñieän aùp ngo õ ra DC : Vom =   T Ton V Np Nm V ddc             1 (2-21 ) 2.Caùc moái quan heä thieát keá cuûa ñieän aùp vaøo , ra , thôøi g ian môû v aø tæ soá v oøng. M aïc h ñ i eàu k h ie ån ñ oä roän g x un g M aïc h so saùn h L1 L2 L3 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Vref Vo m Vs1 Vs2 Q1 Vea Vd c Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 27 - Ñieän a ùp Vo m ñö ôïc phaûn hoài veà vaø ñö ôïc so saùn h vôùi ñieän a ùp chua ån Vref, vaø thay ñoåi Ton ñeå giöõ Vom = const ñoái vôùi baát cöù söï thay ñ oåi ôû Vdc hay doøng taûi. - Thôøi gia n To n cöïc ña ïi ( Tonmax) seõ xa y ra ôû Vdcmin Vom =   T T V Np Nm V on ddc max min 1              VS1 =   T T V Np N V on d S dc max1 min 1              VS2 =   T T V Np N V on d S dc max2 min 1              3. Q uan heä g iöõa doøng ñieän sô c aáp, coâng suaát ngoõ ra , vaø ñieän aùp ngoõ v aøo : - Giaû söû hieäu suaát cuûa nguoàn 80% P0 = 0,8Pin Hay Pi n = 1, 25P0 = Vdcmin ( 0 ,4 Ipft) (2.22 ) Hay Ipft = min 0.13,3 dcV P 4. Thieát keá bieán aùp c oâng suaát : a) Loõi bieán aùp :Vieäc choïn loõi cho bieán aùp Forwa rd converter gioáng vôùi bieán a ùp Push - Pull vì coù cu øng thoâng soá. Ma ät ñoä töø tröôøng, loõi saét, tie át dieän ñ ieän caûm, ta àn soá, vaø maät ñ oä do øng cuûa cuoän. b) Tính toaùn voøng daây sô c aáp. Np =   dBAe xTVdc . 10)22/8,0(1 8min  (2-23) -Vôùi dB = 1.600 Ga uss. -Vdmin : ñieän aùp DC n goõ vaøo nho û nhaát (V) -T : Khoaûng thôøi gian nga ét da ãn (S) Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 28 c) Tính toaùn voøng daây thöù c aáp : Vom =   T T V Np Nm V on ddc max min 1              VS2 =   T T V Np N V on d S dc max2 min 1              VS1 =   T T V Np N V on d S dc max1 min 1              d) Tính toaùn doøng ñieän gôïn soùng sô c aáp : Irm s(p) = 4,0 12,3 min 0 dcV P Irm s(p) = min 079,1 dcV P (2-24) e) Tính toaùn kích cô õ daây : Irms(sec ) = Idc . 4,0 = 0,632.Idc. f) Boä loïc ng oõ ra :  Cuoän ca ûm : dI = 2Idcmi n = 1 max0min )( L TVV ondk  Hay L1 = min max0min 2 )( dc ondk I TVV  ( 2 -25 ) Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 29 Nhöng V0 = V mindk dkmi n Tonm ax/T Vôùi Tonmax = 0,8T/2 Neân L1 = Ion TV03 (2-26) Tuï ñieän ngoõ r a : Nhö ôû phaàn ( 4 - 2) Ta coù : C0 = 65 x 10 - 6/R0 C0 = 65 x 10 - 6. rV dI 0 (2-27) VI. SÔ ÑOÀ FLYBACK -Sô ño à duøng linh kieän nga ét da ãn do øng vaøo cuoän sô ca áp maùy bieán aùp loõi ferrite , ñieän theá ta ïi cuoän thöù caáp ñö ôïc ñoåi ra ñie än moät chieàu ba èng diode chænh löu. -Ta àn soá ñ oùng nga ét coù the å töø 10kHz ñeán 100KHz n i 1 1 1max1n i t 0 DT T 22n i n i 2 2max n i 2min2 t TDT0 1min1n i Vo Ñ CX L1,n1 i 2 i Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 30 -Chu k yø laøm vieäc goàm hai gia i ñoaïn : *Giai ñoaïn 1: O<T<DT -DCX daãn VL1 = VS . Do chieàu daây quaán n1, n2 khoâng da ãn L1 tích luõy naêng löô ïng vaøo maïch töø ferrit, töø thoâng trong maïch töø taêng. i1 = 1L VS . t + I1mi n -i1 t aêng töø I1mi n ñe án I1max doøng gia ta êng baèng : I1max - I1m in = . DT (2-28 ) -Ñieän aùp ngöôïc t aïi D laø :VD ngöôïc = -        0 1 2 . VV n n S Va äy ta coù : I1mi n = DT L Vs D D n n R Vs 1 2 2 1 2 2)1(                    Vaäy ñieàu kieän ñe å coù doøng lieân tu ïc la ø : L1 = 2 2 2 1 )1( 2 D n n f R       - Ñieän aùp dôïn so ùng: oV - Doøng ta ïi tuï ñieän loïc ic ñöôïc bieåu dieãn bô ûi hình tre ân . Ñieän lö ôïng na ïp theâm va øo tuï ñieän loïc Q ôû giai ñ oaïn  ñöôïc phoùng vaøo taûi t rong giai ñoaïn 1. -Chu kyø sau dieän tích S ôû pha àn döôùi ñ öôøng bieåu dieãn thieân do øng qua tuï ic Q = Io . DT =        T fD Rf Vo 1. oV = D Rfc V C Q V oc    * Chæ tieâu caùc linh kieän - Transistor DCX: Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 31 ID CX m ax =   f D Vs n n x Io 2411 2 1   - Diode D ID trung bì nh (av)=Io VD max= 1 2 n n VV sO  *Giai ñoaïn 2: DT<t<T -DCX ngö ng daãn töø thoâng ma ïch töø giaûm , ñie än a ùp ta ïi cuoän n 2 ña ûo cöïc tính khieán D da ãn do øng i L giuùp cho soá a mpe voøng lieân tuïc, töùc thôøi ñie åm DT soá a mpe vo øng n 2I2max = n 1I 1min. L2 ña ët va øo ñieän a ùp Vo , do ñ où : i2 = - max2)( IDTT L V o o  -Ma ïch töø phoùng thích naêng löôïng vaøo phuï ta ûi , i2 giaûm töø I2m ax ñeán I2min, löôïng doøng giaûm baèng. I2max-I 2mi n = TD L Vo )1( 2  (2-29) - Ñieän aùp taïi cuoän n1 = oV n n 2 1 - Do ñ où ñi eän a ùp ta ïi transisto r DCX = - Ñieän aùp ra Vo : I2 2 2 1 121 2 1 ,        n n LLI n n OTD n nV DT L V os        )1( 4 2 1 1 (2-30) - Ñieàu kieän ñeå coù do øng l ieân t uïc. ÑCX RC c Io Vs i2i Vo Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 32  DIII av max1min11 2 1  -Coâng sua át va øo : Ps =Vs .I1av= -Coâng sua át ra : Po =  2 2 2 1 22 1 1 D D n n V R S        -Neáu hieäu suaát b aèng 1 ta coù : I1max + I1min = 2 2 2 1 )D-1( D .) n n ( R Vs2 (2-31) *Öu nhöôïc ñieåm: - Ca ùch ly sô ca áp vaø thöù ca áp - Gia ûm ñ öôïc do øng qua tran sisto r co âng sua át. - Taïo ñöôïc nhieàu ca áp ñie än a ùp ôû ñ aàu ra baèng ca ùch qua án nhieàu cu oän thöù caáp . - Do øng san ba èng ñænh töô ng ñöông cu ûa tra nsistor khaù cao . Ipft = mindcV Rot13,3 Vôùi Pot : toång coâng sua át ngoõ ra Vì va äy giaù thaønh cho tra nsistor cao VII - HALF - BRIDGE CONVERTER Sô ñ oà Half-Bridge - Khi chuyeån maïch S, ôû phía treân ö ùng vôùi ngoõ vaøo 220VAC, maïch cænh löu toaøn so ùng vôùi 2 tuï lo ïc C1 noái tieáp C2 + Ñieän aùp ñænh DC chænh löu khoaûng : (1 ,41x220)-2  308V Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 33 - Khi S1 ñ oùng öùng vô ùi ngoõ va øo 110V maïch hoaït ñoäng nhö maïch nhaân ñ oâi ñie än a ùp. - Nö ûa chu kyø ñaàu t ieân A döông so vôùi B, C1 naïp qua D1 + Ñieän aùp ñænh khoa ûng (1,41x110)-1  154V - Nö ûa chu kyø sau C2 naïp qua D2 + Ñieän a ùp ñænh khoaûng (1,41x110)-1  154V + Ñieän a ùp toång tre ân tuï C1, C2 khoaûng 308V * Gia û söû ñie än a ùp chænh löu 308V, boû qua tuï Cb. Moät ña àu cuûa cuo än sô caáp ñöô ïc noái vôùi 2 ñaàu tuï C1,C2 vaø Q1,Q2 daãn ô û moãi nöõa chu ky ø. 1/ Quan heä giöõa doøng sô ca áp, c oâng suaát ra , ñieän aùp v aøo -Gia û sö û hie äu suaát 80%. Pin = 1,25P0. -Xun g doøng ñænh sô caáp san baèng tö ông ñöông öùng vôùi Vdcmin Ipft (ha lf bridge) = min .13,3 Vdc Po (2-32) 2/ Choïn cô û daây sô c aáp: -Doøng ñ ieän gôøn soùng sô caáp Irm s = Ipft TT /8, Irm s = min .70,2 Vdc Po (2-33) 3/ Choïn cô û daây daãn vaø soá voøng daây thöù c aáp: -Soá vo øng daây thöù ca áp ñöôïc choïn ô û (4.1.) ñe án (4. 3) cho thôøi gian mô û cöïc ñ aïi Tonmax = 0,8T/2 vaø Vdcmi n - 1 ñ öôïc thay baèng 1 2 min  Vdc Vaäy : V1 2 8,0 5,01 2 1 T NP NSVdc                    (2-34) V2 (2-35) - Doøng hieäu du ïng sô ca áp : Irms = Idc D =Idc 4,0 ôû 500 circularmils tre ân do øng hieäu duïng la ø = 500(0,632)Idc Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 34 I rms = 316.Idc -Thieát keá tu ï cb ta coù : Cb = dc TxI ptc 8,0 (2-36) -Vôùi dv : Ño ä tha y ñ oåi aùp töø l uùc daãn ñeán luùc taét cuûa mo ãi transistor. VII. SÔ ÑOÀ CAÀU (FULL - BR ID GE) Sô ño à Full-Bridge -Ca ùc tra nsistor T1 vaø T'2 cuøng da ãn lu aân phie ân vôùi T2 va ø T'1. Moãi ñoâi daãn tro ng thô øi gian DT trong moãi chu ky ø laøm vie äc, ta coù: 0< D<0,5 Vo = 2 SDV n n . 1 2 (2-37) -Chæ tieâu caùc l inh kieän . -Tra nsistor : TTr max Lf DVs ALsf mVsDD Im o 2 .)1(         (2-38) m = 1` 2 n n VTr max = Vs -Dio de D1,D2,D' 1,D'2 : ID trung bình = 2 .).21( oImD (2-39) VDm ax = Vs (8. 4) -Dio de D5 vaø D6 : ID 5b = DIo VD5 max = VD 6max = 2nVD (2 mVD) * Keát luaän: Tro ng caùc loaïi converter trong ño ù co ù Ha lf - Bridge converter coù nhieàu öu ñie åm nhö. - Hieäu suaát cao khoaûng 90% Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 35 - Bie án aùp khoâng söû du ïng ñ aàu ra ôû giöõa vì vaäy loaïi tröø ñöôïc sö ï ma át caân baèng tö ø thoâng. Keát qua û laø loaïi converter naøy ñö ôïc duøng ñeå thieát ke á ca ùc boä nguoàn vô ùi co âng suaát coù theå leân ñe án 1000W - Ñieän aùp cö ïc ñaïi ña ët leân transistor gia ûm ñ i mo ät nöõa so vôùi tröôøng hôïp cuûa Push - Pull converter. Ñieàu na øy da ãn ñ eán giaù thaønh transistor va caùc thaønh phaàn linh kieän lie ân quan cuõng giaûm . Töø nhöõng öu ñieåm ñaõ neâu ô û treân, neân ta choïn thieát keá nguo àn oån aùp xung theo kieåu Hal f - Bridge co nverter Chöông III BIEÁN AÙP XUNG Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 36 I.TOÅN H AO LOÕI VÔÙI TAÀN SOÁ VAØ MAÄT ÑOÄ TÖØ CAÛM. -Haàu heát ca ùc bieán aùp xung söû duïng loõi ferrite .Ferrite s la ø vaät lieäu goám saét töø .Caáu truùc cu ûa noù goàm hoån hôïp oxit sa ét vôùi Mn, keõm oxit.Toån hao doøng ñ ieän xoaùy cuûa noù boû qua khi ñie än trôû sua át raát ca o.To ån hao loõi chu û yeáu do to ån hao töø treå nhöng cuõng khaù thaáp. -Mo ät so á chaát lieäu ñöôïc ño ñ aït sau cho to ån hao loõi laø nhoû ô û taàn so á ca o vaø nhieät ñoä cao. -Yeáu toá chính a ûnh höôûng vieäc choïn löïa chaát lieäu laø ñaëc tính toån hao loõi (thöôøng mW/cm3) ñoái vôùi ta àn soá vaø maät ñ oä töø ca ûm. a-Ñöôøng ñaëc tính töø treå. b-Toån hao loõi ñoái vôùi maät ñoä töø caûm. Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 37 c -Toån hao loõi ñoái v ôùi nhieät ñoä II.HÌNH DAÏNG LOÕI FERRITE -Loõi fe rrite ñ öôïc saûn su aát vôùi kích cô û töông ñoái nhoû. Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 38 -Hình daïng loõi khaùc nhau nhö : Lo iõ hình ch eùn, loõi RM, EE, PQ, UU, UI,EI. -Loõi hình cheùn (hình hoäp) ñö ôïc sö û du ïng ô û mö ùc coâng suaát thaáp hô n 125W -Caùc da ïng loõi khaùc nhau cuûa bieán a ùp coâng suaát . Tabl e :C ore Losses f or V arious C ore Materials at Various Fr equencies and peak Flux Densities at 100oC Fre- Quency Material C or e loss , mW/cm3 for various peak flux densi ties, G Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 39 KH Z 1600 1400 1200 1000 800 600 20 Ferroxcube 3C8 85 60 40 25 15 Ferroxcube 3C85 82 25 18 13 10 Ferroxcube 3F3 28 20 12 9 5 Magnetics Inc - R 20 12 7 5 3 Magnetics Inc - p 40 18 13 8 5 TDK - H7C1 60 40 30 20 10 TDK - H7C4 45 29 18 10 Siemens N27 50 24 50 Ferroxcube 3C8 270 190 130 80 47 22 Ferroxcube 3C85 80 65 40 30 18 9 Ferroxcube 3F3 70 50 30 22 12 5 Magnetics Inc - R 75 55 28 20 11 5 Magnetics Inc - P 147 85 57 40 20 9 TDK - H7C1 160 90 60 45 25 20 TDK - H7C4 100 65 40 28 20 Siemens N27 144 96 100 Ferroxcube 3C8 850 600 400 250 140 65 Ferroxcube 3C85 260 160 100 80 48 30 Ferroxcube 3F3 180 120 70 55 30 14 Magnetics Inc - R 250 150 85 70 35 16 Magnetics Inc - P 340 181 136 96 57 23 TDK - H7C1 500 300 200 140 75 35 TDK - H7C4 300 180 100 70 50 Siemens N27 480 200 Siemens N47 190 200 Ferroxcube 3C8 700 400 190 Ferroxcube 3C85 700 500 350 300 180 75 Ferroxcube 3F3 600 360 250 180 85 40 Magnetics Inc - R 650 450 280 200 100 45 Magnetics Inc - P 850 567 340 227 136 68 TDK - H7C1 1400 900 500 400 200 100 TDK - H7C4 800 500 300 200 100 45 Siemens N27 960 480 Siemens N47 480 500 Ferroxcube 3C85 1800 950 500 Ferroxcube 3F3 1800 1200 900 500 280 Magnetics Inc - R 2200 1300 1100 700 400 Magnetics Inc - P 4500 3200 1800 1100 570 TDK - H7F 100 TDK - H7C4 2800 1800 1200 980 320 1000 Ferroxcube 3C85 200 Ferroxcube 3F3 3500 2500 1200 Magnetics Inc - R 5000 3000 1500 Magnetics Inc - P 6200 Note : dat a are f or bipol ar magnetic cir cuits ( first and third - quadrant oper ation) . For unipolar ( forward conventer , flyback ), divi de by 2 . Table : C ore Type Number for G eometri cally interchangeabl e Cores Ferr oxcube-Phil ips Magnetics TDK Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 40 EE C or es 814E250 41205 813E187 41808 EE19 812E343 812E272 E375 43515 E21 44317 783E608 EE42/ 42/15 783E776 E625 44721 E55 EE55/ 55/21 E75 45724 EC Cor es EC 35 43517 EC 35 EC 41 44119 EC 41 EC 52 45224 EC 52 EC 70 47035 EC 70 ETD C ores ETD29 ETD34 43434 ETD34 ETD39 43939 ETD39 ETD44 44444 ETD44 ETD49 44949 ETD49 Pot Cor es 704 40704 P7/4 905 40905 P9/5 1107 41107 P11/17 1408 41408 P14/8 1811 41811 P14/8 2213 42213 P22/13 2616 42616 P26/16 3019 43019 P30/19 3622 43622 P36/22 4229 44229 P42/29 RM Cores RM4 41110 RM4 RM5 41510 RM5 RM6 41812 RM6 RM7 RM7 RM8 42316 RM8 RM10 42819 RM10 RM12 43723 RM12 RM14 RM14 PQ Cores 42016 PQ 20/ 16 42020 PQ 20/ 20 42626 PQ 26/ 26 42625 PQ 26/ 25 43220 PQ 32/ 20 43230 PQ 32/ 30 III.QUAN HEÄ GIÖÕA COÂNG SUAÁT NGOÕ RA CÖÏC ÑAÏI VÔÙI MAÄT ÑOÄ TÖØ CAÛM, TIEÁT DIEÄN LOÕI, KHUNG VAØ MAÄT ÑO Ä DOØNG ÑIEÄN TRONG CUO ÄN . Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 41 a-S öï lieân heä veà co âng suaát ngoõ r a c uûa boä ñoåi ñieän For ward. -Coâng suaát ngo õ ra ñöôïc dö ïa tre ân nhöõng gia û thieát sau: 1.Hie äu suaát cuûa nguoàn: Bo û qua tieâu taùn töø Vdc ngo õ vaøo ñe án ca ùc ngo õ ra (giaû söû hieäu sua át la ø 80%). 2.Heä soá khe hôû (Space Fa ctor :SP): -SP= 0.4 -Daïng soùng doøng sô ca áp -Daïng soùng doøng Ipft duøng ñe å tính co âng sua át ngoõ ra ño ái vôùi Bm ax, taàn so á, Ae, Ab, Dcma. -Tæ soá Ns/Np ñ eå T0 = 0,8T/2 ôû Vdcmi n Hình soá T aàn soá Ip H eä soá chu kyø Ir ms N Ti eát dieän daây Ñieän trôû daây I2r ms.R P0 A2 F1 Ip 0,4 0,632Ip N A1 R1 I 2 r ms.R P0 A4 2F1 2Ip O, 4 1,264Ip 0,5N 2A1 0,25R1 I 2 r ms.R 2Po -Daïng soùng doøng sô ca áp ôû Vdc min, thôøi gian môû ôû 0.8T/2 -Ta co ù :Po = 0.8Pin = 0.8Vdc mi n.Ipft. T2.0 T8.0 Po = 0.32Vdc mi n.Ipft (3-1) Nhöng gia ù trò hieäu d uïng gô ïn soùng cuûa Ipft,he ä soá chu kyø: 0.4 Irm s = Ipft 4.0 I0 = 1.58.Irms Po = 0.32Vdc mi n(1.58Irms) (3-2) Tö ø ñònh lua ät Fa ra da y:Vp =Np.Ae. TΔ BΔ .10- 8 -Vôùi : Vp:Ñieän a ùp sô caáp ( Vdc) Np: Soá vo øng sô ca áp Ae: Tieát dieän lo õi (cm 2) B: Ñoä thay ñoåi töø ca ûm,G(0 ñ eán Bm ax) T:Thôøi gian(s) Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 42 ÔÛ Vdcmi n, B/T = Bmax/0,4T -Töø (3-2) ta co ù : Po = 8-maxeprms 10x 4.0 f.B.A.N.I.506.0 Po=1.256.Np.Bmax.Ae.f.10 -8.Irm s (3-3) -Ab:Tieát dieän khung qu aán daây (in2) Vieát taét (in =inch ) -Ap:Tieát dieän cuoän daây sô caáp(in2) -As:Tieát dieän cuo än daây thöù caáp(in2) -Ati:Tieát dieän cu ûa moät voøng daây sô caáp(in2) Vôùi SF=0.4 Vaø Ap=A s Ap=0. 2.Ab=Np. At i -Ma ät ñoä doøng :Dcma = rms tcm I A Atc m: La ø tieát dieän daây da ãn sô caáp ño baèng circu rar mils. Irm s = cma tcm D A (3-4) Ta co ù:Tieát dieän 1 in2 = 6-10. 4 π (tieát dieän Circular mils ). Atcm = π 6+10xA4 ti = P 6+ P N.π 10).A.2.0(4 Tö ø (3-4) ta coù: Irms = cmap 6 b D×Nπ 10×A8.0 (3-5) Thay (3-5) vaøo (3 -3) ta co ù: P0 = (1.265Np .Bm ax.Ae.f. 10 - 8) cmap 6 b D×Nπ 10×A8.0 P0 = cma bemax D A.A.f.B.00322.0 Ab(in 2)Ab(c m 2) Neân ta coù: P o = cma bemax D A.A.f.B.0005.0 (3-6) Trong ñ où: P 0 (watt) Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 43 B (gauss) Ab (cm 2) Dcm a (circu lar/rms ampe) Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 44 Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 45 Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 46 b- Söï lieân heä c oâng suaát ngoõ ra cuûa boä ñoåi ñi eän Puss-Pull P0 = 0.8Vdc mi n(0.8Ipft) P0 = 0.64 Vdc m in.Ipft (3-7) Irm s = Ipft 4.0 Hay Ipft = 1.58Irm s P0 = 0.64Vdc m in (1. 58Irms) = 1.01Vdc min. Irms (3-8) Ap = 0.2Ap = 2Np. At i Ati = p b N A1.0 (3-9) Vôùi: Np soá vo øng daây nöûa cuoän sô ca áp. Ab (in 2) Ati (in 2) Dcm a = rms tcm I A (3-10) Vôùi:Atcm tieát dieän daây da ãn (circula r mils) -Doøng ñie än gô ïn soùng treân nö ûa cuoän sô caáp Irm s = cma tcm D A Vôùi Ati = Atcm ( 4 π ).1 0-6 Vaäy Atcm =0.1273. p b N A . 10+6 (3-11) Thay (3-11) vaøo (3-10) ta co ù: Irm s = 0.1273 cmap b DN A .10+6 Thay Irms va øo (3-8) ta coù: Po = 1.01Vdc mi n. 0. 1273 cmap b DN A .10+6 Po = 0.129Vdc min . cmap b DN A .10+6 Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 47 -Töø ñ ònh lua ät Fara da y: Vdc min = TΔ BΔ.A.N ep . 10- 8 -Bieân ñoä ñænh ñænh cuûa töø caûm: 2Bmax ô û 0.4T tai Vdc mi n Po = 0.129(Np.Ae) cmap bmax D.N A . T4.0 B2 .10-2 Po = cma bemax D A.A.f.B00645.0 Vôùi Ab (in 2) = 45.6 A b (cm2) Neân: Po = cma bemax D A.A.f.B001.0 c - Söï lieân heä coâng suaát ng oõ ra cuûa boä ñoåi ñieän H alf-Bridge - Thôøi gian môû cu ûa tra nsistor la ø 2 T8.0 taïi Vdc m in - Hieäu sua át Eff = 80% - Ae,Ab: tieát dieän loõi, khung (cm 2). - Abi: tieát dieän khung (in 2). - Ap: tieát dieän cuo än daây sô ca áp (in 2). SF = 0.4 Dcm a: maät ñoä doøng ñie än. Ati: tieát dieän da ây (in 2). Atcm : tieát dieän da ây (circular mils). Np: soá voøng daây sô caáp. Irm s = Ipft. 8.0 = 0.894Ipft hay Ipft = 1.12Irms Neân Po = 0.8Pi n = 0.8 2 V mindc Iav Vôùi Ati = Atcm. 4 π .10- 6 Vaäy Atcm = 0.255( b bi N A )10+6 (3-13) Irm s = 6+ cmap bi cma tcm 10 D.N A 255.0= D A (3-14) Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát nghieäp Trang 48 -Tabl e:Maxi mum Avai lable Output Power in F orward Converter Topology Output power in watts at ( Ae, Ab :cm 2; f: Khz) Core Ae Ab Ae.Ab 20Khz 24Khz 48Khz 72Khz 96Khz 150Khz 200Khz 250Khz 300Khz E E Core. F erroxcube-Philips 814E250 O.202 0.171 0. 035 1. 1 1.3 2.7 4. 0 5. 3 8.3 11. 1 13. 8 16. 6 813E187 O.225 0.329 0. 074 2. 4 2.8 5.7 8. 5 11.4 17.8 23. 7 29. 6 0.89 813E343 0.412 0.359 0. 148 4. 7 5.7 11.4 17.0 22.7 35.5 47. 3 59. 2 71. 0 812E250 0.395 0.581 0. 229 7. 3 8.8 17.6 26.4 35.3 55.1 73. 4 91. 8 110.2 782E272 0.577 0.968 0. 559 17.9 21.4 42.9 64.3 85.5 134.0 178.7 223.4 268.1 E375 0.810 1.149 0. 931 29.8 35.7 71.5 107.2 143.0 223.4 297.8 372.3 446.7 E21 1.490 1.213 1. 807 57.8 69.4 138.8 208.2 277.6 433.8 578.4 722.9 867.5 783E608 1.810 1.781 3. 224 103.2 123. 8 247.6 371.4 495.1 773.7 1031.6 1289.4 1547.3 783E776 2.330 1.810 4. 217 135.0 161. 9 323.9 485..8 647.8 1012.2 1349.5 1686.9 2024.3 E625 2.340 1.370 3. 206 102.6 123. 1 246.2 369.3 492.4 769.4 1025.9 1282.3 1538.8 E55 3.530 2.800 9. 884 316.3 379. 5 759.1 1138. 6 1518.2 2372.2 3162.9 3953.6 4744.3 E75 3.380 2.160 7. 301 233.6 280. 4 560.7 841.1 1121.4 1752.2 2336.3 2920.3 3504.4 E C Core ,F erroxcube-Phi lips EC35 0.843 0.968 0. 816 26.1 31.3 62.7 94.0 125.3 195.8 261.1 326.4 391.7 EC41 0.971 1.220 1. 185 37.9 45.5 91.0 136.5 182.0 284.3 379.1 473.3 568.6 EC52 1.800 2.130 3. 834 122.7 147. 2 294.5 441.7 588.9 920.2 1226.9 1533.6 1840.3 ETD C ore, Ferroxcube -Philis EC70 2.790 4.770 13.308 425.9 511. 0 1022.1 1533. 1 2044.2 3194.0 4258.7 5323.3 6388.0 ETD29 0.760 0.903 0. 686 22.0 26.4 52.7 79.1 105.4 164.7 219.6 274.5 329.4 ETD34 0.971 1.220 1. 185 37.9 45.5 91.0 136.5 182.0 284.3 379.1 473.3 568.6 ETD39 1.250 1.740 2. 175 69.6 83.5 167.0 250.6 334.1 322.0 696.0 870.0 1044.0 ETD44 1.740 2.130 3. 706 118.6 142. 3 284.6 427.0 569.3 889.5 1186.0 1482.2 1779.0 ETD49 2.110 2.710 5. 718 183.0 219. 6 439.2 658.7 878.3 1372.3 1829.8 2287.2 2744.7 Pot C ores, F erroxcube-Philips 704 0.070 0.022 0. 002 0. 0 0.1 0.1 0. 2 0. 2 0.4 0.5 0.6 0.7 950 0.101 0.034 0. 003 0. 1 0.1 0.3 0. 4 0. 5 0.8 1.1 1.4 1.6 1107 0.167 0.054 0. 009 0. 3 0.3 0.7 1. 1 1. 4 2.2 2.9 3.6 4.3 Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát nghieäp Trang 49 -Table: Maxi mum Availabl e Output P ower in F orward Converter Topology (continued) Output power in watts at ( Ae, Ab :cm 2; f: Khz) Core Ae Ab Ae.Ab 20Khz 24Khz 48Khz 72Khz 96Khz 150Khz 200Khz 250Khz 300Khz Pot C ores, F erroxcube-Philips 1408 0.251 0.097 0. 024 0. 8 0.9 1.9 2. 8 3. 7 5.8 7.8 9.7 11. 7 1811 0.433 0.187 0. 081 2. 6 3.1 6.2 9. 3 12.4 19.4 25. 9 32. 4 38. 9 2213 0.635 0.297 0. 189 6. 0 7.2 14.5 21.7 29.0 45.3 60. 4 75. 4 90. 5 2616 0.948 0.407 0. 386 12.3 14.8 29.6 44.4 59.3 92.6 123.5 154.3 185.2 3019 1.380 0.587 0. 810 25.9 31.1 62.2 93.3 124.4 194.4 259.2 324.0 388.8 3622 2.020 0.774 1. 563 50.0 60.0 120.1 180.1 240.2 375.2 500.3 625.4 750.5 4229 2.660 1.400 3. 724 119.2 143. 0 286.0 429.0 572.0 893.8 1191.6 1489.6 1787.5 RM Cores, F erroxcube-Phi lips RM5 0.250 0.095 0. 024 0. 8 0.9 1.8 2. 7 3. 6 5.7 7.6 9.5 11. 4 RM6 0.370 0.155 0. 057 1. 8 2.2 4.4 6. 6 8. 8 13.8 18. 4 22. 9 27. 5 RM8 0.630 0.310 0. 195 6. 2 7.5 15.0 22.5 30.0 46.9 62. 5 78. 1 93. 7 RM10 0.970 0.426 0. 413 13.2 15.9 31.7 47.6 63.5 99.2 132.2 165.3 198.3 RM12 1.460 0.774 1. 130 36.2 43.4 86.8 130.2 173.6 271.2 361.6 452.0 542.4 RM14 1.980 1.100 2. 187 69.7 83.6 167.3 250.9 334.5 522.7 697.0 871.2 1045.4 P Q Cores, Magnetics, Inc. 42016 0.620 0.256 0. 159 5. 1 6.1 12.2 18.3 24.4 38.1 50. 8 63. 5 76. 2 42020 0.620 0.384 0. 238 7. 6 9.1 18.3 27.4 38.1 50.8 63. 5 95. 2 114.3 42620 1.190 0.322 0. 383 12.3 14.7 29.4 44.1 58.9 92.0 122.6 153.3 183.9 42625 1.180 0.502 0. 592 19.0 22.7 45.5 68.2 91.0 142.2 189.6 236.9 284.3 43220 1.700 0.470 0. 799 25.6 30.7 61.4 92.0 122.7 191.8 255.7 319.6 383.5 43230 1.610 0.994 1. 600 51. 2 61.5 122.9 184.4 245.8 384.1 512.1 640.1 768.2 43535 1.960 1.590 3. 116 99.7 119. 7 239.3 359.0 478.7 747.9 997.2 1246.6 1495.9 44040 2.010 2.4905.005 160.2 192. 2 384.4 576.6 768.8 1201.2 1601.6 2002.0 2402.4 -Tabl e:Maxi mum Avai lable Output Power in Half- or Full-Bri dge Converter Topology Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát nghieäp Trang 50 Output power in watts at ( Ae, Ab :cm 2; f: Khz) Core Ae Ab Ae.Ab 20Khz 24Khz 48Khz 72Khz 96Khz 150Khz 200Khz 250Khz 300Khz E E Core. F erroxcube-Philips 814E250 O.202 0.171 0. 035 3. 1 3.7 7.4 11.2 14.9 23.2 30. 9 38. 7 46. 4 813E187 O.225 0.329 0. 074 6. 6 8.0 15.9 23.9 31.8 49.7 66. 3 82. 9 99. 5 813E343 0.412 0.359 0. 148 13.3 16.0 31.8 47.8 63.6 99.4 132.5 165.7 198.8 812E250 0.395 0.581 0. 229 20.6 24.8 49.3 74.1 98.7 154.2 205.6 257.0 308.4 782E272 0.577 0.968 0. 559 50.0 60.3 120.1 180.4 240.2 375.3 500.4 625.6 750.7 E375 0.810 1.149 0. 931 83.4 100. 5 200.1 300.6 400.2 625.4 833.9 1042.4 1250.8 E21 1.490 1.213 1. 807 161.9 195. 2 388.6 583.8 777.2 1214.6 1619.4 2024.3 2429.1 783E608 1.810 1.781 3. 224 288.8 348. 1 693.1 1041. 2 1386.2 2166.2 2888.4 3610.4 4332.5 783E776 2.330 1.810 4. 217 377.9 455. 5 906.7 1362. 2 1813.4 2834.0 3778.7 4723.4 5668.1 E625 2.340 1.370 3. 206 287.2 346. 2 689.2 1035. 5 1378.5 2154.3 2872.4 3590.5 4308.6 E55 3.530 2.800 9. 884 885.6 1067.5 2125.1 3192. 5 4250.1 6642.0 8856.1 11070. 1 13284. 1 E75 3.380 2.160 7. 301 654.2 778. 5 1569.7 2358. 2 3139.3 4906.1 6541.5 8176.9 9812.3 E C Core ,F erroxcube-Phi lips EC35 0.843 0.968 0. 816 73.1 88.1 175.4 263.6 350.9 548.4 731.2 913.9 1096.7 EC41 0.971 1.220 1. 185 146.4 176. 4 351.2 527.6 702.4 1097.7 1463.6 1829.5 2195.4 EC52 1.800 2.130 3. 834 343.5 414. 1 824.3 1238. 4 1648.6 2576.4 3435.3 4294.1 5152.9 ETD C ore, Ferroxcube -Philis EC70 2.790 4.770 13.308 1192. 4 1437.3 2861.3 4298. 6 5722.6 8943.2 11924. 2 14905. 3 17886. 4 ETD29 0.760 0.903 0. 686 61.5 74.1 147.6 221.7 295.1 461.2 614.9 768.6 922.4 ETD34 0.971 1.220 1. 185 106.1 127. 9 254.7 382.6 509.4 796.1 1061.4 1326.8 1592.1 ETD39 1.250 1.740 2. 175 194.9 234. 9 467.6 702.5 935.3 146.6 1948.8 2436.0 2923.2 ETD44 1.740 2.130 3. 706 332.1 400. 3 796.8 1197. 1 1593.7 2490.6 3320.8 4150.9 4981.1 ETD49 2.110 2.710 5. 718 183.0 219. 6 439.2 658.7 878.3 1372.3 1829.8 2287.2 2744.7 Pot C ores, F erroxcube-Philips 704 0.070 0.022 0. 002 0. 1 0.2 0.3 0. 5 0. 7 1.0 1.4 1.7 2.1 950 0.101 0.034 0. 003 0. 3 0.4 0.7 1. 1 1. 5 2.3 3.1 3.8 4.6 1107 0.167 0.054 0. 009 0. 8 1.0 1.9 2. 9 3. 9 6.1 8.1 10. 1 12. 1 -Table: Maxi mum Availabl e Output P ower in Half- or Full-Bridge Converter Topology (continued) Output power i n watt s at ( Ae, Ab :cm 2; f: Khz) Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát nghieäp Trang 51 Core Ae Ab Ae.Ab 20Khz 24Khz 48Khz 72Khz 96Khz 150Khz 200Khz 250Khz 300Khz Pot C ores, F erroxcube-Philips 1408 0.251 0.097 0. 024 2. 2 2.6 5.2 7. 8 10.4 16.3 21. 8 27. 2 32. 7 1811 0.433 0.187 0. 081 7. 3 8.7 17.4 26.2 34.8 54.4 72. 6 90. 7 108.8 2213 0.635 0.297 0. 189 16.9 20.4 40.5 60.9 81.1 126.7 169.0 211.2 253.5 2616 0.948 0.407 0. 386 34.6 41.7 83.0 124.6 165.9 259.3 345.7 432.1 518.6 3019 1.380 0.587 0. 810 72.6 87.5 174.2 261.6 348.3 544.4 725.8 907.2 1088.7 3622 2.020 0.774 1. 563 140.1 158. 9 336.1 505.0 672.3 1050.7 1400.9 1751.1 2101.3 4229 2.660 1.400 3. 724 333.7 402. 2 800.7 1202. 9 1601.3 2502.5 3336.7 4170.9 5005.1 RM Cores, F erroxcube-Phi lips RM5 0.250 0.095 0. 024 2. 1 2.6 5.1 7. 7 10.2 16.0 21. 3 26. 6 31. 9 RM6 0.370 0.155 0. 057 5. 1 6.2 12.3 18.5 24.7 38.5 51. 4 64. 2 77. 1 RM8 0.630 0.310 0. 195 17.5 21.1 42.0 63.1 84.0 131.2 175.0 218.7 262.5 RM10 0.970 0.426 0. 413 37.0 44.6 88.8 133.5 177.7 277.7 370.2 462.8 555.4 RM12 1.460 0.774 1. 130 101.3 122. 0 243.0 365.0 485.9 759.4 1012.5 1265.6 1518.8 RM14 1.980 1.100 2. 187 195.1 235. 2 468.3 703.5 936.5 1463.6 1951.5 2439.4 2927.2 P Q Cores, Magnetics, Inc. 42016 0.620 0.256 0. 159 14.2 17.1 34.1 51.3 68.2 106.7 142.2 177.8 213.3 42020 0.620 0.384 0. 238 21.3 35.7 51.2 76.9 102.4 160.0 213.3 266.6 320.0 42620 1.190 0.322 0. 383 34.3 41.4 82.4 123.8 164.8 257.5 343.3 429.2 515.0 42625 1.180 0.502 0. 592 53.1 64.0 127.4 191.3 254.7 398.1 530.8 663.4 796.1 43220 1.700 0.470 0. 799 71.6 86.3 171.8 258.1 343.6 536.9 715.9 894.9 1073.9 43230 1.610 0.994 1. 600 143.4 172. 8 344.1 516.9 688.1 1075.4 1433.9 1792.4 2150.9 43535 1.960 1.590 3. 116 279.2 336. 6 670.0 1006. 6 1340.1 2094.2 2792.3 3490.4 1488.4 44040 2.010 2.490 5. 005 448.4 540. 5 1076.1 1616. 6 2152.1 3363.3 4484.4 5605.5 6726.6 Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 53 Neân Po = 0.0913 6+ cmap bimindc 10. D.N A.V (3-15) Tö ø ñònh lua ät Fa ra da y: Vp m in = 8 ep mindc 10. TΔ BΔ A.N= 2 V Vôùi B = 2Bmax , T = 0.4T Neân Vdc m in = 10Np. f. Ae.Bm ax.10 - 8 Thay Vdc min vaøo (3-15) ta coù: Po = cma biemax D A.A.f.B00913.0 Po = cma bemax D A.A.f.B0014.0 (3-16) IV . SÖÏ GIA TAÊNG NHIEÄT ÑOÄ CUÛA BIEÁN AÙP -Nhie ät ñoä cuûa bieán a ùp taêng ca o hôn nhieät ñ oä cu ûa mo âi tröôøng laø do phuï thuoäc vaøo toån hao loõi, toån hao doøng vaø beà ma ët taûn nhieät cuûa bieán a ùp. Khoâng khí thoåi qua bieán aùp coù t heå la øm giaûm söï gia ta êng nhieät ñoä ñ aùng ke å. -Ñe å tính toaùn söï gia ta êng nhieät ñ oä ngöôøi ta dö ïa vaøo mo ät so á ñöô øng ñaët tính kinh nghieäm cuûa ñie än trô û nhieät treân tieát dieän beà maët taûn nhieät. -Ñieän trôû nhieät Rt -Söï gia taêng nhieät ño ä: dT -Toån hao coâng su aát: P dT = P.Rt - Ñöô øng ñ aëc tính ñieän trôû nhieät cuûa boä ta ûn nhieät ñ oái vôùi toång dieän tích beà maët ñ öôïc minh hoaï ôû hình sau : Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 54 PHAÀN B PHAÀN THIEÁT KEÁ I.SÔ ÑOÀ KHOÁI CUÛA BOÄ NGUOÀN: Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 55 -KH OÁI CH ÆNH LÖU CAÀU VAØ LOÏC: Du øng ñe å bieán ñoåi ñie än xoay chie àu thaønh ñie än naêng mo ät chie àu vaø laøm pha úng ñieän aùp hay doøng ñ ieän moät chie àu ôû ngoû ra chænh löu . CHÆNH LÖU CAÀU VAØ LOÏC DAÏO Ñ OÄNG SOÙNG VUO ÂNG BAÛO VEÄ QUAÙ AÙP BAÛO VEÄ QUAÙ DOØNG CHÆNH LÖU VAØ LOÏC CHÆ NH LÖU VAØ LOÏC CHÆ NH LÖU VAØ LO ÏC -15V/3 A +15V/3A 5V/10A BIEÁN AÙP XUNG 110-220VAC Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 56 -DAO ÑOÄNG SOÙNG VUOÂNG : Duøng ñ eå bieán ñ oåi ñie än aùp DC thaønh ñ ieän a ùp AC taàn soá cao. -BI EÁN AÙP XUNG: Du øng ñ eå ca ûm öùng ñie än aùp AC sô caáp san g thöù ca áp theo tæ soá do øng daây giö õa cuoän sô caáp vaø caùc cu oän daây thöù ca áp. -CHÆNH LÖU VAØ LOÏC: Chænh löu ñieän aùp xoa y chieàu ta àn so á cao ra ñ ieän a ùp moät chieàu va ø ñö ôïc loïc pha úng ñeå ta ïo ra ca ùc möùc ñieän aùp ngoõ ra. -KH OÁI BAÛO VEÄ QUAÙ DOØNG: Du øng ñe å taét boä dao ñ oäng khi coù hieän töôïng quaù doøng. -KH OÁI BAÛO VEÄ QUAÙ AÙP : Du øng ñ eå taét da o ño äng khi co ù hieän töôïng quaù aùp II.TÍNH TOAÙN , THIEÁT K EÁ BI EÁN AÙP XUNG : -Yeâu caàu thieát ke á : -Coâng suaát ra : P out = 5.10 + ( 15.3 )2=140W -Nhö vaäy coâng su aát ra cu ûa boä nguoàn laø 140W .Tra baûng ta choïn ta àn soá dao ñoäng f=62KHz -Töø nhöõng pha ân tích ôû chöông II , ta ñaõ choïn Ha lf-Bridge converter ñ eå thieát keá nguoàn oån aùp xung. 1.Coâng suaát v aøo: Pi n =Pout / e ff vô ùi eff laø hieäu su aát -Giaû söû hieäu su aát cuûa boä nguoàn la ø 80%. Pi n=140 / 0,8= 175 W 2.Ñieän theá naén ng oõ vaøo : Khi ngu oàn xoay chieàu ngoõ va øo la ø :  110V:Thì maïch ho aït ñ oäng nhö maïch nhaân ñoâi ñ ieän aùp -Nöûa chu kyø ñaàu :Ñieän aùp ñ ænh do tuï C1 naïp VP =1,41 .110 -1=154V ( 94/1 ) -Nöûa chu kyø sau : Tuï C2 cuõng naïp vôùi möùc VP -Vaäy ô û caû mo ät chu kyø: Vdc=Vc1+Vc2=154+154=308V ( 94/1 )  220V:Ñieän aùp DC chænh löu ñ ænh :Vdc=(1,41. 220)-2=308V 3.Tính toaùn soá doøng daây sô c aáp : Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 57 Ta coù dB.Ae 10 . 1)(0.8T/2)- 2/Vdc( =N 8 p (2.7/1) Vôùi T=1/f. vô ùi f=62 KHz Ae=1,11 cm2 :tie át dieän loõi -Choïn dB=1600 Gau sse 3 8 p 10.62.1600.11,1 10 . 1)(0.8T/2)- 2/308( =N = 55,57 vo øng -Choïn NP= 56 voøng 4.Giaù tr ò doøng ñieän: -Doøng san baèng ñænh: Ipft(half-bridge ) = Vdc Po13,3 (3.1/1) Ipft(half-bridge ) = 43.1= 308 140.13,3 -Doøng ñie än gô ïn soùng sô caáp: Irm s(p) = = 308 140.79,2 Irms(p) = 1. 27A 5.Tieát dieän daây sô ca áp: Ta coù : At cm= Vdc Po.1395 (3.3/1) Vôùi Atcm laø tieát dieän daây (circula r mils) (1 in2 =  /4. 10- 6 circular mils) Atcm = 308 140.1395 = 634 (circular mils) Ati = At cm ( /4) 10 -6 (258/1) Abi = 6- ptcm 10.255,0 N.A (7.15/1) Vôùi Ati : tieát dieän da ây (in 2) Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 58 Abi : tieát dieän khung (in 2) Vaäy: Abi = 610.255,0 56.634 = 0,14 ( in2) A ti = Np A.2,0 bi (7.14/1) At = At i . 6,45 .16 ( cm 2 ) ( 1 inch = 2,54 cm ) At = 0,0033 cm 2 = 0,33 mm2 Ma ø At =  d 2/4 Vaäy ñöô øng kính da ây sô caáp d = 0, 65 mm 6.Soá doøng d aây thö ù caáp: V(5) = [ T 2.T 1]- N N 1)- 2 V ( on p S5dc (2.2/1) vôùi N5S: soá doøng daây thöù caáp (5v) Ton = 0,8T / 2 V(5) = (( 56 N 1)- 2 308 5S – 1) . 0, 8 = 2,7 voøng Choïn N5S = 3 voøng V(15) = (( 2 Vdc – 1) p S5 N N – 1) . 2Ton / T Vôùi N15S : soá voøng da ây thö ù caáp ( 15v ) N15S = 7, 3 voøng Choïn N15S = 8 voøng Ta coù doøng ñ ieän gôïn so ùng thöù caáp : Is( rms) = 0,632 . Idc Idc : doøng moät chieàu ngoõ ra +5V/10A Is( rms) = 0,632 . 10 = 6,32 A 7.Tieát dieän daây thöù caáp: Tieát dieän da ây thöù caáp : As cm =316. I+ 5V/10A : vôùi Ascm (circula r mils) Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 59 Ascm = 316 . 10 = 3160 Tieát dieän da ây tính baèng in2 Asi = 3160 .  /4 . 10 - 6 = 0,00248 in2 Tieát dieän da ây tính baèng cm2 Asc = Asi . 6,45 . 10 = 0,0159 cm 2 Tieát dieän da ây tính baèng mm2 Asm = 1,59 mm 2 Ma ø As m =  d 2/4 =>d = 1,4 mm Vaäy ñöô øng kính da ây thöù caáp (5V/10A) : d = 1,4 mm 15V/3A : Ta coù Is(rm s) = 0,632 . 3 = 1,896 A Ascm = 316 . 3 = 948 Tieát dieän da ây tính baèng in2 Asci = 948 . ( /4) . 10 -6 = 0,000744 i n2 Tieát dieän da ây tính baèng cm2 Asc = Asi . 645.16 = 0, 00479 cm 2 Tieát dieän da ây tính baèng mm2 Asm = 0,479 mm 2 Ñuo øng kíng daây d = 0, 78 mm 8.Tieát dieän khung quaán daây : Abi = 0,14 in 2 => Abi = 0,14 . 6,4516 = 0,9 cm 2 III.THIEÁT KEÁ BOÄ LO ÏC NGOÛ RA ; A-5V/10A : -Cuoän loïc ngoû r a(Lo) Lo = 0,5.V0 . T / I0 Vôùi V0 = Vdc . ÔÛ ngoû ra : Vo = 5V T = 1/f ; f = 62 KHz Ion = Idc = 10 A 0,5 . 5 => Lo = = 4 H Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 60 10 . 62 . 103 -Tuï loïc ngoû r a (Co) Ta coù : dI = 2 . Idc min Vôùi Idc mi n = 1/10 . Idc Bieân ño ä doøng ñieän ñ ænh ñænh gô ïn soùng cuûa cuo än daây : dI = 2 A Ñieän aùp goän so ùng ñænh ñænh Vr = Ro . dI Ro : Ñieän trô û töô ng ñöông Ro thöôøngng ra át nhoû, choïn Ro = 0,05 Vr = 0,05 . 2 = 0, 1 V Co = 80 . 16-6 . dI / Vr = 1600 F B- 15 V / 3A : Cuo än loïc ngoû ra : Lo 0,5 . Vo . T 0,5 . 15 Lo = = = 40 H Io 3 . 62 . 103 Vôùi Ion = Idc = 3A T = 1/f ; f = 62 KHz Tu ï loïc ngo û ra Co : Ta coù dI = 2 . Idc m in Vôùi Idc mi n = Idc/10 dI = 0, 6 A Ñieän aùp gôïn so ùng ñænh : Vr = Ro . dI Choïn Ro = 0,05  : Ñie än trôû t uong ñ uong Vr = 0,05 . 0,6 = 0,03 V 80 . 10-6 . di 80 . 10- 6 . 0, 6 Co = = = 1600 F Vr 0,03 Choïn C = 1600 F Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 61 IV. THIEÁT KEÁ MAÏCH NAÉN LOÏC N GOÛ VAØO : 1.CAÀU DIODE : Ma ïch naén loïc ngoõ vaøo ñ uôïc thieát ke á theo maïch nhö h ình veõ Ñieän aùp ngu oàn löôùi ñaët tröïc tie áp va øo caàu naén neân 4 diode phaûi chòu ñie än a ùp ngöôïc cao. Trò soá ñænh cuûa ñieän a ùp la ø : V p = 220 . 1,414 = 311 V Trò soá ñænh cuûa ñieän a ùp nguo ïc ñaët le ân moãi diode laø : Vi n = 311 . 1,57 = 448 V Neáu döï trö õ theâm 10% thì ta caàn cho ïn caùc diode chòu ñ uoïc aùp ngu ôïc cho pheùp laø 6 00 V. Tö ø nhaän xeùt treân ta thaáy Diode 1N4007 la ø thích hôïp, vì noù co ù ñ ieän a ùp nguôïc Vin = 1000V Doøng ñie än baûo hoøa ngu oïc Is = 5 A Doøng ñie än thuaän cö ïc ñaïi IF max = 1 A Diode 1N4007 la ø loaïi diode thoâng duïng, coù nhieàu tre ân thò tröô øng, giaù kinh teá. Neân ta choïn caàu Dio de laø 1N4007. 2.Tuï loïc : Vì ña ây laø maïch o ån aùp xung , neân ñ ieän a ùp ngoõ ra ñöô ïc loïc ôû ngoõ ra , neân vaán ñ eà lo ïc ngoõ vaøo coù ñ oä gôïn soùng cao va ø coù theå leân ñ eán 25 – 40 %. ta coù : 1  = 2 3 f R C vôùi  : ño ä gôïn soùng ( % ) 1 C = = 192,45  F 2 3fRC vôùi  = 30 % , f = 50 Hz , R = 100 K Thöïc teá ta choïn C = 220 F V.MAÏCH ÑIEÀU KHIEÅN : Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 62 Ma ïch ñ ieàu khieån ñoä ro äng xung vôùi taàn soá co á ñ ònh ñ uoïc xaây döïng ñeå thöïc hieän vieäc ñie àu khieån trong boä ngu oàn switching. Noù ñuo ïc thie át keá theo töøng khoái rôøi ha y ñöôïcc tích hô ïp trong caùc IC . Neáu thieát keá theo töøng khoái rôøi thì boä nguoàn seõ phöùc taïp, ñ oä chính xaùc khoâng cao ,dieän tích chieám choå lôùn . Vì vaäy ta choïn IC ñ eå khaéc phuïc caùc nhöôïc ñ ieåm treân. Coù nhieàu loaïi IC ñieàu khieån ño ä ro äng xung nhö :SG 1524,UC 1846, TL 494, TL 495....Nhöng TL 494 coù nhieàu treân thò tröôøng, giaù thaønh reû, neân ta cho ïn IC TL 494. Moâ taû IC TL 494 : IC TL 494 bao go àm boä dao ñoäng raêng cöa tuye án tính vôùi taàn soá ñö ôïc xaùc ñ ònh bôûi 2 tha ønh pha àn beân ngoaøi la ø RT vaø CT Ta àn soá dao ñ oäng : f = 1,1 / ( RT . CT ) Ngo û ra cu ûa ma ïch ñieàu cheá ñoä ro äng xung ñöô ïc thöïc hieän bôûi söï so saùnh soùng raêng cöa vôùi 2 tín hieäu ñieàu khieån ñ öa ñeán coång NOR vaø sau ñoù suaát ra 2 tra nsistor Q1 vaø Q2 .Tín hieäu suaát ra ñe án Q1,Q2 chæ xaûy ra khi tín hieäu raêng cöa lôùn hôn so vôùi 2 tín hieäu va øo . Vì theá vieäc taêng bieân ño ä tín hieäu ñ ieàu khieån seõ laøm giaûm ñ oä ro äng xung ra ( xin tham khaûo sô ñoà veõ da ïng soùng cuûa IC TL494 ) Tín hieäu ñieàu khieån 1 beân ngoaøi ñöa vaøo ñ uoïc cung ca áp cho ma ïch dead- time .Tín hieäu ñie àu khieån 2 ñöô ïc ñöa vaøo maïch khueách ña ïi sai leäch hoaëc ngoû vaøo fe edback . Ma ïch so saùnh ñie àu khieån ñoä roäng xung seõ so sa ùnh ñ ieän a ùp ñöa töø beân ngoaøi vaøo ñeå cho ra 1 xung coù ñoä roäng xung tuøy thuoäc vaøo ñieän theá ngoû vaøo.Thôøi gia n hoaït ñoäng cu ûa xung tuøy thuoäc vaøo thôøi gian dea d-time vaø ñ oä roäng xung cu ûa maïch so sa ùnh PWM. IC TL 494 co ù 1 ñie än theá o ån aùp beân tro ng la ø 5V vôùi doøng la ø 10 mA vaø ñ öôïc ñöa ra chaân so á 14 ñeå laøm ñ ieän aùp chuaån Nhö ñaõ noùi ôû tre ân taàn so á dao ñoäng ñöôïc ñònh bôûi RT vaø CT ,thöïc teá tre ân maïch la ø C36 vaø R36 va ø fosc = 62 KHz Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 63 Ta coù fosc = 36C.36R 1 = 62 KHz Choïn R36 = 18 K Thay caùc giaù trò vaøo ta ñuoïc C36 = 958 pF = 1000 pF Doøng IC 494 la ø 10 mA vaø aùp cuûa noù cung ca áp cho maïch laø 5V R42 = 5/10 = 0, 5 K Choïn R42 = 1K Q3 ( C 9 45 ) va ø Q4 ( C 945 ) laø 2 transisto r ôû taàng driver : C 9 45 coù ñ aëc tính ky õ thuaät sau : BVCBO = 70 V BVCE O = 70 V BVE BO = 4 V Tính R18 ,ta coù : R18 VBQ4 = Vcc R17 + R18 Khi Q4 daån ,ta co ù VBQ4 = 0,6 V , Vcc = 5 V Choïn R18 = 1 K Thay caùc gia ù trò tre ân va øo coâng thöùc ta ñuoïc R17 = 4,2 K Choïn R17 = 3,9 K Baèng caùch duøng 2 co âng thöùc treân aùp duïng cho Q3 vôùi 2 ñieän trôû phaân cöïc la ø R21 vaø R1 9 ( cho ïn R21 = 3,9 K ) ta co ù : R19 = 1,2 K Thöïc t eá choïn R19 = 1,5 K Aùp duïng cho Q6 ta cuõng ñuo ïc keát quaû R39 = 39 K R40 = 1 K Thoâng so á kyõ thuaät cuûa tra nsistro A 733 ( Q5 ) BVCBO = 100 BVCE O = 80 Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 64 BVE BO = 5 Ic ma x = 0,5 A P = 0,5 W ,  =120 -ÔÛ cheá ño ä Q5 ba ét ña àu da ån thì do øng Ic = 0,12 mA neân ta cuõng coù IBQ 5 = Ic /  = 1 mA Neân R41 = ( 5-VBEQ 1 ) / IBQ 1 Vôùi VBEQ 1 = 0,2 V =>IBQ1 = 1 mA -Thay caùc gia ù trò vaøo ta ñö ôïc : R4 1 = 4,8 K -Thöïc te á choïn R41 = 4,7 K -Tính tuï lieân laïc C5: Ta coù : Ipft . 0, 8 T/2 Ipft . 0,8 .T/2 C5 = = dV 10 % . VCQ1 Vôùi Ipft = 1,42 A ( tính toaùn ô û phaàn ñaàu ) VCQ 1 = 150 V => C5 = 0,6 F Choïn C5 = 1 F VI. TRA NSISTOR NGAÉT DAÃN : Vì ña ây la ø cheá ño ä Ha lf-Bridge converter neân ñieän aùp ngu oïc C-E laø : VBCE = 220 . 1,414 . 1,21 = 376,5 V Trong ñ où 1,21 la ø heä soá döï phoøng ,neân ta choïn tra nsistor coù ñieän a ùp nguoïc naèm trong khoaûng naøy . Theo lyù luaän treân ta choïn tra nsistor C 4242 vì caùc thoâng soá cu ûa C 4242 ñ aùp ö ùng ñöô ïc yeâu caàu treân Thoâng so á kyõ thuaät cuûa C 4242 la ø : VCBO = 700 V VEBO = 9 V VCEO = 4000 V I = 2 A Heä soá  = 20 Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 65 Bình thöôøng khi Q1 chöa da ãn thì noù ñ aõ coù 1 ñ ieän theá moài töø 0, 2 ñe án 0,4 V ñ eå chæ caàn kích mo ät ñieän theá nho û töông ö ùng la ø 0,4 V hay 0,2 V laø transisitor se õ daãn . Bình t höôøng doøng taïi cöïc B cu ûa Q1 ô û cheá ño ä mo ài na øy raát nhoû , khoaûng vaøi micro A neân ñe å doøng ch ính qua R6 phaân cöïc cho Q1 thì doøng qua noù phaûi lôùn gaáp nhieàu laàn so vôùi 0, 2 A . Ña ây chính laø doøng phaân cö ïc cho Q1 IBQ1 = 0,2 . 100 = 0,2 mA Luùc na øy : R6 = UBEQ 1/IBQ1 = 0.6 / 0.2 = 3 K Thöïc t eá choïn R6 = 2,7 K Tính R9 : Ta coù VCQ 2 . R9 VBQ2 = R7 + R9 Choïn R7 = 330 K , UBQ2 = 0,6 V Thay caùc soá va øo coâng thöùc t a ñuoïc R9 = 2,1 K Thöïc t eá choïn R9 = 2,7 K Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 66 SÔ ÑOÀ NGUYEÂN LYÙ Nguyeãn Vaên Ñöùc Luaän vaên toát n gh ieäp Trang 67 -NGUYEÂN LY Ù HOAÏT ÑOÄNG CU ÛA BO Ä NGUOÀN O ÅN AÙP XUNG 5V /10A,  15V /3A : --Khi cung caáp nguo àn ñie än AC vaøo , ngu oàn ñieän vaøo ñö ôïc D5 naén vaø ta ïo ñ ieän a ùp mo ài thoâng qua R4, ñ eán cöïc B cuûa Q1( C4242) laø m Q1 daãn taïo moät ñ ieän theá ca ûm öùng qua cu oän thöù ca áp cuûa bieán a ùp xung nhôø D14 naén vaø tuï loïc C19 loïc taïo thaønh ñieän aùp ñ öa ñöa vaøo cha ân so á 12 cuûa IC TL494 vaø laøm cho IC494 ± dao ñ oäng vaø ñöa ñieän aùp dao ño äng cho Q3 ( C945) kích thích dao ñ oäng cho Q1 vaø Q2. -Nhôø xung Dea d-Time Q2 daãn la øm cho ñie än theá thöù caáp cuûa bieán a ùp xung ra cao . -IC TL494 laø IC ñ ieàu khieån ñ oä roäng xung .Nguye ân lyù ñie àu roäng xung cuûa noù ñöôïc gia ûi thích nhö sau: +Chaân soá 2 ñö ôïc cu ng ca áp ñie än a ùp VREF =2,5V. +Chaân soá 1 ñö a ñ ieän aùp doø sai laáy töø Vout ra . +Chaân soá 4 ñöôïc aùp vaøo ñieän theá ñeå khoáng cheáthôøi gian Dead – Times khoa ûng 0,4V . -Ñieän a ùp ngoõ ra phaûn hoài veà so saùn h vôùi ñie än aùp chuaån . Ne áu co ù sö ï sa i leäch thì tín hieäu ngoõ ra boä khueách ña ïi sa i leäch seõ ñie àu khieån ño ä ro äng xung ôû ngoõ ra chaân 9 vaø chaân 10 cuûa IC TL494 .Tín hieäu ô û ngo õ ra 2 chaân naøy pha ûn hoài veà kích cho Q3 vaø Q4 daãn hay nga ét ñe å ñie àu khieån thôøi gian Ton cu ûa 2 Tra nsistor giao hoa ùn Q1 vaø Q2.  Maïch baûo veä quaù doøng vaø qua ù aùp:  Baûo veä qua ù doøng : Vì moät ly ù do naøo ñoù maø doøng ñie än ngoõ ra taêng leân ño ät ngoät ( ca o hôn doøng ñieän ñònh mö ùc ).Doøng naøy qua ñieän trô û 1K ,vaø laøm phaân cöïc ñieän aùp D5 .Luùc na øy xuaát h ieän ñ ieän aùp phaân cöïc cho Q6  laøm Q6 daãn  Q5 daãn ta ïo ra moät ñ ieän theá 5V taïi cha ân 4 cuûa IC 494 .nhìn vaøo caáu taïo beân tro ng cu ûa IC ,ta thaáy chaân 4 cuûa noù la ø 5V ñie àu na øy coù nghóa laø ngoõ ra maïch so saùnh De ad Times la ø 5V (töông ñöông möùc 1 ) luùc naøy se õ khoâng coù dao ñoäng ngoõ ra  Maïch tö ï cuùp la ïi khoâng hoa ït ño äng.  Baûo veä quaù aùp: Vì moät lyù do naøo ñ où ñieän aùp ngoõ vaøo taêng ca o hôn giaù tri ñònh möùc .Thì ñ ieän a ùp p hía thöù caáp cuõng t aêng ca o v aø laø m phaân cöc D6 ,lu ùc naøy cuõng xuaát hieän ñieän aùp phaân cöïc cho Q6 .Baèng caùch lyù lua än töông töï nhö phaàn baûo veä quaù doøng Maïch töï cu ùp laïi (kho âng hoaït ñoäng nöõa).