Báo cáo Điện tử công suất - Lê Đôn Thao

Nội dung text: Báo cáo Điện tử công suất - Lê Đôn Thao

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BÁO CÁO BÀI TẬP ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Giảng viên hướng dẫn: TS. Vũ Hoàng Phương Sinh viên thực hiện: Lê Đôn Thao -20174227 Nguyễn Ngọc Sơn - 20174165
2. YÊU CẦU THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN 1. Vẽ dạng điện áp và dòng điện của các phần tử trên Điện áp đầu vào bộ biến đổi 10VDC sơ đồ mạch lực. Điện áp đầu ra bộ biến đổi 5 ÷ 15VDC 2. Tính toán tham số mạch lực (Giá trị cuộn cảm, Giá trị Công suất lớn nhất 100W tụ điện, Van bán dẫn MOSFET và DIODE cụ thể). Tần số chuyển mạch van MOSFET 100kHz 3. Lựa chọn giá trị điện cảm L nhỏ nhất để bộ biến đổi làm việc ở chế độ dòng điện liên tục Độ đập mạch dòng điện cho phép 20% Độ đập mạch điện áp đầu ra phép 1% 4. Mô phỏng kiểm chứng kết quả thiết kế bằng phần mềm Matlab, Plecs hoặc PSIM.
3. MỤC LỤC ➢ Sơ đồ mạch lực và dạng sóng điên áp/dòng điện ➢ Tính toán và chuẩn hóa các giá trị mạch lực ➢ Mô phỏng ➢ Kết luận.
4. SƠ ĐỒ MẠCH LỰC D V S D ❖ Hai trạng thái đóng cắt của van iL • 0 < t < tx : Van V thông,diode D không dẫn G di U L C u u== LL U g o R Lgdt iC io • tx < t < Ts: van V khóa, điôt D thông di u= LL = − U Lodt Điện áp trung bình trên cuộn cảm: 1 푠 1 푡 푠 1 푈퐿 = ׬ 퐿 ⅆ푡 = ׬ 푈 ⅆ푡 − ׬ 푈0 ⅆ푡 = 푈 푡 − 푈0( 푠 − 푡 ) =0 푠 0 푠 0 푡 푠 푡 푡 suy ra: 푈0 = 푈 = 푈 với = 푠−푡 1− 푠
5. DẠNG ĐIỆN ÁP VÀ DÒNG ĐIỆN QUA CÁC PHẦN TỬ 푡 푡 UGS,V ⅆⅈ퐿 1 ON ó: 퐿 = 퐿 න 퐿 ⅆ푡 = න ⅈ퐿ሶ 푡 t ⅆ푡 퐿 (a) OFF 0 0 0 tx Ts ሶ 푈 푈 ⅈ퐿 푡 − ⅈ퐿ሶ 0 = 2 ⅈ퐿ሶ = 푡 = 푠 uL 퐿 퐿 Ug 푈 UL+ L= t 2 sw iL (b) 0 UL- (푡) Có: = 푖 푡 Uo 푡 iL 푡 푡 ILmax IL+ 1 IL න (푡) = න 푖 푡 푡 I ILmin L− 푡 /2 푡 /2 (c) t 2 푡 푈 푈 0 ∆ = 0 = 0 = 2 2푅 푠푤 2푅 (1 − ) 푠푤 uo=uC 2 Uo 2 UC 푈 iC I C= (d) C+ t 2푅(1− ) 푠푤∆ 0 IC-
6. TÍNH TOÁN ❖ Ta có: U = Ug. 0 1− 2 2 푈0 푈0 Pmax = suy ra Rmin = 푅 푖푛 푃 ❖ Dòng đầu vào chỉ chạy trong thời gian van dẫn nên : Ig= D*IL. 1 푈 Coi van là lý tưởng nên: Ug*Ig=U *I nên: I = I = 0 0 0 L 1− 0 푅(1− ) 푈0 suy ra ILmax= Rmin(1− ) ❖ UC=U0 suy ra ∆uCmax = ∆u0max
7. TÍNH TOÁN ❖ Số liệu đã cho: =10 VDC; V0 =5 ÷ 15VDC ; 푃 = 100 푊 fsw=100(kHz); ∆푖퐿= 20% 퐿 ; ∆ = 1% 0 ➢ Với U0=5V ➢ Với U0=15V • D= 0.33 • D= 0.6 2 2 2 2 푈0 5 푈0 15 • Rmin = = = 0.25 () • Rmin = = = 2.25 () 푃 100 푃 100 푈0 5 푈0 15 ILmax= = =30 (A) ILmax= = =16.67 (A) Rmin(1− ) 0.25(1−0.33) Rmin(1− ) 2.25(1−0.6) ∆IL=20%*ILmax= 0.2*30=6 ∆IL=20%*ILmax= 0.2*16,67=3.33 푈 푈 • L= =2,7 (휇 ) • L= = 9 (휇 ) 2 sw iL 2 sw iL ∆ max = ∆ 0max ∆ max = ∆ 0max ∆ max=1%*U0max=0.05 (V) ∆ max=1%*U0max=0.15 (V) 푈 2 푈 2 • C= =0.0006 (F) C= =133 (휇 ) 2푅(1− ) 푠푤∆ 2푅(1− ) 푠푤∆
8. TÍNH TOÁN - Khi bộ biến đổi DC/DC hoạt động ở ranh giới giữa chế độ liên tục và chế độ gián đoạn được hiểu là dòng 푖퐿 tiến tới không tại mỗi cuối chu kỳ đóng mở van Mosfet : 1 푈0 푈 -Ta vẫn có : IL= I0= (1) và iL= 1− 푅(1− ) 2 swL 푈 푈0 khi đó 퐿 푖푛 = iL = = (2) 2 swL 푅(1− ) -Trong trường hợp tần số f và điện trở tải R không đổi ta sẽ có giá trị 퐿 푖푛 để bộ biến đổi vẫn hoạt động ở chế độ dòng liên tục, từ (1) và (2): 푅× 1− 2 2.25×0.42 퐿 = = = 1.8 (휇 ) 푖푛 2 2×105
9. MÔ PHỎNG Thông số mạch mô phỏng : ✓ Điện áp vào = 10 ✓ Hệ số điều chế D= 0.6 ✓ Tần số đóng mở van Mosfet f=100 kHz ✓ Độ tự cảm của cuộn dây L= 9 휇 ✓ Điện dung của tụ điện C= 133 휇퐹 ✓ Điện trở tải R=2.25 Ώ ✓ Van điều khiển bằng xung điều chế đơn cực ✓ Coi van Mosfet vad Diode là lý tưởng U0 25 20 15 10 U0 = 15 VDC 5 0 -5 0 0.001 0.002 0.003 0.004 Time (s)
10. MÔ PHỎNG UL 10 0 -10 -20 IL 16.9 16.8 16.7 16.6 16.5 16.4 0.0049 0.004905 0.00491 0.004915 0.00492 Time (s) Đồ thị điện áp và dòng điện qua cuộn cảm
11. MÔ PHỎNG U0 15 14.9 14.8 IC 15 10 5 0 -5 -10 0.002185 0.00219 0.002195 0.0022 0.002205 Time (s) Đồ thị điện áp và dòng điện qua tụ điện
12. MÔ PHỎNG Ig 20 15 10 5 0 Đồ thị dòng điện qua van Mosfet ID 20 15 10 5 0 -5 Đồ thị dòng điện qua Diode 0.00522 0.005225 0.00523 0.005235 0.00524 Time (s)
13. MÔ PHỎNG IL IL 40 80 30 60 20 40 20 10 0 0 -20 9e-005 9.5e-005 0.0001 0.000105 0.00011 0.000115 0.00015 0.000155 0.00016 0.000165 0.00017 0.000175 Time (s) Time (s) U0 U0 15.05 15.4 15 14.95 15.2 14.9 14.85 15 0.00114 0.001145 0.00115 0.001 0.001005 0.00101 0.001015 0.00102 Time (s) Time (s) Dòng điện qua cuộn cảm khi L=Lmin=1.8 (흁푯) Dòng điện qua cuộn cảm khi L=1,5 (흁푯)(gián đoạn)
14. MÔ PHỎNG Thông số mạch mô phỏng : ✓ Điện áp vào = 10 ✓ Hệ số điều chế D= 0.33 ✓ Tần số đóng mở van Mosfet f=100 kHz ✓ Độ tự cảm của cuộn dây L=2.7 휇 ✓ Điện dung của tụ điện C= 0.0006 퐹 ✓ Điện trở tải R=0.25 Ώ ✓ Van điều khiển bằng xung điều chế đơn cực ✓ Coi van Mosfet vad Diode là lý tưởng U0 = 5 VDC
15. MÔ PHỎNG UL U0 10 5.04 5 5 0 4.96 -5 4.92 IL IC 35 10 0 30 -10 25 -20 0.00213 0.002135 0.00214 0.002145 0.00215 0.002135 0.00214 0.002145 0.00215 0.002155 Time (s) Time (s) Đồ thị điện áp và dòng điện qua cuộn cảm Đồ thị điện áp và dòng điện qua tụ điện
16. MÔ PHỎNG IL IL 150 60 100 40 50 20 0 0 U0 U0 5.05 7 5 4.95 6.9 4.9 6.8 4.85 6.7 0.000825 0.00083 0.000835 0.00084 0.000845 0.000825 0.00083 0.000835 0.00084 Time (s) Time (s) Đồ thị dòng điện qua cuộn cảm và điện áp ra khi Đồ thị dòng điện qua cuộn cảm và điện áp ra khi L=Lmin=0.55 (흁푯) L=0.25 (흁푯) (chế độ dòng gián đoạn)
17. KẾT LUẬN ➢ Bộ biến đổi nguồn DC-DC buck-boost converter có thể biến đổi tăng hoặc giảm linh hoạt điện áp từ nguồn 1 chiều cho trước. ➢ Chế độ hoạt động của bộ buck-boost converter phụ thuộc nhiều vào giá trị cuộn cảm L. ➢ Thông thường, bộ biến đổi buck- boost nên làm việc ở chế độ dòng điện liên tục qua cuộn cảm. Khi đó, điện áp đầu ra sẽ được chính xác hơn.