Chương 4
Các
bộ
b
ă
m
xung
một
chiều
c
ơ
bản
Các
bộ
b
ă
m
xung
một
chiều
c
ơ
bản
(DC/DC converters)
1. Tổng quan
 Biến đổi nguồn một
chiều không điều khiển
được thành nguồn một
chiều có biên độ điều
khiển
được

cấp
cho
tải
.
Power switching converters Basic switching converter topologies 2
khiển
được
cấp
cho
tải
.
 BBĐ một chiều được
ứng dụng nhiều trong
các bộ nguồn đóng cắt
 Có rất nhiều mô hình
mạch khác nhau
1. Tổng quan
 Bộ băm nối tiếp - giảm áp: Buck
 Bộ băm song song – tăng áp: Boost
 Bộ băm đảo áp: Buck-boost
Power switching converters Basic switching converter topologies 3
 Một số sơ đồ BBĐ một chiều khác
 Các phương pháp điều khiển bộ biến đổi một
chiều (DC/DC converter)
2. Buck converter
 Điện áp trên tải luôn luôn nhỏ hơn điện áp nguồn
 Điện áp trên tải có cùng cực tính với điện áp nguồn
Power switching converters Basic switching converter topologies 4
2. Buck converter…
2.1. Chế động dòng liên tục

 MODE 1 (0 < t < t
on
)
( )
L
di
v t = L ,
dt
Power switching converters Basic switching converter topologies 5
2 1
s a
on on
I - I
I
V - V = L = L ,
t t
∆
on
s a
L I
t = .
(V - V )
∆
2. Buck converter…
2.1. Chế động dòng liên tục
 MODE 2 (t
on
< t < T)
1 2
a

off
I - I
-V = L ,
t
I
∆
Power switching converters Basic switching converter topologies 6
a
off
I
V = L .
t
∆
off
a
L I
t = ,
V
∆
a off
V t
I = .
L
∆
2. Buck converter
2.1. Chế động dòng liên tục
i
L
(t)
V

Dfw
(t)
DT T
t
t
V
S
I
2
I
1
I
I
2
i
S
(t)
I
L
= I
a
I
S
Power switching converters Basic switching converter topologies 7
DT
T
t
t
t
t

I
1
i
C
(t)
I
2
- I
a
I
1
- I
a
i
C
(t)
= V
0
(t)
V
a
i
0
(t)
I
a
V
C
2. Buck converter
2.1. Chế động dòng liên tục

 Tỷ số biến đổi điện áp
a off
s a on
V t
(V -V ) t
I = = .
L L
∆
Power switching converters Basic switching converter topologies 8
L L
s a a
(V -V ) DT = V (1- D) T
s
a s
V DT
V = = V D .
T
2. Buck converter
2.1. Chế động dòng liên tục
 Độ nhấp nhô của dòng qua cuộn cảm
on off
s
1
T = = t +t
f
Power switching converters Basic switching converter topologies 9
( )
s
s a a a s
a

LV I
L I L I
V V V V V V
∆
∆ ∆
= + =
− −
a s a s
s
s
V (V -V )T DV (1- D)
I = = .
LV L
f
∆
2. Buck converter
2.1. Chế động dòng liên tục
 Dòng điện chảy qua tụ
 Giá trị trung bình dòng điện chảy qua tụ I
c
= 0
0
L c
i i i
= +
Power switching converters Basic switching converter topologies 10
L c o c
i i i i
∆ = ∆ + ∆ ∆


off
on
t
t
T
+ =
2 2 2
.
4
I
=
I
c
∆
2. Buck converter
2.1. Chế động dòng liên tục
 Điện áp trên tụ
 Điện áp trung bình trên tụ điện = V
a
2
1
( ) (0) ( )
T
c c c
v t v i t dt
C
= +
∫
Power switching converters Basic switching converter topologies 11
0

( ) (0) ( )
c c c
v t v i t dt
C
= +
∫
2
0
1
( ) (0)
4 8 8
T
c c c
s
I T I I
v v t v dt
c C f C
∆ ∆ ∆
∆ = − = = =
∫
s s
c
2
s s
s
(1- D) 1 D(1- D)
DV V
v = = .
L 8 C
f f

8 LC
f
∆
2. Buck converter
2.1. Chế động dòng liên tục
 Hiệu suất của bộ băm kiểu nối tiếp (giảm áp)
V
)
T
t
-(1
I
+
V
)
T
t
(
I
=
P
+
P
=
P
D
on
o
cesat
on

o
D
Q
loss
fw
fw
s
Power switching converters Basic switching converter topologies 12
V
T
I
V
T
I
P
P
P
D
o
cesat
o
D
Q
loss
fw
fw
s
.
)
V

D+
V
D+
V
(
V
=
)
P
+
P
(
P
=
D
cesata
a
lossout
out
fw
)1( −
η
2. Buck converter
2.1. Chế động dòng liên tục
a) Giá trị tới hạn của cuộn cảm
 Nếu điện trở tải được giữ không đổi và giảm
điện cảm sẽ làm tăng độ nhấp nhô của dòng
điện chảy qua cuộn cảm

Giá

trị
của
đ
iện
cảm
L
mà
tại
đó
dòng
đ
iện
i
L
= 0
Power switching converters Basic switching converter topologies 13

Giá
trị
của
đ
iện
cảm
L
mà
tại
đó
dòng
đ
iện

i
L
= 0
tại một và chỉ một thời điểm trong một chu kỳ
xung được gọi là giá trị tới hạn của L
c
2. Buck converter
2.1. Chế động dòng liên tục
a) Giá trị tới hạn của cuộn cảm
.
L
f
)D
V
-
V
(
=
L
t
)
V
-
V
(
= I =
I
2 =
I
c

s
as
c
onas
L
L
p
∆
in s s s L
P V I V I D
= =
.
R
V
=
L
f
2
D
)
V
-
V
(
V
2
a
c
s
2

as
s
V
D
D)
-
(1
V
2
2
2
Power switching converters Basic switching converter topologies 14
,
R
V
=
P
2
a
out
.
R
V
= D
I
V
2
a
L
s

.
L
f
)D
V
-
V
(
=
2
I
=
I
c
s
as
L
2
∆
,
R
V
=
L
f
2
D
D)
-
(1

V
2
a
c
s
2
2
s
.
R
D
V
=
L
f
2
V
D
D)-(1
2
2
s
c
s
2
s
2
.
f
2

D)-R(1
=
L
s
c
2. Buck converter
2.1. Chế động dòng liên tục
b) Điện trở tải tới hạn
 Nếu giữ điện cảm là hằng số và tăng trở tải thì
dòng qua cuộn cảm sẽ giảm xuống nếu muốn
độ nhấp nhô của dòng qua cuộn cảm là cố định
Power switching converters Basic switching converter topologies 15
 Bộ băm nối tiếp sẽ rơi vào vùng dòng điện gián
đoạn nếu như điện trở tải lớn hơn giá trị tới hạn
R
c
nom
c
R
R =
1- D
LfR
snom
2
=
2. Buck converter
2.2. Chế độ dòng gián đoạn
 Nếu điện trở tải vượt quá giá trị tới hạn
hoặc
Power switching converters Basic switching converter topologies 16

 Giá trị của cuộn cảm nhỏ hơn giá trị tới hạn
=> Bộ băm xung nối tiếp sẽ làm việc ở chế độ dòng
điện gián đoạn
2. Buck converter
2.2. Chế độ dòng gián đoạn
Power switching converters Basic switching converter topologies 17
2. Buck converter
2.2. Chế độ dòng gián đoạn
Power switching converters Basic switching converter topologies 18
2. Buck converter
2.2. Chế độ dòng gián đoạn
 Hệ số biến đổi điện áp
2
s a a
on on
s s
( - ) t - (t t ) = 0 .
f f
V V V
−
.

V

=

f
t
I
a

s
2
Lp
. 0 =
D)L-(1
LD
V
-
D)L-(1
LD
VV
+
V
c
2
2
s
c
2
sa
2
a
D)
-
4L(1


Power switching converters Basic switching converter topologies 19
.


R
V

=

2
f
t
I
a
s
2
Lp
.
t
I
L = )
V
-
V
(
on
L
as
p
. 0=
f
tV
-
f

tV
s
2a
s
ons
L
D)-2L(1
D-
D
+
L
D)
-
4L(1
D
=
V
V
c
2
c
s
a






a

c
s
2
c
2
V
= ; L L
4L(1- D)
V
1+ 1+
D L
<
2. Buck converter
2.3 So sánh hai chế độ

Dòng liên tục
0.8
1
Discontinuous mode
Va / Vs
L/Lc = 0.1
Power switching converters Basic switching converter topologies 20
 Tuyến tính
 Dòng điện gián đoạn
 Phi tuyến
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
0
0.2
0.4
0.6

Discontinuous mode
L/Lc = 0.5
Continuous mode
L/Lc = 1.0
D
2. Buck converter
2.4 Thời gian xả tụ trong chế độ dòng điện gián đoạn

Khi điện cảm giảm
 BBĐ càng bị đẩy sâu
vào vùng gián đoạn
 Giảm thời gian xả của
Power switching converters Basic switching converter topologies 21
tụ
 Giảm tổn hao trên
Diode
 Tăng ứng suất điện
áp lên van
2. Buck converter
2.5 Các dạng sóng ở hai chế độ

Dòng liên tục  Dòng gián đoạn
Power switching converters Basic switching converter topologies 22
2. Buck converter - thiết kế
 Thiết kế bộ băm xung nối tiếp làm việc ở chế độ
dòng liên tục hoặc dòng gián đoạn
 Nếu đột nhiên bị mất tải (hở mạch) thì điện áp
đầ
u
ra

sẽ
bị
đẩ
y
lên
đú
ng
bằng
đ
iện
áp
nguồn
Power switching converters Basic switching converter topologies 23
đầ
u
ra
sẽ
bị
đẩ
y
lên
đú
ng
bằng
đ
iện
áp
nguồn
 Ưu điểm của BBĐ nối tiếp là khả năng điều
khiển điện áp và dòng điện trên tải một cách dễ

dàng nhờ điều chế độ rộng xung. Dễ dàng
khống chế các sự cố: Ngắn mạch, hở mạch đầu
ra.
2. Buck converter
Ví dụ áp dụng
 Thiết kế và tính toán BBĐ băm xung nối tiếp sử
dụng BJTnhư trong hình với các tham số:
– Điện áp vào 10 V.
–
Tần
số
là
việc
1
kHz
Power switching converters Basic switching converter topologies 24
–
Tần
số
là
việc
1
kHz
– Điện áp trên tải 5 V với độ nhấp nhô điện áp cực
đại là 20 mV và nhấp nhô dòng điện cực đại của
dòng điện trên cuộn kháng là 0.2 A.
– Hãy xác định: (a) D, (b) điện cảm, (c) tụ điện, và
(d) tụ ở đầu ra nếu tần số tăng lên 10 kHz.
Buck converter
Bài giải

a
s
5
V
D = = = 0.5 .
10
V
s
s
(1 - D) 0.5(10)(0.5)
DV
L = = = 0.0125 H = 12.5 mH .
I 1000(0.2)
f
∆
Power switching converters Basic switching converter topologies 25
s
2 2
a
s
D(1 - D) 10(0.5)(0.5)
V
C = = = 1250 F .
8 L 8(1000 0.0125(0.02)
f )
V
µ
∆
0.5(10)(0.5)
L = = 0.00125 H .

10000(0.2)
2
10(0.5)(0.5)
C = = 125 F .
8(10000 0.00125(0.02)
)
µ