Bộ biến đổi cộng hưởng LLC ba pha xen kẽ với kỹ thuật cân bằng dòng lượng giác TCB

Trong bài viết này, mô hình cộng hưởng LLC xen kẽ ba pha kết nối hình sao dây quấn sơ cấp các biến áp kết hợp với kỹ thuật cân bằng dòng lượng giác TCB cho thấy khả năng cân bằng dòng cộng hưởng giữa các pha được cải thiện đáng kể, khắc phục được nhược điểm sự bất đối xứng do sai số linh kiện giữa các khối cộng hưởng. Do đó, độ đập mạch dòng điện đẩu ra giảm đáng kể cho phép giảm kích thước tụ lọc đầu ra, giảm tổn hao công suất và phân bố nhiệt tốt hơn.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 BỘ BIẾN ĐỔI CỘNG HƯỞNG LLC BA PHA XEN KẼ VỚI KỸ THUẬT CÂN BẰNG DÒNG LƯỢNG GIÁC TCB Hồng Trung Thơng Trường Đại học Thủy lợi, email: thonght@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Trong thời gian gần đây, biến đổi cộng hưởng LLC, đặc biệt với dạng bán cầu, ứng dụng rộng rãi cho hình TV, máy tính nhỏ, nơi u cầu cao hiệu suất, mật độ công suất việc đáp ứng theo chuẩn EMC nguồn cấp chuyển mạch tần số cao (SMPS) Dịng điện chỉnh lưu hình sin bơm vào tụ đầu giảm nhẹ sử dụng nhiều nhánh nối song song giải pháp hạ áp xen pha điều chỉnh điện áp Cấu hình trình bày báo [1]-[3] cho nhánh hoạt động lệch pha góc 90 độ Một nhược điểm giải pháp cân dòng điện không đối xứng linh kiện cộng hưởng nhánh Để khắc phục nhược điểm trên, cấu hình ba pha biến đổi cộng hưởng LLC với cuộn dây sơ cấp biến áp nhánh nối hình khắc phục cân dòng điện Sơ đồ pha LLC đặc tính biến đổi cơng hưởng nhiều pha trình bày tóm tắt mục Mục trình bày kết thiết kế điều khiển dùng kỹ thuật cân hình học lượng giác dịng điện nhánh (Trigonometic Current Balancing: TCB) kết qủa mô mục cho thấy độ ổn định điện áp đầu hiệu suất cao biến đổi vùng tải nhỏ BỘ BIẾN ĐỔI CỘNG HƯỞNG BA PHA XEN KẼ Sơ đồ mơ hình cộng hưởng LLC pha dạng bán cầu mô tả hình thơng số khảo sát liệt kê Bảng Bộ biến đổi LLC cho hoạt động với đầu vào 400V danh định từ tầng boost PFC Biến áp cách ly thiết kế tích hợp thành phần từ hóa gồm điện cảm công hưởng (LR) nối tiếp điện cảm shunt (LM) cuộn cảm sơ cấp Do đó, khơng cần thêm cuộn cảm cộng hưởng bên Cuộn dây thứ cấp biến áp cấu hình dạng center-tap, nối với diode chỉnh lưu Schottky đẩu nhằm giảm tổn hao công suất Dung lượng tụ lọc đầu chọn lớn để dễ giảm bớt độ đập mạch điện áp đầu Dịng điện đầu hình sin sau chỉnh lưu có biên độ đập mạch đỉnh-đỉnh lớn Hình Sơ đồ biến đổi cộng hưởng LLC pha Bảng Các tham số biến đổi cộng hưởng LLC Điện áp đầu vào Vdc Nominal Điện áp Công suất tải đầu Tần số cộng hưởng Tần số làm việc lớn Tỷ số máy biến áp Tụ điện Cr Điện cảm Lr Điện cảm từ hóa Lm Tụ lọc đầu 291 Vdc = 320  420V 400V Vout = 48V Pout = 3600W fr = 200kHz fMAX = 230kHz N = 4.1 Cr = 70.32nF Lr = 9.01uH Lm = 3.92uH Cout = 10000uF Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 Bộ biến đổi cộng hưởng LLC có đập mạch điện áp tụ lọc đầu lớn dòng điện trước chỉnh lưu qua cuộn dây thứ cấp biến áp Để giảm bớt dung lượng tụ điện và/hoặc độ đập mạch điện áp đầu trạng thái ổn định, giải pháp xen kẽ pha tiếp cận Các biến đổi công hưởng nối song song nhánh để cấp nguồn cho tải chia sẻ tụ lọc đầu có nhược điểm bất đối xứng linh kiện cộng hưởng nhánh Các nhánh làm việc tần số chuyển mạch điều khiển vòng điều chỉnh điện áp, bất đối xứng linh kiện công hưởng khiến cho ba pha xuất tỷ lệ biến đổi điện áp khác Hậu dịng điện tải khơng cung cấp cân từ pha chí dịng pha suy giảm không Trong sản xuất loạt, ta tránh bất đối xứng này, nên báo đề xuất cấu hình ba pha với cuộn dây sơ cấp biến áp nối hình hình Với cấu hình này, khả cân tốt dòng điện cộng hưởng tốt điều chỉnh điện áp điểm nơi hình Hình Bộ cộng hưởng ba pha xen kẽ với cn sơ cấp biến áp nơi kiểu hình THIẾT KẾ BỘ CÂN BẰNG DÒNG ĐIỆN LƯỢNG GIÁC (TCB) Như nêu phần trên, dịng điện khơng cân pha làm độ đập mạch dòng điện đầu cao hơn, tổn hao pha không hậu nhiệt độ mạch cao hơn, giá trị đỉnh điện áp dòng điện cao tổn hao dẫn cao Ngun nhân khơng cân dòng điện pha sai số phần tử Cr, Lr, Lm khối cộng hưởng LLC Trong phần trình bày sở toán học để phát triển kỹ thuật TCB cho mạch không cần Dựa định luật cosin, mối quan hệ góc chiều dài cạnh tam giác sử dụng cho véc tơ dòng điện mạch LLC ba pha Nếu góc vector dịng điện xác 120 độ, dòng điện pha cân Trong trường hợp mạch khơng cân bằng, ta điều khiển hai biến biên độ góc pha điện áp đầu vào chuyển mạch van MOSFET Biên độ điện áp đầu vào thay đổi cách điều chế độ rộng xung PWM góc pha điều khiển cách dịch pha điện áp đầu vào pha Các vector dòng điện không cân với vector điện áp đầu vào dịch pha góc 120 độ Ý tưởng để xác góc vector dịng điện khơng cân bằng cách thay đổi góc vector điện áp đầu vào góc vector dịng tiến tới 120 độ Hình Hình Kỹ thuật cân : dịch pha điện áp đầu vào để đưa góc pha dịng điện 120 độ nhằm cân dòng điện pha 292 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Kết mô cho thấy điện áp đầu đạt trạng thái xác lập nhanh (sau 0.02s) sau hệ thống bắt đầu bật với độ điện áp 2.5V (độ điều chỉnh = 5%) độ đập mạch dòng điện 0.1A cho tải thay đổi từ 100% xuống 50% tải độ điện áp 0.4V, ổn định sau 0.01s 13O b) Không sử dụng phương pháp TCB Hình Dạng dịng điện pha trước sử dụng TCB sau sử dụng TCB KẾT LUẬN t(s) Hình Mơ hình mơ Matlab/Simulink thay đổi tải đột ngột từ 100% tải xuống 50% tải Hình thể kết mô đáp ứng TCB với giả thiết mạch khơng đối xứng có tụ cộng hưởng Cr3 gấp 1.1 lần tụ Cr1 Cr2 Dòng điện pha lệch từ 8% xuống 1% nhờ TCB Bảng Dịng điện trung bình pha cộng hưởng Khơng sử dụng TCB Sử dụng TCB Pha Pha Pha Pha Pha 15A 12.5A 11.5A 12A 8A 12A Pha Trong báo này, mơ hình cộng hưởng LLC xen kẽ ba pha kết nối hình dây quấn sơ cấp biến áp kết hợp với kỹ thuật cân dòng lượng giác TCB cho thấy khả cân dòng cộng hưởng pha cải thiện đáng kể, khắc phục nhược điểm bất đối xứng sai số linh kiện khối cộng hưởng Do đó, độ đập mạch dòng điện đẩu giảm đáng kể cho phép giảm kích thước tụ lọc đầu ra, giảm tổn hao cơng suất phân bố nhiệt tốt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Krstíc, M.; Kanellakopoulos I.; Kokotovíc, : Nonlinear and Adaptive Control Design John Wiley & Sons, Inc., New York 1995 [2] M Gopinath, Bridgeless PFC Converter for Power Factor Correction, Research Scholar, Bharath University, Chenna, India [3] T Jin and K Smedley: “Multiphase LLC series resonant converter for microprocessor voltage regulation”, IEEE 41st Industry Applications Conference – IAS, Vol 5, 812 Oct 2006, pp 2136 2143 1O a) Sử dụng phương pháp TCB 293 ... 12A 8A 12A Pha Trong báo này, mơ hình cộng hưởng LLC xen kẽ ba pha kết nối hình dây quấn sơ cấp biến áp kết hợp với kỹ thuật cân dòng lượng giác TCB cho thấy khả cân dòng cộng hưởng pha cải thiện... hình ba pha với cuộn dây sơ cấp biến áp nối hình hình Với cấu hình này, khả cân tốt dòng điện cộng hưởng tốt điều chỉnh điện áp điểm nơi hình Hình Bộ cộng hưởng ba pha xen kẽ với cuôn sơ cấp biến. .. đối xứng có tụ cộng hưởng Cr3 gấp 1.1 lần tụ Cr1 Cr2 Dòng điện pha lệch từ 8% xuống 1% nhờ TCB Bảng Dịng điện trung bình pha cộng hưởng Không sử dụng TCB Sử dụng TCB Pha Pha Pha Pha Pha 15A 12.5A