Nghiên cứu thiết kế cấu trúc mạch tăng áp DC/DC trong bộ biến đổi nguồn điện Pin mặt trời

Bài viết Nghiên cứu thiết kế cấu trúc mạch tăng áp DC/DC trong bộ biến đổi nguồn điện Pin mặt trời trình bày kết quả thiết kế mô phỏng một cấu trúc bộ DC/DC mới ứng dụng trong bộ biến đổi nguồn điện Pin mặt trời.

Nghiên cứu khoa học công nghệ Nghiên cứu thiết kế cấu trúc mạch tăng áp DC/DC biến đổi nguồn điện Pin mặt trời Nguyễn Đức Minh1, Trịnh Trọng Chưởng2*, Đào Huy Du3 Viện Khoa học lượng - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam; Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội; Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên * Email: chuongtt@haui.edu.vn Nhận bài: 16/5/2022; Hoàn thiện: 10/6/2022; Chấp nhận đăng: 15/6/2022; Xuất bản: 28/6/2022 DOI: https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.80.2022.13-22 TÓM TẮT Bộ tăng áp DC/DC hệ Pin mặt trời thiết kế cần có điện áp vào phù hợp với điện áp Pin mặt trời (thường nằm phạm vi 24 V ÷ 40 V) Bộ biến đổi có hệ số biến đổi điện áp phù hợp với tải, kích thước nhỏ gọn, tỷ số biến đổi điện áp cao, hiệu suất mạch lớn Đồng thời, linh kiện DC/DC cần phổ biến để phù hợp cho công tác nhân rộng, phù hợp với việc nhiều Pin mặt trời có xuất xứ khác tích hợp đầu vào DC/DC Theo quan điểm đó, cấu trúc tăng áp DC/DC cần có nhiều đầu vào có điện áp khác theo dải phù hợp với điện áp Pin, tổn thất mạch cần giảm xuống mức tối thiểu, độ nhấp nhơ dịng điện qua cuộn cảm thấp, điện áp đầu cân bằng, ổn định Nếu giải vấn đề kỹ thuật nêu góp phần giải thách thức đặt tăng áp DC/DC nói chung cho nguồn điện Pin mặt trời nói riêng Bài báo trình bày kết thiết kế mơ cấu trúc DC/DC ứng dụng biến đổi nguồn điện Pin mặt trời Kết mô cho thấy: hiệu suất tăng áp DC/DC đạt đến 97,05% tần số đóng cắt 15 kHz Từ khố: Bộ biến đổi tăng áp DC/DC; Tần số đóng cắt fs; Hệ số chu kỳ D MỞ ĐẦU Bộ biến đổi nguồn điện Pin mặt trời gồm cấu trúc bản: biến đổi DC/DC biến đổi DC/AC [1] Trong thực tế, hiệu suất biến đổi DC/DC số mà phụ thuộc vào cơng suất truyền tải qua [2, 3] Hiệu suất biến đổi DC/DC thông thường đạt cực đại phạm vi 50%-60% công suất thiết kế giảm nhanh công suất qua nhỏ [4] Tuy nhiên, pin mặt trời, cơng suất khơng cố định, công suất đạt định mức khoảng thời gian gần trưa công suất đầu nhỏ vào lúc sáng chiều [5], thời gian công suất bé 40% đạt vài ngày, chưa kể đến tượng bóng che ngày nắng Như vậy, trường hợp này, công suất chạy qua DC/DC nhỏ (nhỏ 40%) nên hiệu suất biến đổi DC/DC thấp Vì vậy, việc thiết kế biến đổi DC/DC có hiệu suất cao cần thiết Nhiều tác giả đưa cấu trúc biến đổi DC/DC với hiệu suất cao [6-9] Hầu hết nghiên cứu nhằm giảm tổn thất chuyển đổi từ nâng cao hiệu suất chuyển đổi Hiệu suất phụ thuộc vào cơng suất qua Điều có nghĩa rằng, khoảng thời gian công suất đầu Pin mặt trời thấp hiệu suất chuyển đổi DC/DC thấp Nhiều nghiên cứu thiết kế chuyển đổi DC/DC áp dụng vào hệ thống điện mặt trời nhằm cải thiện hiệu suất hệ thệ thống điện mặt trời Trong [3] thiết kế chuyển đổi DC/DC cấu tạo từ nhiều chuyển đổi DC/DC có cơng suất nhỏ để tạo công suất đủ lớn số chuyển đổi DC/DC nhỏ ngừng làm việc suốt thời gian công suất đầu PV nhỏ Các chuyển đổi nhỏ nối song song đầu vào nối nối tiếp đầu nhằm đạt điện áp đầu mong muốn Kết cho thấy, chuyển đổi DC/DC làm việc tốt hiệu suất chuyển đổi DC/DC cải thiện giai đoạn Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 80, - 2022 13 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử cường độ xạ mặt trời thấp, Tuy nhiên, biến đổi có máy biến áp cách ly nên tổn thất cao, hiệu suất đạt tối đa 91,5% Ở pin mặt trời, công suất đầu không cố định, công suất đạt định mức khoảng thời gian gần trưa công suất đầu nhỏ vào lúc sáng chiều [5], thời gian công suất bé 40% đạt vài ngày, chưa kể đến tượng bóng che ngày nắng Như vậy, trường hợp này, công suất chạy qua biến đổi DC/DC nhỏ (nhỏ 40%) nên hiệu suất chuyển đổi DC/DC thấp phần lớn công suất bị tiêu hao chuyển đổi Vì vậy, việc thiết kế chuyển đổi DC/DC có hiệu suất cao cần thiết Trong phạm vi báo này, đề xuất thiết kế cấu trúc mạch tăng áp DC/DC Phần đầu báo, giới thiệu cấu trúc tổng thể biến biến đổi tăng áp DC/DC Phần kết mô đánh giá hiệu hoạt động mạch tăng áp DC/DC đề xuất cho thay đổi hệ số chu kỳ D, tần số đóng cắt fs tải thay đổi CẤU TRÚC MẠCH BOOST DC/DC 2.1 Đề xuất cấu trúc mạch DC/DC đề xuất Trong thực tế, công suất đầu pin mặt trời thay đổi tuỳ thuộc vào điều kiện thời tiết, công suất chuyển đổi thiết kế với công suất lớn pin Vì vậy, hiệu suất chuyển đổi số thời điểm, công suất nhỏ truyền qua nó, có giá trị khơng tốt Để cải thiện hiệu suất chuyển đổi DC/DC, ta cần phải thiết kế chuyển đổi để cải thiện hiệu suất hệ thống điện mặt trời Cấu trúc mạch DC/DC đề xuất cần đảm bảo mục tiêu: tỷ số điện áp cao, mức gợn sóng nhỏ, hiệu suất lớn làm việc ổn định Để đạt điều này, mạch DC/DC đề xuất thiết kế theo cấu trúc dạng xếp tầng (hình 1) D1 L1 D2 RHRG30120 - 30A D3 L2 D4 0.4mH - 10A DC36V_IN1 +36VDC GND1 D5 G1 C1 R32 G2 Z2 R11 D10 G D6 G2 DC_I36V_N2 GND2 OUT_DC C30 R10 G1 Z1 G C2 C31 GND_2 D7 L3 P1 D9 L4 D8 G1 G2 GND1 GND_2 Hình Cấu trúc mạch tăng áp DC/DC đề xuất Cấu trúc gồm tầng ghép song song với (nguồn dương nguồn âm) Mỗi tầng sử dụng 01 Mosfet, 06 diode để chỉnh lưu Hai điện trở Shunt R10 R11 dùng mạch để phản hồi tín hiệu dịng điện Khi có dịng điện I chạy qua trở Shunt tạo điện áp rơi 14 N Đ Minh, T T Chưởng, Đ H Du, “Nghiên cứu thiết kế cấu trúc mạch … điện Pin mặt trời.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Tín hiệu điện áp đưa để đo lường đại lượng dòng điện mạch Với cấu trúc sử dụng cơng nghệ chế tạo, dễ dàng tích hợp chuyển đổi vào pin hầu hết linh kiện có giá trị điện áp làm việc Về chất, mạch boost DC/DC nối tầng ghép song song với (tạo thuận lợi ghép nối tiếp nhiều Pin mặt trời có cấp điện áp khác nhau) Với cấu trúc hình 1, so sánh với cấu trúc mạch DC/DC truyền thống nhận thấy: cấu trúc có 04 cuộn dây, tầng gồm 02 cuộn dây, 02 tụ điện đầu ra, 04 diode, tầng có 01 mosfet Như vậy, hoạt động mạch chia làm hai pha: pha thứ đầu vào hai mạch hoạt động song song để chia dòng điện cấp cho cuộn cảm, pha thứ hai đưa điện áp tải ghép nối tiếp nên đưa điện áp lớn tải Trong thời gian TON = DTsw, G1 trạng thái dẫn sơ đồ tương đương thể hình Ở chế độ này, H1 H2 mắc nối tiếp với D1 D3 song song với Ở chế độ G1 mở, L1 L2 mắc nối tiếp qua D2 phóng lượng qua D4 để nạp điện cho tụ C1 tải Trong trường hợp này, dòng điện qua cuộn dây L2, qua D2, qua cuộn L1 qua tụ C1 Khi UC1 = Uin + UH2 + UH2 Như vậy, thấy D1 = 0,5 UC1 = 3U Khi D2 mở ra, UC2 = Uin + UH3 + UH4 D = 0,5 UC2 = 3U Nói cách khác, mạch tăng áp DC/DC đề xuất có mức tăng áp đến lần D = 0,5 Đây mức tăng áp tốt đối chiếu với số mạch tăng áp nghiên cứu đề xuất thời gian gần [1, 2] Mạch cải tiến hai tượng tụ C bị phát nóng mạch truyền thống bị nạp cuộn dây Điều quan trọng D1 D2 độc lập tạo nên điện áp cân cho UC1 UC2 mà mạch truyền thống không thực 2.2 Xác định tỷ số biến đổi điện áp tổn thất công suất mạch DC/DC Tổn thất công suất thành phần chuyển đổi tăng áp chia thành: tổn thất dẫn, tổn thất động tổn thất cố định Tổn thất dẫn phụ thuộc trực tiếp vào tải, phụ thuộc tần số chuyển mạch Tổn thất cố định không phụ thuộc tần số chuyển mạch tải, bao gồm dịng điện cung cấp cho điều khiển cơng suất dòng rò Mosfet, diode tụ điện, tổn thất thường so với tổn thất dẫn tổn thất động, nên bỏ qua Khóa bán dẫn thành phần gây tổn thất động chuyển đổi Trong trình chuyển đổi, tổn thất cơng suất xảy khóa bán dẫn với giá trị lớn Mặc dù thời gian chuyển mạch khóa bán dẫn ngắn tổn thất trung bình đáng kể Tổn thất động phụ thuộc vào cơng suất tải, phụ thuộc trực tiếp vào tần số chuyển mạch Tổn thất dẫn chủ yếu điện trở nội linh kiện sụt áp chúng Trong tăng áp điển hình, điện trở nội tụ điện ký sinh gây tổn thất dẫn tổn thất chuyển mạch Tổn thất cuối phức tạp tổn thất động gây đặc tính chuyển mạch chuyển đổi Những tổn thất gây Mosfet, diode lõi Ferrit cuộn cảm Vì tính xác đơn giản, tổn thất lõi Ferit (Pcore) dựa theo liệu nhà sản xuất Tổn thất động chủ yếu gây Mosfet diode Trong q trình chuyển mạch khóa bán dẫn khơng lý tưởng, điện áp dịng điện tồn Mosfet khoảng thời gian ngắn Tuy nhiên, tần số chuyển mạch tăng, tổn thất công suất mạch tăng lên Do hai kênh dương kênh âm mạch có tính chất tương tự nhau, phần này, báo trình bày phương pháp xác định tỷ số điện áp tổn thất kênh (giải thiết chọn kênh dương) Để mạch làm việc đạt hiệu cao nhất, chọn L1 = L2 Điều kiện để dòng điện Iin hay Iout ổn định là: 2iLD (t) + iL1− D (t ) = (1) Suy ra: Vin V − Vout DT + in (1 − D ) T = L L (2) Hay: Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 80, - 2022 15 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 2Vin D + (Vin − Vout )(1 − D ) = (3) Từ có phương trình: 2Vin D + (V − V ) = (1 − D ) in out (4) Suy ra: Vout = 2Vin D + Vin (1 − D ) (1 − D ) = Vin 1+ D 1− D (5) Như vậy, điện áp mạch là: 1+ D (6) 1− D Trong trường hợp đơn giản, D = 0,5 Vout = 6.Vin (điện áp đầu cao gấp lần điện áp 2Vin (1 + D ) V > in Điều có nghĩa là, điện áp cấu đầu vào) Thực tế: < D < 1, đó, (1 − D ) − D trúc mạch DC/DC đề xuất có mức tăng áp cao mạch truyền thống Tổn thất cuộn dây chủ yếu tổn thất Joule, xác định tổn thất mạch nguồn dương nguồn âm: (+) (−) Vout = Vout + Vout = 2Vin I  ∆PL = ∆PLD + ∆PL1− D = RL  in  D + RL I in2 (1 − D )   D 3D    = RL I in2  − D +  = RL I in2  −  2    (7) Khi đó, tỷ số biến áp là: 1+ D 1+ D ⇒ I in = I o 1− D 1− D Từ phương trình (7) (8) có được: Vo = Vin (8)  + D   − 3D  (9) ∆PL = RL I o2     1− D    Tổn thất diode cấu hình mạch đề xuất xác định phương trình (10): 2 I  I  ∆PD = ∆PDD + ∆PD1− D = RD1  in  D + RD  in  D +     2 + RD I in (1 − D ) + RD I in (1 − D ) (10) Nếu chọn RD1 = RD2 = RD3 = RD4  D D   ∆PD = RD I in2  +  + (1 − D )  = RD I in2 ( D + − D ) = RD I in2 ( − D )  2   Từ phương trình (10) (11) xác định tổng tổn thất diode là: (11) 1+ D  ∆PD = RD I o2   (2 − D) 1− D  Tổn thất khóa đóng cắt xác định phương trình (13): 16 (12) N Đ Minh, T T Chưởng, Đ H Du, “Nghiên cứu thiết kế cấu trúc mạch … điện Pin mặt trời.” Nghiên cứu khoa học công nghệ ∆PS = ∆PSD + ∆PS1− D = RS I in2 D + = RS I in2 D (13) Từ phương trình (8) (13) xác định được: 1+ D  (14) ∆PS = RS I o2   D 1− D  Vậy tổng tổn thất mạch tổng tổn thất cuộn dây, diode khóa đóng cắt: ∆PΣ = ∆PL + ∆PD + ∆PS (15) Từ phương trình (13), (14), (15) có được:  + D   − 3D  ∆PΣ = I  + RD ( − D ) + RS D    RL 1− D    o (16) Mạch phía nguồn âm tương tự có tổn thất, nên tổn thất toàn mạch là: ∆Ptoan mach = 2∆PΣ Hay:  + D   − 3D  ∆Ptoan mach = I o2  + RD ( − D ) + RS D    RL − D     1+ D  =I    RL ( − 3D ) + RD ( − D ) + RS D  1− D  (17) o Do đó, hiệu suất mạch xác định bởi: η= Pout P − ∆Ptoanmach 100% = in 100% Pin Pin (18) Như vậy, hiệu suất chuyển đổi phụ thuộc vào cơng suất Pin qua Thơng thường, hiệu suất chuyển đổi DC/DC đạt giá trị lớn cơng suất truyền qua có giá trị công suất thiết kế Khi công suất truyền qua chuyển đổi nhỏ nhiều so với công suất định mức hiệu suất chuyển đổi suy giảm đáng kể Để kiểm chứng hiệu mạch tăng áp DC/DC đề xuất, phần báo tiến hành mô phân tích hiệu DC/DC đề xuất theo hệ số chu kỳ, tần số đóng cắt mạch phụ tải MÔ PHỎNG, ĐÁNH GIÁ CẤU TRÚC BỘ TĂNG ÁP DC/DC ĐỀ XUẤT Mơ hình mơ mạch DC/DC thực phần mềm Matlab cho hình với giả thiết có 02 Pin mặt trời làm nguồn cấp đầu vào mắc nối tiếp Kết mơ đặc tính PV matrix từ thư viện xây dựng Matlab&Simulink áp dụng cho pin mặt trời có thơng số kỹ thuật sau: Công suất cực đại Pmax = 320,5 W; Điện áp hở mạch VOC = 45,1 V; Dòng điện ngắn mạch ISC = 9,22 A; Điện áp công suất cực đại Vmp = 37 V; Dịng điện cơng suất cực đại Imp = 8,65 A Nếu xem xét cường độ xạ mặt trời lên Pin khoảng thời gian xem xét, với giá trị 1000 W/m2 Trong hình kết biểu diễn dạng sóng điện áp đầu vào, đầu hiệu suất mạch thiết kế ứng với trường hợp D = 0,6; f = 15 kHz tải 160 Ω Các tham số mơ hình dùng để mô sau: điện cảm L = mH; tụ điện 100 µF; mạch đóng ngắt cơng suất sử dụng van bán dẫn công suất IGBT Tần số điều chế lựa chọn 15 kHz đến 40 kHz, điện trở tải thay đổi từ 80 Ω đến 230 Ω Hình (cũng điện áp hai Pin nối tiếp) đặc tính điện áp phản ánh với giá trị điện áp đặt vào mạch DC/DC Giá trị điện áp phía tải biểu diễn hình gần đạt giá trị lý thuyết (426V), cụ thể giá trị điện áp đầu đạt mức 422,1 V, có chênh lệch có tổn thất điện áp linh kiện, phần tử Có thể thấy: dạng sóng điện áp có chất lượng tốt tần số đóng cắt mức cao Kết mô trường hợp cho thấy: mạch làm việc ổn định, hiệu suất mạch đạt giá trị Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 80, - 2022 17 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử tối đa 97,05% Nếu giảm tần số đóng cắt, hiệu suất mạch tăng thêm ngược lại dạng sóng có chất lượng xấu Hình Thơng số kỹ thuật Pin mặt trời Hình Đáp ứng điện áp phía tải hiệu suất mạch Trong hình đáp ứng điện áp hiệu suất mạch có bóng che khơng đồng đều, Pin bị che khuất giữ nguyên công suất tải, giá trị độ rộng xung tần số đóng cắt Qua đáp ứng điện áp thấy rằng, bị che khuất Pin có lượng cơng suất phát định tồn giá trị điện áp, dẫn đến điện áp đầu vào có giá trị khoảng 41 V (so với điện áp không bị che khuất 37 V) Điện áp mạch giảm 260 V Hiệu suất mạch lúc giảm xuống khơng cịn cung cấp đầy đủ lượng ban đầu (hình 5) Hình Điện áp đầu vào đáp ứng điện áp mạch Pin bị che khuất Dễ thấy, so với trường hợp xạ đồng đều, điện áp đầu Pin mặt trời có tượng bị dao động nhỏ mặt biên độ điện áp xạ bị thay đổi, nhiên, trình xảy 18 N Đ Minh, T T Chưởng, Đ H Du, “Nghiên cứu thiết kế cấu trúc mạch … điện Pin mặt trời.” Nghiên cứu khoa học công nghệ thời gian ngắn khôi phục trở lại nhanh chóng sau 0,05 s Hiệu suất mạch bị giảm tương ứng, lúc nguồn cấp bị thiếu hụt, công suất tải không thay đổi Khi đó, mạch vận hành bị "quá tải" dẫn đến tượng phát nóng hiệu suất suy giảm (hình 5), thời gian để ổn định điện áp công suất đầu lâu (khoảng 0,06 s ÷ 0,07 s) Trong hình đến hình 10 biểu diễn hiệu suất cấu hình đề xuất với điện áp đầu vào Vin = 72 V, hệ số D = 0.55 cho thay đổi tần số đóng cắt mạch Hiệu suất đo mức tải khác tần số chuyển mạch khác Hiệu suất mô cao biến đổi đổi 97,05% tần số chuyển mạch f = 15 kHz Ở tần số đóng cắt cao hơn, hiệu suất mạch tăng áp giảm dần tổn thất đóng cắt tăng hiệu ứng Joule Hình Đáp ứng hiệu suất mạch Pin bị che khuất 100 100 f = 15kHz Hiệu suất, % Hiệu suất,% 95 90 85 80 70 120 170 95 90 85 80 220 70 Điện trở tải, Ôm Hình Quan hệ hiệu suất điện trở tải tần số đóng cắt 15 kHz 100 170 220 Điện trở tải, Ôm 270 f = 30 kHz 95 95 Hiệu suất, % Hiệu suất, % 120 Hình Quan hệ hiệu suất điện trở tải tần số đóng cắt 20 kHz f=25 kHz 100 f = 20 kHz 90 85 90 85 80 75 80 70 120 170 220 70 270 70 Điện trở tải, Ơm Hình Quan hệ hiệu suất điện trở tải tần số đóng cắt 25 kHz 120 170 Điện trở tải, Ôm 220 270 Hình Quan hệ hiệu suất mạch điện trở tải tần số đóng cắt 30 kHz Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 80, - 2022 19 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử Hiệu suất, % 90 f = 40 kHz 85 80 75 70 50 100 150 Điện trở tải, Ôm 200 250 Hình 10 Quan hệ hiệu suất mạch điện trở tải tần số đóng cắt 40 kHz Với tần số chuyển mạch f = 15 kHz, điện áp đầu vào Vin = 72 V, hiệu suất mơ tính theo mức tải khác hệ số chu kỳ (D) khác thể hình 11 đến hình 13 Hiệu suất cao qua kết mô 97,05% hệ số D = 0.35 Giá trị hiệu suất giảm chế tạo thực nghiệm tồn tổn thất lượng linh kiện, đặc biệt điện trở nối tiếp tụ điện ESR mà phần mềm mô mô tả xác (khơng có thiết bị hỗ trợ nên khơng xác định xác điện trở nối tiếp tụ điện ESR) Tuy nhiên, D thấp chất lượng sóng điện áp đầu chuyển đổi có chiều hướng "xấu hơn" D tăng 100 95 D = 0,35 95 90 90 85 Hiệu suất, % Hiệu suất, % D = 0,5 80 75 70 85 80 75 65 60 50 100 150 200 70 250 50 100 Điện trở tải, Ôm 150 200 250 Điện trở tải, Ơm Hình 11 Quan hệ hiệu suất điện trở tải D = 0,35 Hình 12 Quan hệ hiệu suất điện trở tải D = 0,5 D = 0,7 88 86 Hiệu suất, % 84 82 80 78 76 74 50 100 150 Điện trở tải, W 200 250 Hình 13 Quan hệ hiệu suất điện trở tải D = 0,7 Để tăng hiệu suất mạch chuyển đổi mạch vấn đề quan trọng phải giảm tổn thất mạch Qua hai trường hợp mô điển hình cho thấy, cấu trúc đề xuất thể 20 N Đ Minh, T T Chưởng, Đ H Du, “Nghiên cứu thiết kế cấu trúc mạch … điện Pin mặt trời.” Nghiên cứu khoa học công nghệ số ưu điểm bật thông qua mô sau: - Tỷ số biến đổi điện áp lớn Kết khơng có ý nghĩa ứng dụng hệ thống nguồn Pin mặt trời mà có ý nghĩa nhiều hệ lượng khác cần điện áp cao cấp cho tải mạch sạc đa năng; - Cấu trúc mạch giải vấn đề cân điện áp đầu ra, cần thiết kế ổn định điện áp (bổ sung) Bộ điều khiển điện áp hoàn toàn dễ dàng thực mô thực nghiệm, nhiên, nội dung chủ yếu nên báo khơng sâu trình bày vấn đề này; Mạch có cấu trúc hai tầng kênh, nên phù hợp với hầu hết cấu trúc nghịch lưu đa bậc hình T có kết nối với nghịch lưu DC/AC phía sau Ngồi ra, hai tầng kênh cho phép đấu nối với Pin có xuất xứ khác (điện áp Pin khác nhau), nên thuận tiện trình thay thế, bảo dưỡng, ; Hiệu suất cao mạch đạt đến 97,05% Đây xem mạch có hiệu suất cao so với nghiên cứu công bố thời gian gần [10, 11] Tuy nhiên, chế độ vận hành khác cho giá trị hiệu suất khác KẾT LUẬN Hiệu suất mạch tăng áp DC/DC phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như: cấu hình; thiết bị điện tử công suất; phương pháp điều khiển; kỹ thuật bám điểm công suất cực đại; điều kiện môi trường; công suất truyền tải qua biến đổi; Để thiết kế biến đổi theo mục tiêu có hiệu suất cao, tỷ số biến áp lớn, phải có cách để giảm thiểu loại bỏ tổn thất chuyển mạch Với tăng áp DC/DC, cấu trúc không hợp lý, hiệu suất bị hạn chế hệ thống có thêm khâu chỉnh lưu cơng suất diode ngăn chặn dòng điện xâm nhập ngược lại nguồn chỉnh lưu nguồn từ Boost DC/DC Đặc biệt hệ thống có dịng điện lớn, tổn thất hai diode đáng kể dẫn tới suy giảm hiệu suất toàn hệ thống Bài báo trình bày kết thiết kế, mơ cấu hình tăng áp DC/DC có hệ số tăng áp cao cấu hình thơng thường Cấu trúc mạch có mức tổn thất nhỏ, tỷ số biến đổi điện áp cao Kết mô cho thấy: cấu trúc mạch boost DC/DC đề xuất cải thiện hiệu suất, nâng cao hiệu làm việc biến đổi Đóng góp báo phát triển cấu hình biến đổi xếp tầng phân chia cơng suất đầu vào cấp cho cuộn cảm, điều thực có ý nghĩa việc giảm tổn hao, nâng cao tỷ số biến đổi điện áp tiêu chất lượng điện cải thiện Để tăng hiệu suất biến đổi mạch kỹ thuật quan trọng phải giảm tổn thất mạch, tổn thất phụ thuộc đặc tính V-A, đặc tính phi tuyến, nhiên, q trình mơ thực cài đặt Matlab/simulink Với tổn thất cuộn cảm, để đánh giá tổn thất cần có phần mềm chuyên dụng Trong nghiên cứu tiếp theo, khai thác sâu đánh giá hiệu suất mạch thông qua thực nghiệm thể qua thông số đo lường trực tiếp để kiểm chứng ưu điểm cấu trúc đề xuất TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TANG Binwei, YUAN Tiejiang, CHAO Qin, TUERXUN Yibulayin, “Simulation Models for Photovoltaic and Grid-Connected Simulation Based on PSCAD” China Academic Journal Electronic Publish House No21, 31-35, (2012) [2] M Z Shams El-Dein et al., “Optimal Photovoltaic Array Reconfiguration to Reduce Partial Shading Losses”, EEE Trans on Sustainable Energy, Vol: 4, Issue: 1, 145 – 153, (2013) [3] M Z Shams El-Dein et al, “Novel Configurations for Photovoltaic Farms to Reduce Partial Shading Losses”, 978-1-4577-1002-5/11, (2011) [4] Yaw-Juen Wang and Po-Chun Hsu, “An investigation on partial shading of PV modules with different connection configurations of PV cells”, Energy 36, 3069-3078, (2011) Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 80, - 2022 21 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử [5] H V Bui, V A Truong, T H Quach, “Optimizing the maximum power generation point of PV cells under shading conditions”, Journal of Science and Technology Development, 3(1), 326-338, (2020) [6] X T Luong, V H Bui, D T Do, T H Quach and V A Truong, “An Improvement of Maximum Power Point Tracking Algorithm Based on Particle Swarm Optimization Method for Photovoltaic System”, 2020 5th International Conference on Green Technology and Sustainable Development, HCM City, Vietnam, pp 53-58, doi: 10.1109/GTSD50082.2020.9303110, (2020) [7] BAO Cun-hui, “Modeling and MPPT of photovoltaic power generation system” China Academic Journal Electronic Publish House 2014.5(38), No5, 851- 854, (2014) [8] Rauschenbach H S, Solar cell array design handbook.USA: Litton Educational Publishing Inc, (1980) [9] M.B Eteiba, E.T El Shenawy, “A Photovoltaic (Cell, Module, Array) Simulation and Monitoring Model using MATLAB/GUI Interface” International Journal of Computer Applications (0975 – 8887) Volume 69– No.6, 14-28, (2013) [10] Lê Thị Minh Châu, Trần Anh Tuấn, Trịnh Tuấn Anh, Lê Đức Tùng, Dương Minh Quân, “Nghiên cứu thiết kế tăng áp DC/DC ứng dụng cho hệ thống pin lượng mặt trời” JST: Engineering and Technology for Sustainable Development Volume 31, Issue 3, 083-088, (2021) [11] Nguyễn Thị Bích Hậu, “Nghiên cứu cấu hình tối ưu cho hệ thống lượng mặt trời hịa lưới” Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thực phẩm 20 (4), 53-65, (2020) ABSTRACT Researching and designing the structure of Step-Up DC–DC Converters in solar cell power source converter Step-Up DC–DC Converters in the solar cell system is designed to have consistent input voltage with the output voltage of the solar panel (usually in the range 24V-40V) This converter has a variation coefficient of voltage suitable for the load, compact size, high voltage variation ratio, large circuit efficiency At the same time, DC/DC components need to be common to suit replication, suitable for many different origin solar panels integrated into the DC/DC unit input In that view, the structure of Step-Up DC–DC Converters needs to have multiple inputs that may have different voltages in the range consistent the output voltage of the battery plate, the loss in the circuit should be reduced to a minimum, the undulating current through the inductor is low, the output voltage is balanced, stable If the above technical problems can be solved, they will also contribute to solving the challenges posed for Step-Up DC–DC Converters in general and for solar cell power sources in particular This paper presents the results of the design and test manufacturing of structure of a new Step-Up DC–DC Converters applied in the solar cell power source converter Simulation results show: DC/DC booster efficiency reaches 95.07% Keywords: Step-Up DC–DC Converters; fs switching frequency; D duty cycle 22 N Đ Minh, T T Chưởng, Đ H Du, “Nghiên cứu thiết kế cấu trúc mạch … điện Pin mặt trời.” ... xuất thiết kế cấu trúc mạch tăng áp DC/DC Phần đầu báo, giới thiệu cấu trúc tổng thể biến biến đổi tăng áp DC/DC Phần kết mô đánh giá hiệu hoạt động mạch tăng áp DC/DC đề xuất cho thay đổi hệ... kết thiết kế, mơ cấu hình tăng áp DC/DC có hệ số tăng áp cao cấu hình thơng thường Cấu trúc mạch có mức tổn thất nhỏ, tỷ số biến đổi điện áp cao Kết mô cho thấy: cấu trúc mạch boost DC/DC đề xuất... dịng điện Khi có dịng điện I chạy qua trở Shunt tạo điện áp rơi 14 N Đ Minh, T T Chưởng, Đ H Du, ? ?Nghiên cứu thiết kế cấu trúc mạch … điện Pin mặt trời. ” Nghiên cứu khoa học công nghệ Tín hiệu điện