Thiết kế bộ biến đổi các nguồn năng lượng mới

LỜI NÓI ĐẦU Trong lĩnh vực kỹ thuật đại ngày nay, việc chế tạo chuyển đổi nguồn có chất lượng điện áp cao, kích thước nhỏ gọn cho thiết bị sử dụng điện cần thiết Quá trình xử lý biến đổi điện áp chiều thành điện áp chiều khác gọi trình biến đổi DC-DC Một nâng điện áp biến đổi DC-DC có điện áp đầu lớn điện áp đầu vào, thường sử dụng hệ thống lượng tái tạo hệ thống quang điện, hệ thống pin nhiên liệu, để tăng điện áp đầu hệ thống lên mức yêu cầu phù hợp Bộ biến đổi DC-DC hay sử dụng mạch chiều trung gian thiết bị biến đổi điện công suất vừa đặc biệt hệ thống phát điện sử dụng lượng tái tạo (sức gió, mặt trời) Các biến đổi DC-DC hệ thống lượng lưu trữ giúp cho hệ thống lượng tái taọ khắc phục hạn chế Cấu trúc mạch biến đổi vốn không phức tạp vấn đề điều khiển nhằm đạt hiệu suất biến đổi cao đảm bảo ổn định mục tiêu cơng trình nghiên cứu Vì em môn giao cho đề tài tốt nghiệp “ Nghiên cứu biến DC-DC bidrectional hệ thống lượng tái tạo” Đồ án gồm có chương : Chương : Tổng quan hệ thống lượng tái tạo Chương : Nghiên cứu biến đổi DC-DC Chương : Tổng hợp điều khiển cho biến đổi DC-DC bidrectional Trong trình nghiên cứu, với giúp đỡ thầy giáo, cô giáo Bộ môn, với nỗ lực thân em hoàn thành đồ án Sinh viên Hoàng Anh Sơn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Sơ đồ khối chung trình bày điện tử công suất kết hợp với hệ thống DE (distributed energy) trình bày hình 1.1 Các giao diện điện tử công suất cho phép nguồn điện từ hệ thống phân phối lượng biến đổi thành nguồn luợng có yêu cầu điện áp tần số Đối với hệ thống dự trữ , luợng chảy theo hai chiều nguồn dự trữ lưới Hình 1.1 minh họa hệ thống phân phối lượng bao gồm có bốn modul giao diện điện tử cơng suất Nó bao gồm modul biến đổi nguồn đầu vào, modul nghịch lưu, modul đầu modul điều khiển Đường mũi tên chiều thể lượng chảy theo chiều đường mũi tên hai chiều cho thấy lượng chảy theo hai chiều Việc thiết kế modul biến đổi nguồn đầu vào phụ thuộc vào đặc tính nguồn lượng ứng dụng dự trữ lượng Hệ thống phân phối lượng có đầu xoay chiều thường có tần số thay đổi hệ thống lượng sức gió, tuabin, hệ thống dự trữ bánh đà cần thiết phải có biến đổi AC-DC Đối với hệ thống có đầu DC hệ thống quang điện, pin nhiên liệu, ắc quy cần thiết phải có biến đổi DC-DC để chuyển đổi điện áp DC thành điện áp phù hợp Modul nghịch lưu DC-AC modul chung để chuyển đổi điện áp chiều DC thành điện áp AC phù hợp với lưới nguon nang luong modul AC-DC hoac DC-DC modul DC-AC modul dau luoi PV, gio, tua bin ,pin nhien lieu he thong du tru ac quy , banh da PCC tai Modul dieu khien Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống điện tử cơng suất điển hình 1.2 HỆ THỐNG QUANG ĐIỆN 1.2.1 khái quát chung Công nghệ quang điện liên quan đến việc chuyển đổi trực tiếp lượng mặt trời thành luợng điên phuơng pháp tế bào luợng mặt trời tế bào luợng mặt trời thường sản xuất thiết bị bán dẫn silicon tinh thể hấp thụ ánh sáng mặt trời tạo điện thơng qua q trình hiệu ứng quang điện hiệu tế bào lượng mặt trời xác định khả chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành lượng điện sử dụng thường khoảng 10-15% Do đó, để sản xuất số lượng đáng kể lượng điện, tế bào lượng mặt trời phải có diện tích bề mặt lớn Các tế bào lượng mặt trời thường sản xuất riêng lẻ kết hợp với thành modul bao gồm từ 36 tới 72 tế bào, tuỳ thuộc vào điện áp dòng điện đầu modul Các modul khác kích thước nhà sản xuất , thường từ 0,5 đến 1m2 tạo khoảng 100W/m2 lượng điều kiện tối đa cho modul với hiệu suất khoảng 10% Ngoài modul đuợc nhóm lại với với khối lượng cấu hình khác (đuợc nói rõ phần sau) để tạo thành mảng có đặc tính dòng điện điện áp đặc trưng Phân biệt modul mảng quan trọng xem xét giao diện điện tử cơng suất Hình 1.2 trình bày PV (Photovoltaic) điển hình cấu thành mảng Đối với hệ thống PV(Photovoltaic) điện áp DC đầu số có độ lớn phụ thuộc vào cấu hình mà tế bào lượng mặt trời/modul kết nối mặt khác , dòng điện đầu hệ thống PV chủ yếu phụ thuộc vào xạ lượng mặt trời sẵn có.u cầu giao diện điện tử công suất việc chuyển đổi điện áp DC tạo thành điện áp AC thích hợp cho hộ tiêu thụ kết nối đa năng.Thông thường độ lớn điện áp DC mảng PV yêu cầu phải tăng lên đến giá trị cao cách sử dụng biến đổi DC-DC trước chuyển đổi thành AC thích hợp nghịch lưu DC-AC lúc sử dụng để chuyển đổi thành điện áp 60Hz AC Quá trình điều khiển điện áp dòng điện đầu mảng phải tối ưu hoá dựa điều kiện thời tiết Các thuật tốn điều khiển chun mơn hố gọi điểm giám sát công suất lớn nhất(MPPT) để liên tục tách số lượng tối đa công suất từ mảng điều kiện khác Quá trình điều khiển MPPT tăng điện áp thường thực biến đổi DC-DC , nghịch lưu DC-AC đuợc sử dụng để điều khiển dịng điện lưới Hình 1.2: Các mảng PV 1.2.2 Cấu hình hệ thống quang điện Các modul PV(Photovoltaic) kết nối với thành mảng để sản xuất số lượng điện lớn.Các mảng sau kết nối với thành phần hệ thống nghịch lưu để biến đổi nguồn DC sản xuất từ mảng thành AC để cung cấp cho hộ tiêu thụ điện năng.các nghịch lưu cho hệ thống PV thực nhiều chức khác , biến đổi nguồn DC tạo thành nguồn AC tương thích với tiện ích Nó bao gồm chức bảo vệ để kiểm tra kết nối lưới nguồn PV cách ly mảng PV có vấn để xảy Biến tần giám sát điều kiện thiết bị đầu cuối modul PV bao gồm MPPT (Maximum power point tracking) để tăng tối đa khả thu lượng MPPT trì hoạt động mảng PV đạt hiệu cao qua loạt điều kiện đầu vào thay đổi tuỳ theo ngày mùa Hệ thống PV cấu trúc thành nhiều cấu hình hoạt động Mỗi cấu hình dựa giao diện điện tử cơng suất mà kết nối với hệ thống lưới điện.Hình 1.3 trình bầy cấu hình biến tần tập trung sử dụng cấu trúc phổ biến sử dụng Các modul PV kết nối nối tiếp song song với kết nối tới biến đổi tập trung DC-AC Ưu điểm thiết kế biến tần phận tốn hệ thống, hệ thống có chi phí thấp có diện cuả biến tần Những bất lợi cấu hình tổn thất cơng suất cao không phù hợp modul PV diện diot String (chuỗi) Một bất lợi khác cấu hình có điểm hỏng biến tần , có độ tin cậy thấp Diot String Tam PV Tam PV Tam PV Tam PV Tam PV Tam PV bo bien doi chinh luoi Hình 1.3: cấu hình tập trung PV Hình 1.4 trình bày cấu hình chuỗi mảng hệ thống PV Một loạt PV kết nối theo hình thức chuỗi Thơng thường, 15 kết hợp với chuỗi kết nối với thơng qua lợi ích với biến tần cho chuỗi Ưu điểm cấu trúc liên kết khơng có tổn thất ghép nối diot chuỗi công suất lớn điểm theo dõi áp dụng cho chuỗi Điều đặc biệt hữu ích nhiều chuỗi gắn bề mặt cố định định hướng khác Những bất lợi cấu hình chi phí tăng lên việc bổ sung biến tần Điện áp đầu vào từ chuỗi PV đủ lớn để tránh phải khuếch đại điện áp Nhưng chi phí cho PV vãn cịn đắt , khuếch đại điện áp thêm vào với chuỗi biến tần để giảm modul PV [6] Chuỗi biến tần đa năng, phát triển chuỗi biến tần , có vài chuỗi đưa qua biến đổi DC-DC để tăng điện áp lên sau kết nối với bus DC thông thường Một biến tần DC-AC thơng thường sau sử dụng để kết nối với lưới Một chuỗi hệ thống PV đa trình bày hình 1.4 Tam PV Tam PV Nghich luu Tam PV ngich luu Luoi Tam PV Tam PV Tam PV (a) Tam PV DC-DC Tam PV Tam PV Tam PV Tam PV Tam PV DC-DC DC-AC Luoi (b) Hình 1.4: Các mảng PV với cấu trúc nhiều chuỗi Hình 1.5 trình bày cấu hình mà modul PV ghép nối với biến tần riêng nó.thiết kế biết đến modul AC, Ưu điểm hệ thống đơn giản để thêm modul modul có biến tần DC-AC riêng kết nối tới lưới thực cách kết nối wirings trường biến tần AC với Ngồi cịn có cải thiện tổng thể độ tin cậy hệ thống khơng có điểm thất bại cho hệ thống Nó có độ linh hoạt cao Tuy nhiên vi dụ tốn so với hệ thống PV thơng thường phải sử dụng nhiều biến tần Các tổn thất điện hệ thống giảm khơng tương thích phần giảm, tổn thất liên tục biến tần giống biến tần chuỗi.Các thiết bị điện tử công suất lắp đặt bên với PV cần phải thiết kế để hoạt động mơi trường ngồi trời Các modul AC lựa chọn đầy hứa hẹn cho tương lai sử dụng cho cá nhân mà không cần am hiểu chuyên ngành Hình 1.5: Cấu trúc modul điện tử công suất AC 1.2.3 Cấu trúc điện tử công suất Cấu trúc điện từ công suất cho hệ thống PV phân loại dựa số lượng giai đoạn xử lý công suất vị trí tụ điện tách điện, máy biến áp sử dụng, loại giao diện mạng lưới [6] a Một pha - tầng Cấu trúc chủ yếu cho biến tần PV pha , mạch hình 1.6 điện áp đầu biến đổi DC từ mảng đưa qua tụ lọc tụ lọc sử dụng để làm giảm dòng sóng hài mảng Đầu tụ kết nối tới biến đổi cầu full bridge đầu biến đổi nối tới cuộn cảm , hạn chế tần số cao đưa vào hệ thống AC tổng điện áp đầu việc điều khiển tương thích cơng tắc có điều khiển nối tiếp điều khiển xung dương xung âm nửa chu kỳ dương âm điện áp hình sin Để cho phép hoạt động đạt số công suất cơng tắc phải điều khiển để đáp ứng điện áp đầu đạt yêu cầu Điều khiển vịng lặp sử dụng để đồng hóa điện áp đầu biến tần điện áp lưới Các mảng PV lúc kết nối với lưới thơng qua biến áp cách ly Có vài hạn chế cấu trúc , tất modul kết nối với thiết bị MPPT Điều gây tổn thất công suất nghiêm trọng Hình 1.6: Cấu trúc pha- tầng b pha nhiều bậc Để tránh cồng kềnh, máy biến ấp tần số thấp coi thành phần thơ chủ yếu kích thước hiệu thấp Hệ thống chuyển đổi nhiều bậc sử dụng rộng rãi cho hệ PV Phổ biến cấu trúc bậc bao gồm có biến tần DC-AC điều chế độ rộng xung với vài biến đổi DC-DC kết nối với nhau.Nói chung biến đổi DC-DC thực theo dõi điểm công suất lớn khuếch đại điện áp.Các biến tần DC-AC full bridge điều khiển dòng điện lưới hoạt động PWM Một thiết kế đơn giản cho biến tần nhiều bậc trình bày hình 1.7, sử dụng biến áp tần số cao cho việc kết nối điện áp pha vào lưới.Điện áp DC đầu vào đảo chiều để tạo AC tần số cao bên phần sơ cấp biến áp tần số cao điện áp thứ cấp biến áp chỉnh lưu kết điện áp DC đầu đưa qua biến tần nguồn dòng thyristor dòng đầu yêu cầu phải sin pha với điện áp dây Các dạng sóng điện áp phải tham chiếu với dạng sóng hình sin dịng điện có biên độ xác định theo điều khiển biến tần điều khiển cách sử dụng điều chỉnh dòng điện Tam PV bien ap xung Luoi Tam PV Tam PV Hình 1.7: Cấu trúc pha nhiều tầng c Ba pha Đối với hệ thống 10kw, hầu hết thường sử dụng biến tần pha Nhũng cấu hình mơ tả cho hệ thống pha sử dụng cho hệ thống pha việc cách ly với lưới sử dụng máy biến áp tần số cao (biến áp xung).Trong trường hợp sau cần bổ sung biến đổi DC từ PV thành AC tần số cao Hình 1.8 trình bày cấu trúc hệ thống pha có sử dụng biến áp pha Đầu DC mảng PV kết nối với tụ lọc Đầu tụ lọc đưa tới đầu vào biến tần nguồn áp pha Đầu pha nối với cuộn cảm tụ điện để giảm sóng hài bậc cao trước đưa vào hệ thống AC Tổng điện áp đầu AC tương thích với điều khiển thiết bị chuyển mạch Một biến áp pha sử dụng để kết nối với lưới Các cấu hình khác khơng sử dụng biến áp áp dụng cho hệ thống PV , nhiên cấu trúc thường sử dụng cho quốc gia châu âu nhật việc nối đất cho biến tần không bắt buộc hoa kỳ yêu cầu hệ thống nố đất phải giám sát việc nối đất điện áp vượt 50V 10 Hình 2.15: Bộ biến đổi Flyback Bộ biến đổi flyback cách ly đầu vào đầu , biến đổi truyền công suất gián tiếp thông qua biến áp Cho điện áp đầu lớn hay nhỏ điện áp đầu vào , từ đầu vào cho nhiều đầu ra, cách tạo phía sơ cấp cảu biến áp nhiều đầu Với biến đổi flyback lượng khơng chuyển trực tiếp từ đầu vào đầu giống biến đổi forward lượng chuyển đổi trực tếp tới đầu theo cách hiều thấy biến đổi buck-boost gọi dạng biến dổi flyback Chúng ta biết có biến thiên dòng điện tạo từ thông sức điện động cảm ứng cuộn dây biến áp Vì nguồn cung cấp điện áp chiều nên dịng điện khơng biến thiên để tạo dòng điện biến thiên ta phải sử dụng van bán dẫn đóng ngắt liên tục Hình 2.8 trình bày biến đổi flyback transistor làm việc khóa đóng mở tín hiệu điều biến độ rộng xung.Trong khoảng thời gian mở transistor điện áp sơ cấp biến áp điện áp đầu vào, làm cho dòng điện sơ cấp tăng tuyến tính Trong giai đoạn lượng dự trữ lõi sát từ biến áp, giai đoạn transistor mở dịng điện sơ cấp khơng diot bị khóa, nên điện áp tải cung cấp tụ điện Khi transistor khóa dịng điện phía sơ cấp bị gián đoạn 92 điện áp biến áp chuyển đổi theo định luật Faraday vL di dt , diot dẫn lượng từ lõi sắt từ biến áp thông qua diot để chuyển tới đầu cung cấp cho tải nạp cho tụ điện Trong transistor mở điện áp van bán dẫn khơng cịn khoảng thời gian transistor khóa điện áp đầu phản hổi lại bên sơ cấp biến áp điện áp khóa bán dẫn tăng lên theo công thức VDS  Vs  V0 N1 N , nên sử dụng nguồn điện áp 230V/50Hz tăng lên xấp xỉ 700V Trong thực tế điện áp thể cao tượng tự cảm cuộn cảm rò biến áp,để cho phép tác động điện áp tối thiểu thiết bị phải chịu 800V Thiết kế biến đổi flyback Điện áp sơ cấp biến áp có giá trịn trung bình V1 khơng trạng thái ổn định.(nếu khơng dịng điện tăng cách vơ tận) Điều dẫn đến : Vs t1  V0 V0  Vs Np Ns (T  t1 ) N t1 N1 T  t1 Tỷ số máy biến áp phải lựa chọn lượng khoảng thời gian mở (thời gian nạp) lượng khoảng thời gian xả nên tỉ số biến áp Np Ns  Vs V0 93 Điện áp đánh thúng khóa điện áp ngược diot trường hợp tính sau : VDS  Vs  V0 VR  V0  Vs Np Ns  2Vs Ns  2V0 Np Phải ý điện ápđánh thủng đinh mức khóa phải lựa chọn cao mở khóa cịn có điện áp rò cuộn dây biến áp Thiết kế cuộn dây sơ cấp biến áp : L dùng để lưu trữ lượng khoảng thời gian mở transistor ,đó lượng yêu cầu đầu ra, lượng tính cơng thức W  P0T Ở T chu kỳ chuyển mạch cịn P cơng suất định mức.năng lượng lưu trữ cuộn dây sơ cấp chu kỳ đầu chuyển tới đầu chu kỳ lại Trong khoảng thời gian transistor mở điện áp qua cuộn dây sơ cấp Vs dịng điện có dạng dốc, vậu lượng đầu vào tính theo cơng thức sau : W=Vs Iˆ1 T 2 Năng lượng lưu trữ cuộn dây L1 tính tốn theo cơng thức sau : W ˆ2 L1 I Từ ta suy L1 = Vs 8P0 f Các cơng thức tính tốn với hiệu suất 100% xác định hiệu suất  có nghĩa lượng lưu trữ cuộn dây L khơng chuyển tồn đầu lúc L1 tính tốn sau : 94 L1 = Vs  8P0 f 2.3.2 Bộ biến đổi kiểu push-pull Hình 2.16: Sơ đồ biến đổi push-pull 95 Hình 2.17: Dạng sóng điện áp biến đổi push-pull Biến áp T1 vơi cuộn thứ cấp có nhiều đầu ra, đầu cung cấp cặp xung vng lệch pha 180o có biên độ xác định số vịng dây cuộn thứ cấp Đơ rộng xung nhận dạng xác định mạch điều khiển vòng hồi tiếp âm lấy từ vòng thứ cấp Vm cuộn dây thứ cấp Nm cuộn cịn Ns1 Ns2 cuộn phụ Hai transistor chuyển mạch Q1 Q2 có cực B điều khiển bời hai xung có độ rộng thay đổi o PWM Khi transisor mở hoàn tồn sụt áp khoảng V hai transistor mở đặt xung áp hình vng có trị số Vdc-1 lên nửa cuộn sơ cấp Khi điện áp đầu catot diode chỉnh lưu có dạng xung vng khoảng thời gian Ton với độ lớn : V0=(Vdc-1)Ns/Np-Vd Với Ns, Np số vòng dây cuộn thứ cấp sơ cấp, V d sụt áp thuận diode chỉnh lưu Vd 1V diode phục hồi nhanh thông thường, 0,5V diode Schottky Do chu kỳ T xuất xung vuông nên dãy xung đầu tai catot diode chỉnh lưu có chu kỳ 2Ton/T Giả sử diode chỉnh lưu sử dụng loại diode Schottky (có sụt áp thuận 0.5V) đầu thứ cấp (V m) phụ (VS1, VS2) cho điện áp chiều tính theo công thức : 96   2T N Vm  (Vdc  1) m  0.5 on Np   T   2T N Vs1   (Vdc  1) s1  0.5  on Np   T   2T N Vs  (Vdc  1) s  0.5 on Np   T 2.3.3 Bộ biến đổi kiểu full-bridge Bộ biến đổi DC-DC sử dụng để tăng điện áp đầu hệ thống pin nhiên liệu Trong số tài liệu tổng quát có cấu trúc sử dụng rộng rãi : - Bộ biến đổi PWM full-bridge thông thường - Bộ biến đổi PWM full-bridge phase shifted Để làm giảm kích thước trọng lượng thành phần từ tính, địi hỏi phải tăng tần số chuyển mạch cho biến đổi DC-DC Tuy nhiên, biến đổi PWM thông thường hoạt động tần số cao Các mạch kí sinh có tác động làm giảm hiệu suất biến đổi Trong ứng dụng công suất cao, tổn hao chuyển mạch tăng yêu cầu phải có mạch bảo vệ cho chúng Việc sử dụng mạch bảo vệ hay mạch tương đương làm giảm đáng kể tổn hao hiệu suất thấp Trong trường hợp biến đổi full Bridge thông thường, van chéo đối diện tên Q1 Q2 hay Q3 Q4, mở hay khóa cách đồng thời mơ tả hình 2.18 Khi tất van khóa, dịng tải chạy vịng qua diode chỉnh lưu Năng lượng tích trữ cuộn cảm biến áp công suất, tồn rõ ràng điện dung tiếp giáp mosfet Điều tạo việc cần thiết phải sử dụng mạch bảo vệ làm tăng toàn tổn hao làm giảm hiệu suất biến đổi 97 Nếu mạch bảo vệ không sử dụng, việc lựa chọn linh kiện trở nên khó điện áp giới hạn cho van phải cao Nếu điện áp giới hạn tăng, tổn hao dẫn tăng kết giá thành toàn tổn hao biến đổi tăng Q1 Lf Q4 bien ap xung DC Q3 Cf Rl Q2 Hình 2.18: Bộ biến đổi PWM full Bridge thơng thường Để làm tối thiểu dao động kí sinh, tín hiệu cực Q2 Q4 trễ so với tín hiệu Q1 Q3 hình 2.19 Điều có nghĩa phía sơ cấp biến áp kết nối với điện áp đầu vào hay ngắn mạch Dòng qua cuộn cảm khơng bị ngắt, vậy, việc giải vấn đề dao động kí sinh liên kết với biến đổi PWM full Bridge thơng thường 98 Năng lượng tích trữ cuộn cảm sử dụng để xả lượng tích trữ điện dung tiếp giáp để thực điều kiện chuyển mạch điện áp (ZVS) cho van phía sơ cấp Trong trường hợp này, biến đổi u cầu khơng có cộng hưởng thêm vào thành phần Q1 Lf Q4 bien ap xung DC Q3 Cf Rl Q2 Hình 2.19: Bộ biến đổi PWM full Bridge Phase shifted 2.3.4 Bộ biến đổi kiểu full-bridge có nhánh clamp a Hoạt động chế độ nạp (chế độ buck) Bộ biến đổi DC-DC chiều hoạt động chế buck mô tả hình 2.20 chế độ hoạt động biến đổi DC chiều biến đổi có 99 thể thực lai với điện áp khơng dịng khơng ZCZVS biến đổi cầu full-bridge bên thấp Tuy nhiên biến đổi cầu full-bridge với clamp active đạt ZVZCS thuận lợi với cơng tắc clamp có sẵn sử dụng thời gian điều khiển xác định từ đề xuất [5] Chỉnh lưu đồng sử dụng cho bên cung cấp dòng điện current –fed ( boost mode side) thiết bị chuyển mạch để giảm tổn thất dẫn Cùng với hoạt động mạch clamp , kích hoạt cơng tắc clamp , S C m khới động lại dòng freewheeling , đồng thời thực ZCS cho cặp thiết bị S8 S6 , Nó đề cập đến khái niệm để đạt ZVZCS với trợ giúp nhánh clamp bên cung cấp dịng điện giới thiệu Hình 2.20: Bộ biến đổi DC-DC chiều chế độ nạp Giản đồ thời gian dạng sóng trình bày hình 4.19.hoạt động khơng cần chỉnh lưu đồng khơng cần kích hoạt S1, S2, S3, S4 100 Hình 2.21: Bộ biến đổi DC-DC chiều chế độ nạp tương ứng với dịng áp Hình 2.22: Biểu đồ dạng sóng biến đổi DC-DC chiều Giai đoạn :(t0 – t1): Trước thời gian t0 bên cao công tắc S5 sẵn sàng mở , ngược lại bên điện âp thấp thiết bị chuyển đổi giữ dòng tải freewheeling Tại thời diểm t S6 mở điện áp Vin (điện áp pin) đặt vào bên cao cuộn dây biến áp V cd mang tính cực dương Tại thời điểm Vcd thấy rò rỉ điện cảm biến áp điện áp phản hồi bên cao Dòng điện chạy qua cuộn dây biến áp bên cao tăng theo đọ dốc 101 Khi dịng điện bên cao biến áp tăng nhanh đạt mức dòng tải t1 dòng freewheeling giữ diot s1 s2 phía thứ cấp biến áp điện áp Vab mang tích cực dương thay đổi theo phản hồi từ bên cao theo biều thức n tỷ số biến áp Các diot s3 s4 bị khóa thời gian vấn đề phục hồi diot xảy thời điểm khóa Giai đoạn (t1 –t2): Tại thời điểm t1 dòng điện biến áp đạt mức dòng tải điện áp V pn đạt điện áp cuộn cảm rò rỉ L K tụ điện clamp CC tạo thành mạch cộng hưởng , chu kỳ cộng hưởng bắt đầu tụ điện clamp nạp dịng chay qua diot cơng tắc clamp Quá trình kết thúc t2 tụ điện clamp phóng bị chặn cơng tắc clamp SC Giai đoạn ( t2-t3): Sau thời gian t2 , mạch bước vào giai đoạn hoạt động bình thường phía đầu cuộn dây liên tục nạp theo tăng lên đường dốc của: Giai đoạn (t3-t4): Tại thời điểm t3, kết thúc giai đoạn chu kỳ duty với cơng tắc S5 bị khóa Dịng tải bên thứ cấp nạp điện dung ký sinh S5 sụ phóng điện dung ký sinh s7 diot mắc song song s7 dẫn dịng rị freewheeling Phía bên vào thời gian SC mở , tụ điện clamp giữ điện áp V pn điện áp điện áp phản hồi tới bên thứ cấp điểm c d đặt vào cuộn cảm rị rỉ kích hoạt lại dòng freewheeling Giai đoạn (t4-t5): 102 Trong giai đoạn 5, S7 mở với SVS diot mắc song song dẫn dịng freewheelng bên cao liên tục bị giảm không lúc diot mắc song song s1 s2 bắt đầu bị chặn, thời điểm dòng tải đầu tăng cung cấp nhánh clamp Giai đoạn (t5-t6): Tại thời điểm t5 , SC bị khóa Vpn giảm xuống hết chu kỳ freewheling bên phía điện áp thấp bắt đầu so sánh với mạch chuyển đổi bình thường sụ khác khơng có dịng freewheling bên phía điện áp cao.và kết tổn thất dẫn lưu lại Giai đoạn (từ t6-t7): Tại thời điểm t6 , S6 bị khóa điều kiện SCS dịng rị sẵn sàng đặt lại không Giai đoạn (t7-t8): Tại thời điểm t7, S8 mở mạch bắt đầu chu kỳ cịn lại mơ tả giống trước khác điện áp biến áp đảo cực tính thiết bị chuyển mạch hoạt động đổi thành cặp chéo lại dạng sóng dịng điện hình 4.19 , dường nét đứt biều diễn dịng điện điều kiện hoạt động bình thường khơng kích hoạt điện áp nhánh clamp Những lợi ích ZVZCS phần sau Sự mát dẫn suốt chu kỳ freewheeling khử bên phía điện áp cao thiết bị chuyển mạch Tổn thất đóng ngắt bên phía điện áp cao cầu full-bridge giảm bời việc chuyển sang cuộn sơ cấp b.Hoạt động chế độ xả (chế độ Boost) 103 Hình 2.23 biến đổi current-fed cách ly full Bride với nhánh Clam tích cực suốt hoạt động chế độ Boost Trong suốt chế độ này, điện áp pin 48V chuyển đổi tới 400V bus DC link Hình 2.23: Bộ biến đổi DC-DC chiều chế độ xả Đồ thị thời gian dạng sóng khóa biến đổi thể hình 2.24 Bời đối xứng biến đổi chu kì mơ tả Hình 2.24: Dạng sóng điển hình biến đổi DC-DC chiều chế độ xả 104 Hình 2.25: Bộ biến đổi DC-DC chiều chế độ boost Giai đoạn 1: Khi biến đổi hoạt động trạng thái ổn định, cặp van cầu vị trí dẫn chéo với chu kì duty lớn 0,5 Kết là, cuộn cảm tăng xả suốt khoảng thời gian trùng van cầu mở (T1-T4) xả có cặp van chéo khóa van Clamp mở (T5T7) Giai đoạn : Tại T4, van clamp tích cực S c mở điều kiện chuyển mạch điện áp Isc qua diode Sc đấu tiên Giai đoạn : Trong suốt khoảng thời gian từ T5 đến T7, chênh lệch điện áp tụ điện Clamp điện áp đầu đưa vào cuộn cảm biến áp Dòng tụ điện Clamp Ic cân đối chế độ nạp xả cho phép điện áp Bus chiều Vpn Clamp xác Như vậy, dịng biến áp tăng giới hạn –(V c – V0)/Lc Từ T5 tới T6, dòng dư thừa cuộn cảm chạy vào nhánh Clamp từ T6 tới T7, tụ điện Clamp cung cấp dòng thiếu hụt tới dòng biến áp Thiết kế tụ điện tích trữ lượng Cc Thiết kế CC dựa cộng hưởng Cc Lk Cộng hưởng hai thành phần xảy suốt giai đoạn khóa chế độ hoạt động boost.Vì 105 khoảng thời cực đại phải vượt T s/2 Tiêu chuẩn để lựa chọn C c chu kì cộng hưởng phải lớn Ts/2 có nghĩa sau : Ở : Lk = Llk/n2, cuộn cảm biến áp phản ánh phía sơ cấp (phía current-fed) TS chu kì tín hiệu điều khiển cho van cầu Từ số liệu phân tích chương 3, cuộn cảm yêu cầu (Lk) biến áp 2.10microH để thực chuyển mạch mềm Mosfet biến đổi Thay giá trị Lk 4.1 tạo giá trị tụ điện tích trữ lượng C C : Cuối cùng, phần nhánh Clamp, tụ điện tích trữ lượng C C=20 lựa chọn 106 ... loại bỏ biến đổi DC-DC.Cấu trúc hữu ích mà ghép nối biến áp không bắt buộc cho cách ly 50 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU BỘ CÁC BIẾN ĐỔI DC-DC 2.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC Mục đích biến đổi DC-DC... trúc phổ biến sử dụng Các modul PV kết nối nối tiếp song song với kết nối tới biến đổi tập trung DC-AC Ưu điểm thiết kế biến tần phận tốn hệ thống, hệ thống có chi phí thấp có diện cuả biến tần... thống biến áp tần số thấp đặt đầu biến tần nên làm cho hệ thống cồng kềnh tốn Một biến đổi DC-DC thường đặt hệ thống pin nhiên liệu biến tần Bộ biến đổi DC-DC có chức chính: Cách ly DC cho biến