Nghiên cứu, phát triển các bộ biến đổi một chiều dựa trên nguyên lý cộng hưởng

Trang 1

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp có đề tài: “ Nghiên cứu, phát triển các

bộ biến đổi một chiều dựa trên nguyên lý cộng hưởng ” do em tự thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS Đỗ Mạnh Cường Các số liệu và kết quả hoàn toàn

trung thực

Ngoài các TLTK đã dẫn ra ở cuối sách em đảm bảo rằng không sao chép các công trình hoặc TKTN của người khác Nếu phát hiện có sự sai phạm với điều cam đoan trên, em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Sinh viên

Nguyễn Đức Nghĩa

Trang 2

MỤC LỤC

Chương 1 Tổng quan về bộ biến đổi cộng hưởng 2

1.1 Sự ra đời và phát triển của bộ biến đổi cộng hưởng 2

1.1.1 Sự ra đời của bộ biến đổi cộng hưởng 2

1.1.2 Quá trình phát triển và các ứng dụng 4

1.2 Điều kiện chuyển mạch mềm ZVS và ZCS 5

1.2.1 Chuyển mạch dòng điện không (ZCS) 5

1.2.2 Chuyển mạch điện áp không(ZVS) 6

1.3 Cấu trúc chung của bộ nguồn cộng hưởng tải 8

Chương 2 Phân tích bộ biến đổi cộng hưởng half bridge 10

2.1 So sánh các cấu trúc bộ biến đổi cộng hưởng half bridge 10

2.1.1 Cấu trúc nối tiếp 10

2.1.2 Cấu trúc LLC 12

2.1.3 Cấu trúc song song 14

2.1.4 Cấu trúc LCC 16

2.2 Phân tích hoạt động bộ biến đổi half bridge LCC 16

2.2.1 Hoạt động ở chế độ liên tục 17

2.2.2 Hoạt động ở chế độ không liên tục 18

2.3 Phân tích bộ biến đổi half bridge LCC ở chế độ xác lập 19

2.3.1 Phương pháp phân tích và các giả thiết 19

2.3.2 Hàm truyền đạt áp 20

2.3.3 Phân tích các thông số mạch cộng hưởng 23

Trang 3

Chương 4 Thiết kế thử nghiệm 42

4.1 Tính toán các thông số cơ bản của mạch 42

4.1.1 Tính chọn tỷ số biến áp 42

4.1.2 Tính chọn MOSFET 42

4.1.3 Tính toán các thành phần khối cộng hưởng 43

4.2 Kết quả mô phỏng 44

4.3 Kết quả thực nghiệm 47

4.3.2 Một số kết quả thu được: 47

4.3.3 Nhận xét chung 51

4.3.4 Phân tích kết quả ở 80% tải 51

Kết luận

Trang 4

Lời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, vấn đề nâng cao hiệu suất và mật độ công suất của các bộ biến đổi sử

dụng van bán dẫn (ví dụ như nguồn switching) đang là một xu hướng được quan tâm và

phát triển trong các ứng dụng điện tử công suất Để giải quyết yêu cầu này thì việc tăng tần

số làm việc của các van bán dẫn là một phương án rất hiệu quả, tuy nhiên khi tăng tần số

đóng cắt của các van bán dẫn sẽ dẫn đến việc tăng tổn hao và các khó khăn về tản nhiệt

Mạch biến đổi cộng hưởng ra đời, tạo ra bước đột phá với điều kiện chuyển mạch mềm

(soft switching) nhờ phát xung điều khiển đóng mở van tại các thời điểm mà khi đó dòng

điện chảy qua van, hoặc điện áp rơi trên van là rất nhỏ (lý tưởng là bằng không - điều kiện

ZCS và ZVS), giảm thiểu tổn hao và áp lực cho van công suất, tận dụng các thành phần kí

sinh vào mạch cộng hưởng, biến chúng từ có hại sang có lợi

Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu và chế tạo như của hãng ST, Intersil, TI,

Vishay… nhưng ở Việt Nam hiện nay lại chưa có nghiên cứu hay báo cáo chính thức nào

Với các tiền đề như vậy, đề tài “Nghiên cứu, phát triển các bộ biến đổi một chiều dựa

trên nguyên lý cộng hưởng” được đề xuất để xem xét, giải quyết các vấn đề của các bộ

biến đổi công suất làm việc dựa trên các mạch cộng hưởng

Nội dung đồ án gồm các phần cơ bản như sau:

- Tổng quan về bộ biến đổi cộng hưởng

- Phân tích bộ biến đổi cộng hưởng half bridge

- Phân tích phương pháp điều khiển

- Thiết kế thử nghiệm

Sau 4 tháng được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS Đỗ Mạnh Cường và các

thầy cô trong bộ môn Tự động hoá, đồ án của em đã hoàn thiện Do thời gian làm đồ án

ngắn và khả năng còn hạn chế, chắc chắn đồ án của em còn nhiều thiếu sót Em rất mong

nhận được sự đóng góp của thầy cô và các bạn

Hà nội, ngày 27 tháng 5 năm 2010

Trang 5

2

Chương 1

Tổng quan về bộ biến đổi cộng h-ởng

1.1.1 Sự ra đời của bộ biến đổi cộng hưởng

Yờu cầu đặt ra đối với bộ biến đổi cụng suất là kớch thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, hiệu suất cao, mật độ cụng suất lớn Bộ tản nhiệt và thành phần từ tớnh là thành phần chiếm thể tớch lớn nhất trong bộ biến đổi, cú thể lờn tới 80% Đặc biệt với BBĐ cụng suất lớn thỡ kớch thước của cỏc thành phần này sẽ rất lớn Giảm kớch thước cỏc thành phần trờn, đặc biệt bộ tản nhiệt sẽ tăng mật độ cụng suất lờn rất nhiều Do đú, cỏc bộ biến đổi tuyến tớnh sử dụng biến ỏp lực dần được thay thế bằng cỏc bộ biến đổi switching, chuyển mạch ở tần số cao để giảm kớch thước L,C

Tuy nhiờn bộ biến đổi switching lại gặp phải vấn đề về chuyển mạch là switching”: do dũng điện và điện ỏp trờn van khụng thể ngay lập tức tăng lờn hoặc giảm

“hard-về khụng nờn cỏc van cụng suất phải đúng, cắt trong điều kiện dũng và ỏp cao gõy ra tổn thất chuyển mạch lớn Quỏ trỡnh này cũng khiến cỏc van phải chịu cỏc xung dũng điện và điện ỏp khỏ lớn

Cỏc mạch phụ trợ Snubber thường được thờm vào để giảm du/dt, di/dt và chuyển tổn hao chuyển mạch, ứng suất trờn van cụng suất sang mạch phụ trợ

Tuy nhiờn phương phỏp này vẫn bị hạn chế Do tổn thất chuyển mạch tỉ lệ với tần

số chuyển mạch (P cm=f V.(I ts on on  I toff off) / 2) nờn khi tần số chuyển mạch tăng cao thỡ tổn thất chuyển mạch là rất đỏng kể, do đú giới hạn tần số làm việc của bộ biến đổi Đồng thời cỏc thành phần tụ kớ sinh & điện cảm rũ là nguyờn nhõn gõy ra nhiễu điện từ (EMI) lớn

Bộ biến đổi cộng hưởng sử dụng dao động của mạch L-C tạo ra điều kiện chuyển mạch mềm cho van Cỏc van sẽ được phỏt xung đúng, mở khi dũng qua van hoặc điện ỏp rơi trờn van bằng 0 (điều kiện ZCS và ZVS) 2 điều này khụng thể xảy ra đồng thời nờn khi chuyển mạch ở điều kiện ZVS thỡ sẽ phải chịu tổn hao khi khúa van, cũn chuyển mạch ở điều kiện ZCS thỡ sẽ chịu tổn hao khi mở van Tuy nhiờn lượng tổn hao này rất nhỏ so với PWM truyền thống vỡ lỳc này dũng và ỏp trờn van cú giỏ trị nhỏ Vấn đề chuyển mạch mềm ZVS và ZCS sẽ được làm rừ hơn ở mục 1.3

Trang 6

Chương 1 Tổng quan về bộ biến đổi cộng hưởng

Hình 1-1 So sánh tổn hao chuyển mạch cứng và chuyển mạch cộng hưởng

Hình 1-2 Đường quỹ đạo đóng, cắt của các hình thức chuyển mạch

Các hình vẽ so sánh cho ta thấy rõ bộ biến đổi cộng hưởng chuyển mạch mềm cho tổn hao chuyển mạch rất nhỏ so với các bộ biến đổi xung truyền thống

KL: như vậy sự ra đời của bộ biến đổi cộng hưởng đem lại những lợi ích rất lớn:

 Làm giảm đáng kể kích thước L,C, bộ tản nhiệttăng mật độ công suất, giảm kích

Trang 7

4

1.1.2 Quá trình phát triển và các ứng dụng

Quá trình phát triển của bộ biến đổi cộng hưởng được thể hiện trong bảng 1-1:

Bảng 1-1 Quá trình phát triển của bộ biến đổi công suất

Trên thế giới, hiện nay các bộ biến đổi sử dụng nguyên lý cộng hưởng đã nghiên cứu và phát triển cho rất nhiều ứng dụng như:

- Chấn lưu điện tử cho đèn khí

- Các thiết bị y sinh (máy tạo tia X trong máy chụp X quang)

- Các thiết bị gia nhiệt (bếp điện từ, lò tôi thép, nấu thép)

- Các bộ biến đổi DC-DC tần số cao, mật độ công suất cao dùng trong điện tử viễn thông và các thiết bị điện tử như TV LCD, sạc laptop,…

Hình 1-3 Bộ nguồn 12V, 120W dùng trong viễn thông của hãng intersil

Trang 8

Ở Việt Nam hiện nay, bộ biến đổi sử dụng nguyên lý cộng hưởng cũng đã được ứng dụng, tuy nhiên trong lĩnh vực chế tạo nguồn hiệu suất cao và kích thước nhỏ thì chưa có nghiên cứu hay báo cáo chính thức nào

Hình 1-4 Cấu hình mạch minh họa điều kiện chuyển mạch mềm

Bộ nghịch lưu đưa ra xung vuông điện áp cấp vào khối cộng hưởng Do tác dụng lọc của khối cộng hưởng, dòng điện chảy qua cuộn cảm Ls là hình sin Tùy theo dòng chảy vào khối cộng hưởng sớm pha hay trễ pha so với điện áp đặt vào khối cộng hưởng (thành phần cơ bản của xung vuông điện áp do bộ nghịch lưu đưa vào) mà ta có được điều kiện chuyển mạch dòng điện không (ZCS) hay chuyển mạch điện áp không (ZVS)

1.2.1 Chuyển mạch dòng điện không (ZCS)

Dạng sóng minh họa quá trình chuyển mạch dòng điện không được thể hiện trong hình 1-5 Dòng điện chảy qua khối cộng hưởng sớm pha hơn điện áp đặt vào hay chính là điện áp UDS của van low-side T2 Khi dòng cộng hưởng giảm về 0 và đảo chiều thì dòng điện chảy qua van T2 về bằng 0 và dòng cộng hưởng được dẫn qua điot ngược của van T2 do lúc này xung điều khiển vẫn được duy trì trên van T2, điện áp trên van vẫn bằng 0

Do đó van T2 khóa trong điều kiện dòng điện bằng 0, tổn hao khi khóa van bằng zero

Tuy nhiên khi phát xung điều khiển để mở van thì do năng lượng tích lũy ở điot

Trang 9

6

Hình 1-5 Dạng sóng minh họa chuyển mạch ZCS

1.2.2 Chuyển mạch điện áp không(ZVS)

Dạng sóng minh họa quá trình chuyển mạch dòng điện không được thể hiện trong hình 1-5 Dòng điện chảy qua khối cộng hưởng trễ pha hơn điện áp đặt vào hay chính là điện áp UDS của van low-side T2 Ta có thể nhận thấy không có tổn hao khi mở trên MOSFET vì khi xung điều khiển được cấp vào van thì diode song song ngược của nó dẫn dòng và điện áp rơi trên van là bằng không trước khi FET mở để dẫn dòng Dòng điện chạy qua diode ngược của FET gây ra bởi quá trình khóa FET còn lại Ví dụ, nếu van T2 khóa, dòng điện do FET này đang dẫn được duy trì do tác dụng của cuộn cảm cộng hưởng, dẫn đến dòng chạy ngược lên van T1 phía trên thông qua diode ngược của T1

Do diode ngược có thời gian khóa tq bằng thời gian dẫn dòng của FET trước khi điện áp phân cực thuận được đặt lên diode nên không có áp lực chuyển mạch trên diode

Trang 10

Tuy nhiên MOSFET phải chịu tổn hao khi khóa van do dòng điện lúc này chưa về bằng không Nhưng dòng lúc này đã nhỏ và được chuyển sang nạp cho tụ kí sinh song song của van Khi diode ngược của van dẫn dòng thì điện áp trên tụ sẽ được giải phóng trước khi FET thông Do đó không có tổn hao khi mở van và loại trừ được tổn hao do sự nạp, xả diode ngược và tụ kí sinh song song

Vì vậy trong thực tế thiết kế, người ta thường cho mạch làm việc ở tần số trên cộng hưởng để đạt được điều kiện chuyển mạch ZVS

Trang 11

8

1.3 Cấu trúc chung của bộ nguồn cộng hưởng tải

Hình 1-7 Cấu trúc chung của bộ nguồn cộng hưởng

Điện áp 1 chiều đầu vào Vin qua bộ nghịch lưu cho ra điện áp xoay chiều dạng xung vuông Để đạt được mật độ công suất cao, người ta thường sử dụng bộ nghịch lưu với tần số chuyển mạch lớn để giảm kích thước thành phần từ tính Xung vuông điện áp sau khối nghịch lưu được đưa vào khối cộng hưởng (Resonant Tank) để tạo ra điều kiện chuyển mạch mềm Biến áp xung được sử dụng để cách ly giữa đầu ra và đầu vào, đồng thời cũng có tác dụng biến đổi điện áp Điện áp xoay chiều ở thứ cấp biến áp xung được đưa qua bộ chỉnh lưu tần số cao và bộ lọc để tạo ra điện áp 1 chiều trên tải

Để ổn áp nguồn trước sự biến động của tải cũng như điện áp đầu vào thì điện áp đầu ra được đưa về mạch phản hồi, lấy tín hiệu đưa vào mạch so sánh với điện áp chuẩn

Vref để đưa ra tín hiệu cho mạch điều khiển bộ nghịch lưu Bộ nghịch lưu sẽ được điều khiển thay đổi tần số chuyển mạch hoặc độ rộng xung để ổn định điện áp đầu ra Vấn đề điều khiển này sẽ được trình bày ở chương 3

Trong phạm vi đồ án này, bộ nguồn cộng hưởng nghiên cứu là loại cộng hưởng tải (kết hợp khối cộng hưởng và tải để tạo điều kiện chuyển mạch mềm), do đó bộ nghịch lưu phải có cấu trúc đối xứng dạng half bridge hoặc full bridge Ở đây ta lựa chọn cấu hình half bridge do tính đơn giản, sử dụng ít van công suất và điều khiển dễ hơn cấu hình full bridge Tuy nhiên nếu công suất thiết kế lớn thì ta sẽ phải sử dụng cấu hình full bridge để phát huy hết công suất của mạch

Trang 12

Mục tiêu thiết kế bộ nguồn trong đồ án này hướng tới là phục vụ cho các ứng dụng

có điện áp ra thấp, dòng điện lớn (như các ứng dụng trong điện tử, viễn thông) nên khối cộng hưởng được sử dụng có cấu trúc nối tiếp – song song (LCC) Việc lựa chọn và phân tích cấu trúc này được thể hiện cụ thể trong chương 2

Trang 13

10

Chương 2

Phân tích bộ biến đổi cộng h-ởng

2.1.1 Cấu trỳc nối tiếp

Hỡnh 2-1 Bộ biến đổi cộng hưởng nối tiếp

Trong cấu trỳc bộ biến đổi cộng hưởng nối tiếp tụ Cs và cuộn cảm Ls mắc nối tiếp với nhau để tạo thành khối cộng hưởng Khối cộng hưởng làm việc như một nguồn dũng Mạch lọc phớa đầu ra chỉ sử dụng tụ lọc để hũa hợp trở khỏng

Ưu điểm của bộ biến đổi cộng hưởng nối tiếp là cú thể làm việc khi đầu ra bị ngắn mạch do tớnh chất nguồn dũng của bộ biến đổi Ưu điểm khỏc của bộ biến đổi nối tiếp là dũng chạy qua van cụng suất giảm khi giảm tải Điều này dẫn tới tổn thất dẫn qua van cũng như cỏc tổn thất khỏc giảm khi giảm tải, do đú duy trỡ được hiệu suất cao như khi làm việc đầy tải

Xột đặc tớnh khuếch đại ỏp của bộ biến đổi nối tiếp:

Trang 14

Chương 2 Phân tích bộ biến đổi cộng hưởng Half bridge

Hình 2-2 Đặc tính khuếch đại áp của bộ biến đổi nối tiếp

Từ hình 2-2 ta thấy khi giảm tải (Q giảm) thì tần số chuyển mạch tăng lên rất nhiều so với khi Q lớn Đặc biệt khi tải quá nhẹ hay không tải thì tần số chuyển mạch tăng lên giá trị vô cùng lớn Do vậy, bộ biến đổi cộng hưởng nối tiếp không phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu chế độ làm việc không tải

Một nhược điểm khác của bộ biến đổi cộng hưởng nối tiếp là tụ lọc đầu ra phải mang dòng điện với độ gợn cao, khoảng 48% biên độ của dòng điện 1 chiều [10] Do đó

bộ biến đổi cộng hưởng nối tiếp không phù hợp với các ứng dụng có áp ra thấp, dòng điện cao

Trang 15

12

2.1.2 Cấu trúc LLC

Hình 2-3 Bộ biến đổi cộng hưởng LLC

Cấu trúc LLC vẫn là bộ biến đổi cộng hưởng dạng nguồn dòng So với cấu trúc nối tiếp thì cấu trúc LLC có thêm thành phần Lm trong khối cộng hưởng Lm có thể là điện cảm từ hóa của biến áp được sử dụng làm thành phần cộng hưởng, tạo ra một mạch vòng dòng điện khi đầu ra biến áp hở mạch hay mạch làm việc không tải Vì vậy miền chuyển mạch ZVS rộng hơn khi giảm tải so với cấu trúc nối tiếp

Đặc tính khuếch đại áp của bộ biến đổi LLC được thể hiện ở hình 2-4

Trang 16

Hình 2-4 Đặc tính khuếch đại áp của bộ biến đổi LLC

Thông thường, miền làm việc của bộ biến đổi LLC được thiết kế gần tần số cộng hưởng để hiệu suất chuyển đổi năng lượng là lớn nhất Vì bộ biến đổi LLC tạo ra miền chuyển mạch ZVS rộng hơn và hiệu suất biến đổi cao hơn nên nó được ứng dụng trong các bộ nguồn đầu vào yêu cầu có điện áp cao, dòng điện tương đối nhỏ

Tuy nhiên trong các ứng dụng yêu cầu điện áp thấp, dòng cao thì bộ biến đổi LLC

có chung nhược điểm với bộ nối tiếp là độ gợn của dòng điện đầu ra lớn và cần nhiều tụ lọc đầu ra để làm giảm độ gợn Do đó bộ biến đổi LLC không thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu áp thấp, dòng cao

Trang 17

14

2.1.3 Cấu trúc song song

Hình 2-5 Cấu trúc bộ biến đổi cộng hưởng song song

Trong cấu trúc bộ biến đổi cộng hưởng song song, khối cộng hưởng gồm cuộn cảm Ls và tụ cộng hưởng Cp mắc song song với biến áp Do đó khối cộng hưởng có trở kháng thấp đối với mạch đầu ra và được coi như là nguồn áp Mạch lọc đầu ra gồm cuộn kháng Lf và tụ C0 để hòa hợp trở kháng

Đặc tính khuếch đại áp của bộ biến đổi song song được thể hiện ở hình 2-6 Từ những đường đặc tính này ta nhận thấy, ngược lại với bộ biến đổi nối tiếp thì bộ biến đổi song song có thể điều khiển điện áp đầu ra ở chế độ không tải bằng cách thay đổi tần số chuyển mạch trên tần số cộng hưởng

Trang 18

Hình 2-6 Đặc tính khuếch đại áp của bộ biến đổi song song

Nhược điểm chính của bộ biến đổi song song là dòng điện chạy qua van công suất

và các thành phần cộng hưởng tương đối độc lập với tải [1] Kết quả là tổn thất dẫn qua van và các thành phần cộng hưởng không đổi khi giảm tải, do đó hiệu suất khi tải nhẹ giảm rất mạnh Hơn nữa, dòng điện này tăng khi điện áp đầu vào bộ biến đổi tăng lên Vì vậy bộ biến đổi này không lý tưởng cho các ứng dụng có điện áp đầu vào thay đổi lớn và yêu cầu làm việc ở hiệu suất cao khi non tải Ngược lại, bộ biến đổi song song phù hợp

Trang 19

16

2.1.4 Cấu trúc LCC

Bộ biến đổi LCC tận dụng được ưu điểm của cả bộ biến đổi nối tiếp và song song, trong khi khắc phục được các nhược điểm của chúng như vấn đề điều chỉnh không tải ở

bộ biến đổi nối tiếp và dòng điện vòng lớn khi tải nhẹ ở bộ biến đổi song song Cấu trúc

bộ biến đổi LCC được thể hiện ở hình 2-7

Hình 2-7 Cấu trúc bộ biến đổi LCC

Bộ biến đổi LCC có thể coi là sự kết hợp giữa bộ biến đổi nối tiếp và bộ biến đổi song song Khối cộng hưởng bao gồm 3 thành phần cộng hưởng: Ls, Cs và Cp Bằng việc thêm tụ nối tiếp Cs vào khối cộng hưởng song song, dòng điện vòng chạy qua van nhỏ hơn so với bộ biến đổi song song Với việc thêm vào tụ song song Cp, bộ biến đổi LCC

có thể điều chỉnh điện áp đầu ra trong điểu kiện không tải Tụ song song Cp cũng tạo ra trở kháng nhỏ đối với mạch đầu ra, do đó hòa hợp với mạch lọc L-C, tạo ra dòng điện với

độ gợn nhỏ chạy qua tụ lọc Do đó bộ biến đổi LCC thích hợp với các ứng dụng yêu cầu

áp nhỏ, dòng lớn Các phân tích cụ thể về nguyên lý hoạt động và đặc tính khuếch đại áp của bộ biến đổi LCC sẽ được trình bày ở mục 2.2 và 2.3

Dựa vào dạng điện áp trên tụ song song Cp ta chia hoạt động của bộ LCC thành 2 dạng: chế độ liên tục (VCp liên tục) và chế độ gián đoạn (VCp gián đoạn) Việc phân tích hoạt động của bộ LCC dựa trên các dạng sóng sau:

 Điện áp đầu vào khối cộng hưởng VM hay điện áp trên van Q2

 Dòng điện chạy qua cuộn cảm cộng hưởng IL

 Dòng điện từ hóa biến áp phản ánh từ dòng đầu ra hay dạng xung dòng điện đầu vào khối chỉnh lưu

Trang 20

 Điện áp trên tụ song song VCp

2.2.1 Hoạt động ở chế độ liên tục

Hình 2-8 Dạng sóng hoạt động cơ bản của bộ LCC ở chế độ liên tục

Hoạt động của bộ LCC ở chế độ liên tục được thể hiện qua 5 giai đoạn nhỏ:

 Giai đoạn 1 (t đến t ): tại t van Q đang thông, van Q đang khóa, điện áp trên

Trang 21

18

 Giai đoạn 3 (t2 đến t3): Q1 khóa và Q2 mở tức thì tại thời điểm t2

Vì dòng cộng hưởng trễ pha so với điện áp nên Q2 mở ở điều kiện chuyển mạch ZVS Điện áp trên Cp trong giai đoạn này giữ giá trị dương cho đến t3

 Giai đoạn 4 (t3 đến t4): tại t3, điện áp trên Cp về 0 và hướng xuống phía âm Dòng trên biến áp cũng đổi chiều Tại t4, Q2 khóa và Q1 mở Vì dòng cộng hưởng chậm pha so với điện áp nên Q1 mở ở điều kiện ZVS

 Giai đoạn 5 (t4 đến t5): sau t4, điện áp đưa vào khối cộng hưởng lại có giá trị dương Dòng cộng hưởng tiếp tục cộng hưởng tiếp tục giảm về 0 Tại t5, dòng cộng hưởng giảm tới 0 và bắt đầu chu kỳ mới

2.2.2 Hoạt động ở chế độ không liên tục

Khi dòng cộng hưởng nhỏ hơn dòng sơ cấp máy biến áp được phản ánh từ dòng tải tại thời điểm điện áp Cp về bằng 0 thì sẽ không có dòng chạy vào tụ Cp Điều này dẫn tới điện áp trên tụ Cp sẽ duy trì bằng 0 cho tới khi dòng cộng hưởng tăng lớn hơn dòng phản ánh tải Hình 2-9 so sánh chế độ hoạt động giữa chế độ liên tục và không liên tục

Hình 2-9 So sánh chế độ hoạt động giữa chế độ liên tục và không liên tục

a- Chế độ liên tục b- Chế độ không liên tục

Trong khoảng thời gian β, điện áp trên tụ song song bằng 0 dẫn đến toàn bộ chỉnh lưu thứ cấp dẫn và vượt quá dòng tải chạy vòng trong chỉnh lưu Do đó cần tránh chế độ này trong thiết kế

Trang 22

2.3 Phân tích bộ biến đổi half bridge LCC ở chế độ xác lập

2.3.1 Phương pháp phân tích và các giả thiết

Để phân tích mạch điện ở chế độ xác lập, ta sử dụng mạch điện tương đương như hình 2-8 Các MOSFET được mô hình bằng chuyển mạch có điện trở khi đóng mạch là

rDS1 và rDS2 Xét các van đóng cắt với chu kỳ làm việc 50%

Chỉnh lưu biến áp có điểm giữa và chỉnh lưu cầu có thể được thay thế bằng nguồn dòng xung vuông như hình 2-8 (b) Vì thành phần cơ bản của dòng điện đầu vào xung vuông trùng pha với điện áp đầu vào của chỉnh lưu nên phía chỉnh lưu có thể thay thế bằng điện trở vào của nó như hình 2-8 (c)

Hình 2-10 Bộ biến đổi cộng hưởng LCC

Trang 23

a) Hàm truyền đạt áp của khối van điều khiển

Điện áp đầu vào khối cộng hưởng vDS2 là xung vuông có biên độ VI cho bởi:

2

, 0< t

0, < t 2

I DS

Vì vậy, giá trị hiệu dụng của vi1 là V rms V m/ 2 2V I / 0, 4502V I Hàm truyền đạt

áp từ VI đến thành phần cơ bản tại đầu vào của khối cộng hưởng là :

b) Hàm truyền đạt áp của khối cộng hưởng

Dựa vào mạch điện tương đương 2-10 (c) ta tính được hàm truyền đạt áp của khối cộng hưởng như sau:

Điện trở vào của mạch cộng hưởng là:

Trang 24

0

2 0

Trong đó A = C 2 /C 1 , C = C 1C 2/(C 1+C 2 ) = C2/(1+A) = C1/(1+1/A),  0 = 1/ LC là tần

số góc, VRi là giá trị hiệu dụng của điện áp đầu vào chỉnh lưu

Trang 26

c) Hàm truyền đạt áp của khối chỉnh lưu và biến áp

Điện trở đầu vào mạch chỉnh lưu quy về sơ cấp của biến áp là:

2 2

0

18

O

V V

2.3.3 Phân tích các thông số mạch cộng hưởng

a) Trở kháng vào của mạch cộng hưởng

Trang 27

1(1 ) 1 ( )

1

| |

L i

L

A A

(a)

Trang 28

(b)

Hình 2-12 Biên độ trở kháng vào mạch cộng hưởng

a- Với A=1 b- Với A=2

Hình 2-13 thể hiện góc pha ψ là hàm của f/f0 tại các giá trị khác nhau của QL với A=1 Tại f = f0 thì  arctan{1/ [Q L(1A)]}0 Vì vậy khối cộng hưởng có tính chất điện cảm tại f = f0

Trang 29

Ta thấy tần số cộng hưởng fr phụ thuộc vào QL và A

Khi Q L 0, /f r f0 1/ 1 1/ A Hình 2-14 thể hiện quan hệ giữa tần số cộng hưởng chuẩn hóa fr/f0 với QL tại các giá trị khác nhau của A Khi QL càng lớn thì fr càng gần bằng f0 kể cả khi A thay đổi

ψ

Định dạng
Số trang	59
Dung lượng	3,62 MB