Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngày nay trong lĩnh vực kỹ thuật hiện đại, việc chế tạo ra các bộ chuyển đổi nguồn có chất lượng điện áp cao, kích thước nhỏ gọn cho các thiết bị sử dụng điện là một yêu cầu tất yếu. Quá trình xử lý biến đổi điện áp một chiều thành điện áp một chiều khác gọi là quá trình biến đổi DCDC. Bộ biến đổi DCDC thường được sử dụng ở mạch một chiều trung gian của thiết bị biến đổi điện năng công suất vừa đặc biệt là các hệ thống phát điện sử dụng năng lượng tái tạo (sức gió, mặt trời,…). Cấu trúc mạch của bộ biến đổi vốn không phức tạp nhưng vấn đề điều khiển nhằm đạt được hiệu suất biến đổi cao và đảm bảo ổn định luôn là mục tiêu của các công trình nghiên cứu. Bởi bộ biến đổi là đối tượng điều khiển tương đối phức tạp vì mô hình của bộ biến đổi có tính phi tuyến. Bộ biến đổi thông thường sử dụng mạch nghịch lưu là các van bán dẫn được điều khiển bằng phương pháp PWM để tạo ra điện áp AC dạng xung vuông và đưa qua máy biến áp để thay đổi mức điện áp. Điện áp đầu ra được duy trì ổn định bằng cách thay đổi độ rộng xung (thời gian mở van) trong khi vẫn giữ chu kỳ chuyển mạch của van là không đổi. Phương pháp điều khiển này đã được sử dụng cho các ứng dụng công suất trong nhiều năm qua. Tuy nhiên, phương pháp này không đạt được hiệu suất cao và tồn tại nhiễu điện từ lớn do các van trong mạch nghịch lưu phải làm việc trong điều kiện chuyển mạch cứng (Hard switching). Để khắc phục những nhược điểm đó, bộ biến đổi cộng hưởng đã ra đời với nhiều ưu điểm vượt trội, các van nghịch lưu được làm việc trong điều kiện chuyển mạch mềm (Soft switching) làm giảm tổn hao khi chuyển mạch, nâng cao tần số làm việc và mật độ công suất của bộ biến đổi đáp ứng được các yêu cầu khắt khe của các ứng dụng thực tế. Với những lý do đó, đề tài “Mô hình hoá và thiết kế bộ điều khiển trượt cho các bộ biến đổi cộng hưởng kiểu nối tiếp” được lựa chọn để làm rõ hơn những ưu điểm mà bộ biến đổi cộng hưởng mang lại, đồng thời đề xuất phương pháp thết kế bộ điều khiển cho bộ biến đổi này.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM QUANG VƯỢNG MƠ HÌNH HĨA VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT CHO BỘ BIẾN ĐỔI CỘNG HƯỞNG KIỂU NỐI TIẾP Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển Tự động hoá LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐỖ MẠNH CƯỜNG Hà Nội – Năm 2012 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận văn tự thực hướng dẫn khoa học TS Đỗ Mạnh Cường Các số liệu, kết tính tốn mơ luận văn hồn tồn trung thực cơng trình nghiên cứu riêng tơi Học viên Phạm Quang Vượng ii MỤC LỤC MỤC LỤC iii DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH VẼ vii MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ BỘ BIẾN ĐỔI CỘNG HƯỞNG 1.1 Sự đời biến đổi cộng hưởng 1.1.1 Bộ biến đổi cộng hưởng 1.1.2 So sánh nghịch lưu cộng hưởng với nghịch lưu truyền thống 1.2 Cấu trúc biến đổi tải cộng hưởng 1.2.1 Bộ biến đổi cộng hưởng nối tiếp 1.2.2 Bộ biến đổi cộng hưởng song song 11 1.2.3 Bộ biến đổi cộng hưởng song song – nối tiếp 12 1.3 Điều kiện chuyển mạch van bán dẫn 13 1.3.1 Chuyển mạch cứng (Hard switching) .13 1.3.2 Mạch trợ giúp van (Snubber circuit) 14 1.3.3 Chuyển mạch mềm (Soft switching) 18 1.3.4 So sánh điều kiện chuyển mạch van 20 Chương PHÂN TÍCH BỘ BIẾN ĐỔI CỘNG HƯỞNG LLC 21 2.1 Bộ biến đổi cộng hưởng LLC 21 2.2 Hoạt động biến đổi cộng hưởng LLC 24 2.3 Phân tích thơng số biến đổi cộng hưởng LLC 29 Chương THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ BIẾN ĐỔI CỘNG HƯỞNG LLC 37 3.1 Giới thiệu cấu trúc điều khiển .37 3.1.1 Điều khiển tần số không đổi .38 3.1.2 Ðiều khiển tần số thay đổi .38 3.2 Phương pháp điều khiển vòng khoá pha PLL 40 iii 3.2.1 Sơ lược vịng khóa pha (Phase – locked loop) .40 3.2.2 Ứng dụng PLL điều khiển biến đổi cộng hưởng LLC 41 Chương KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 46 4.1 Thiết kế tính tốn thơng số biến đổi 46 4.1.1 Tính tốn mạch cộng hưởng cho biến đổi 46 4.1.2 Tính tốn máy biến áp cho biến đổi cộng hưởng 47 4.1.3 Tính tốn thơng số mạch chỉnh lưu 48 4.1.4 Tính chọn MOSFET cho mạch nghịch lưu .48 4.2 Mô biến đổi cộng hưởng LLC Simulink PLECS 49 4.2.1 Mơ hình biến đổi cấu trúc điều khiển PLL .49 4.2.2 Kết mô .51 4.2.3 Nhận xét kết mô 54 KẾT LUẬN 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC 57 iv DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Cp: Tụ điện mạch cộng hưởng song song Cr: Tụ điện mạch cộng hưởng LLC Cs: Tụ điện mạch cộng hưởng nối tiếp fr: Tần số cộng hưởng fs: Tần số chuyển mạch Io: Dòng điện đầu Lm: Điện cảm song song mạch LLC Lr: Điện cảm nối tiếp mạch LLC Ls: Điện cảm mạch cộng hưởng nối tiếp Q: Hệ số chất lượng Q1, Q2: Van chuyển mạch mạch nghịch lưu Ro: Điện trở tải đầu Vo: Điện áp đầu AC: Xoay chiều DC: Một chiều EMI: Nhiễu điện từ PLL: Vịng khố pha PRC: Bộ biến đổi cộng hưởng song song PWM: Điều chế độ rộng xung SPRC: Bộ biến đổi cộng hưởng song song nối tiếp SRC: Bộ biến đổi cộng hưởng nối tiếp ZCS: Chuyển mạch dịng điện qua khơng ZVS: Chuyển mạch điện áp qua không v DANH MỤC BẢNG Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật biến đổi cộng hưởng LLC .46 vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Bộ biến đổi xung truyền thống Hình 1.2 Phân loại biến đổi cộng hưởng Hình 1.3 Bộ biến đổi kiểu cộng hưởng Hình 1.4 Một số cấu hình khối cộng hưởng .9 Hình 1.5 Cấu trúc biến đổi cộng hưởng nối tiếp Hình 1.6 Đặc tính khuếch đại biến đổi cộng hưởng nối tiếp 10 Hình 1.7 Cấu trúc biến đổi cộng hưởng song song .11 Hình 1.8 Đặc tính khuếch đại biến đổi cộng hưởng song song 12 Hình 1.9 Cấu trúc biến đổi cộng hưởng LCC .13 Hình 1.10 Quá trình chuyển mạch cứng 13 Hình 1.11 Dạng xung điện áp dòng điện chuyển mạch 14 Hình 1.12 Mạch trợ giúp van RC .15 Hình 1.13 Điện áp van trình chuyển mạch .16 Hình 1.14 Mạch trợ giúp van RCD 17 Hình 1.15 Dạng điện áp van trình chuyển mạch 17 Hình 1.16 Chuyển mạch điện áp qua không 18 Hình 1.17 Chuyển mạch dịng điện qua khơng 19 Hình 1.18 Đường quỹ đạo đóng cắt van bán dẫn cơng suất 20 Hình 2.1 Khối cộng hưởng LCC LLC .22 Hình 2.2 Đặc tính DC biến đổi LCC 22 Hình 2.3 Đặc tính DC biến đổi LLC 23 Hình 2.4 Bộ biến đổi cộng hưởng LLC half-bridge .23 Hình 2.5 Đặc tính biến đổi cộng hưởng LLC .24 Hình 2.6 Ba vùng hoạt động biến đổi cộng hưởng LLC 25 Hình 2.7 Mơ dạng sóng hoạt động vùng 26 Hình 2.8 Mơ dạng sóng vùng 27 Hình 2.9 Sơ đồ mạch điện giai đoạn vùng 27 Hình 2.10 Sơ đồ mạch điện giai đoạn vùng 28 Hình 2.11 Sơ đồ mạch điện giai đoạn vùng 28 vii Hình 2.12 Bộ biến đổi cộng hưởng LLC half-bridge .30 Hình 2.13 Dạng sóng đặc trưng biến đổi LLC half-bridge 30 Hình 2.14 Trở kháng tải tương đương Rac .31 Hình 2.15 Mạch điện AC tương đương biến đổi cộng hưởng LLC .33 Hình 2.16 Mạch điện AC tương đương đơn giản LLC 34 Hình 2.17 Đường cong khuếch đại biến đổi cộng hưởng LLC 35 Hình 2.18 Điểm cực đại so với Q giá trị k khác 36 Hình 3.1 Cấu trúc biến đổi LLC 37 Hình 3.2 Các cấu trúc điều khiển cho mạch nghịch lưu DC/AC .38 Hình 3.3 Cấu trúc điều khiển tần số thay đổi 39 Hình 3.4 Mối quan hệ hệ số khuếch đại điện áp tần số .39 Hình 3.5 Sơ đồ cấu trúc điều khiển PLL 40 Hình 3.6 Sơ đồ cấu trúc điều khiển PLL cho biến đổi LLC .41 Hình 3.7 Sơ đồ cấu trúc bên IC 4046 .42 Hình 3.8 Hoạt động so sánh pha PC1 43 Hình 3.9 Tín hiệu dịng điện, điện áp thực phản hồi .44 Hình 3.10 Sơ đồ điều khiển PLL cho biến đổi LLC .45 Hình 4.1 Đặc tính khuếch đại biến đổi LLC với Q=0,43 .47 Hình 4.2 Sơ đồ mạch điện biến đổi LLC PLECS 49 Hình 4.3 Mơ hình điều khiển PLL 4046 Simulink 49 Hình 4.4 Mơ hình mạch chuyển đổi Pos2pm 50 Hình 4.5 Mơ hình mạch chuyển đổi Sin2rect 50 Hình 4.6 Mơ hình biến đổi với cấu trúc điều khiển PLL 50 Hình 4.7 Kết mơ biến đổi LLC Vin=400V 51 Hình 4.8 Kết mô điều khiển PLL Vin=400V .51 Hình 4.9 Kết mơ biến đổi LLC Vin=300V 52 Hình 4.10 Kết mơ điều khiển PLL Vin=300V .52 Hình 4.11 Hoạt động chuyển mạch van Vin=400V .53 Hình 4.12 Hoạt động chuyển mạch van Vin=300V .53 viii MỞ ĐẦU Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, ngày lĩnh vực kỹ thuật đại, việc chế tạo chuyển đổi nguồn có chất lượng điện áp cao, kích thước nhỏ gọn cho thiết bị sử dụng điện yêu cầu tất yếu Quá trình xử lý biến đổi điện áp chiều thành điện áp chiều khác gọi trình biến đổi DC-DC Bộ biến đổi DC-DC thường 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,…) 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 Bởi biến đổi đối tượng điều khiển tương đối phức tạp mơ hình biến đổi có tính phi tuyến Bộ biến đổi thông thường sử dụng mạch nghịch lưu van bán dẫn điều khiển phương pháp PWM để tạo điện áp AC dạng xung vuông đưa qua máy biến áp để thay đổi mức điện áp Điện áp đầu trì ổn định cách thay đổi độ rộng xung (thời gian mở van) giữ chu kỳ chuyển mạch van không đổi Phương pháp điều khiển sử dụng cho ứng dụng công suất nhiều năm qua Tuy nhiên, phương pháp không đạt hiệu suất cao tồn nhiễu điện từ lớn van mạch nghịch lưu phải làm việc điều kiện chuyển mạch cứng (Hard switching) Để khắc phục nhược điểm đó, biến đổi cộng hưởng đời với nhiều ưu điểm vượt trội, van nghịch lưu làm việc điều kiện chuyển mạch mềm (Soft switching) làm giảm tổn hao chuyển mạch, nâng cao tần số làm việc mật độ công suất biến đổi đáp ứng yêu cầu khắt khe ứng dụng thực tế Với lý đó, đề tài “Mơ hình hố thiết kế điều khiển trượt cho biến đổi cộng hưởng kiểu nối tiếp” lựa chọn để làm rõ ưu điểm mà biến đổi cộng hưởng mang lại, đồng thời đề xuất phương pháp thết kế điều khiển cho biến đổi -1- Mục đích nghiên cứu đề tài nhằm làm rõ đặc tính hoạt động biến đổi dựa nguyên tắc cộng hưởng, sở xây dựng tổng hợp điều khiển cho thiết bị Kết nghiên cứu phải xây dựng điều khiển cho biến đổi dựa nguyên tắc cộng hưởng góp phần nâng cao hiệu suất mật độ công suất thiết bị điện tử công suất Đối tượng nghiên cứu đề tài phân tích biến đổi cộng hưởng, lựa chọn cấu hình cộng hưởng tối ưu để xây dựng điều khiển cho cấu hình Nội dung luận văn gồm có chương sau: Chương 1: Tổng quan biến đổi cộng hưởng, trình bày cấu trúc biến đổi tải cộng hưởng vấn đề điều kiện chuyển mạch van bán dẫn Chương 2: Phân tích biến đổi cộng hưởng LLC, trình bày cấu trúc biến đổi cộng hưởng LLC, phân tích hoạt động thơng số biến đổi cộng hưởng LLC Chương 3: Thiết kế điều khiển cho biến đổi cộng hưởng LLC, trình bày cấu trúc điều khiển cho biến đổi cộng hưởng LLC, xây dựng điều khiển bám theo ngun tắc vịng khố pha (PLL-Phase Locked Loop) cho biến đổi cộng hưởng LLC Chương 4: Kết mô phỏng, trình bày kết tính tốn, mơ hình hố kiểm chứng kết hoạt động biến đổi cộng hưởng LLC với điều khiển bám PLL sử dụng IC 4046 MATLAB/SIMULINK PLECS Để hồn thành luận văn tơi nhận hướng dẫn tận tình suốt thời gian vừa qua TS Đỗ Mạnh Cường Do khả nguồn tài liệu tham khảo hạn chế nên kết luận văn cịn nhiều thiếu sót Tơi mong nhận nhiều ý kiến đóng góp hữu ích từ thầy, cô đồng nghiệp để thấy rõ điều cần nghiên cứu bổ sung, giúp cho việc xây dựng đề tài đạt đến kết hồn thiện -2- Dạng sóng điện áp dòng điện van chuyển mạch thể hình 4.11 4.12 Hình 4.11 Hoạt động chuyển mạch van Vin=400V Hình 4.12 Hoạt động chuyển mạch van Vin=300V - 53 - 4.2.3 Nhận xét kết mô Từ kết mô cho thấy biến đổi thỏa mãn yêu cầu thiết kế đề - Khi điện áp vào giảm xuống, tần số chuyển mạch điều khiển giảm theo để giữ điện áp không đổi - Các van chuyển mạch nghịch lưu làm việc điều kiện ZVS Kết mô hình 4.11 4.12 giống với dạng sóng phân tích phần lý thuyết (hình 2.13) Dịng điện qua van giảm xuống nhỏ không để đưa điện áp van không thời điểm điện áp qua khơng mở van trễ khoảng thời gian sau dịng điện van bắt đầu tăng Điều cho thấy van chuyển mạch điều kiện ZVS, nghĩa làm giảm tổn thất chuyển mạch van, nâng cao hiệu suất biến đổi - Kết mô hình 4.8 4.10 cho ta dạng sóng điều khiển PLL dạng sóng hoạt động IC HEF4046 mà nhà sản xuất đưa (hình 3.8) - 54 - KẾT LUẬN Đề tài “Mơ hình hố thiết kế điều khiển trượt cho biến đổi cộng hưởng kiểu nối tiếp” đưa điều khiển bám PLL cho biến đổi DCDC với cấu trúc cộng hưởng LLC Những phân tích luận văn giúp cho việc lựa chọn, tính toán thiết kế khối cộng hưởng LLC Cấu trúc điều khiển PLL cho phép tần số làm việc biến đổi liên tục bám với tần số cộng hưởng khối cộng hưởng LLC điện áp vào điều kiện tải khác Điều có nghĩa tần số cộng hưởng khối cộng hưởng LLC không thấp tần số chuyển mạch, làm giảm tổn thất chuyển mạch nâng cao mật độ công suất hiệu suất biến đổi Qua nội dung nghiên cứu trình thực đề tài, luận văn đưa kết sau đây: - Phân tích nguyên lý làm việc biến đổi tải cộng hưởng - Phân tích hoạt động xây dựng cơng thức tính tốn thơng số cho biến đổi cộng hưởng LLC - Tổng hợp phương pháp điều khiển cho biến đổi cộng hưởng LLC Lựa chọn phân tích phương pháp điều khiển PLL để ổn áp điện áp đầu - Tính tốn thiết kế xây dựng mơ hình biến đổi cộng hưởng LLC với điều khiển PLL, tiến hành mô kiểm chứng MATLAB/SIMULINK PLECS, kiểm nghiệm tính đắn kết phân tích tính tốn Với kết đưa luận văn làm sở để phát triển xây dựng biến đổi cộng hưởng LLC với điều khiển bám PLL có đặc điểm sau: - Nâng cao công suất lên tới mức kW - Đẩy tần số chuyển mạch biến đổi lên cao (trên 200kHz) để giảm kích thước máy biến áp mạch - Sử dụng tích hợp khối cộng hưởng LLC với biến áp để cải thiện mật độ công suất hiệu suất biến đổi - 55 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh (2007), Điện tử công suất, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Phùng Quang (2004), MATLAB & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Trần Văn Thịnh (2005), Tính tốn thiết kế thiết bị điện tử công suất, Nhà xuất giáo dục, Hà Nội Lê Thành Trung (2008), Nghiên cứu, phát triển biến đổi chiều dựa nguyên lý cộng hưởng, Đại học Bách khoa Hà Nội Application note AN2450 (2007), LLC resonant half-bridge converter design guideline, STMicroelectronics Application note AN658/1194 (1999), Resonant converter topologies, STMicroelectronics Bo Yang’s Thesis (2003), Topology Investigation for Front End DC/DC Power Conversion for Distributed Power System, Blacksburg, Virginia Erickson, Robert W (2004), Fundamentals of Power Electronics, Kluwer Academic Publishers, USA John Kut (2001), Phase-Locked Loop – characteristics and applications, Magdalene College, University of Cambridge, UK 10 Kai Xu’s Thesis (2008), A series-parallel resonant topology and new gate drive circuits for low voltage DC to DC converter, Queen’s University, Kingston, Ontario, Canada 11 Muhammad H Rashid (2011), Power electronics handbook: devices, circuits, and applications, Butterworth-Heinemann Publishers, USA 12 Philips Semiconductors (1995), HEF4046B MSI Phase-locked loop 13 Roland E Best (2003), Phase-Locked Loops Design, simulation, and applications, McGraw Hill, Oberwil, Switzerland 14 Wei-Cheng Ju’s Thesis (2006), LLC DC/DC resonant converter with PLL control scheme, National Cheng Kung University, Tainan, Taiwan - 56 - PHỤ LỤC A Các chế độ hoạt động biến đổi cộng hưởng LLC Bộ biến đổi cộng hưởng LLC có nhiều chế độ hoạt động khác nhau, Nó biến đổi đa cộng hưởng Cấu hình khối cộng hưởng thay đổi liên tục chu kỳ chuyển mạch Trong phần trình bày chế độ làm việc khác biến đổi cộng hưởng LLC vùng làm việc điều kiện tải khác Từ đặc tính biến đổi cộng hưởng LLC ta thấy hoạt động biến đổi cộng hưởng LLC chia làm ba vùng hình A.1 Trong vùng vùng vùng ZVS, phù hợp cho làm việc tần số cao Ở vùng biến đổi hoạt động với điều kiện ZCS Vơi biến đổi này, vùng hoạt động thích hợp vùng vùng để đạt ZVS Hình A.1 Đặc tính biến đổi cộng hưởng LLC - 57 - A.1 Chế độ hoạt động biến đổi cộng hưởng LLC vùng Trong vùng 1, biến đổi LLC hoạt động tương tự SRC, có thêm Lm nên biến đổi cộng hưởng LLC có số chế độ hoạt động khác Có chế độ hoạt động khác vùng Chế độ vùng Chế độ hoạt động giống SRC, thành phần cộng hưởng Lr Cr hoạt động khối cộng hưởng nối tiếp Trong chu kỳ chuyển mạch, Lm bị kẹp điện áp đầu khối cộng hưởng khơng tham gia vào q trình cộng hưởng Chế độ gọi chế độ dẫn nối tiếp, dòng điện đầu bắt đầu tăng liên tục Trong chế độ hoạt động này, Lm hoạt động tải thụ động khối cộng hưởng nối tiếp Lr Cr Dạng sóng hoạt động chế độ mơ tả hình A.2 Hình A.2 Dạng sóng chế độ vùng biến đổi LLC - 58 - Chế độ vùng Khi tải giảm xuống, biến đổi hoạt động chế độ Sự khác chế độ chế độ sau chuyển mạch sơ cấp chuyển mạch, có khoảng thời gian dịng điện thứ cấp có giá trị khơng, hay chế độ dẫn không liên tục Trong thời gian này, dòng điện sơ cấp bị kẹp với dòng Lm, khối cộng hưởng bao gồm Cr Lm nối tiếp với Lr Chế độ xảy điều kiện sau thoả mãn: VIN VCr Lm Vo n Lm Lr Khi điều kiện thõa mãn thiết bị chuyển mạch sơ cấp chuyển mạch, điện áp đặt Lm vế trái phương trình Nếu điện áp thấp so với điện áp đầu điốt đầu không dẫn, sau dòng Lm liên tục nạp cho tụ Cr làm cho điều kiện bị phá vỡ điốt đầu bắt đầu dẫn Sau Lm bị kẹp điện áp đầu khơng cịn cộng hưởng với Cr Trong chế độ này, Lm không hoạt động tải SRC mà tham gia cộng hưởng với Cr Đối với SRC, khơng có DCM (Discontinuous Conduction Mode) khu vực Các dạng sóng hoạt động thể hình A.3 Do tồn Lm, làm cho LLC có nhiều dịng điện lưu thơng so với SRC tải nhẹ Tuy nhiên, lợi ích ZVS đảm bảo điều kiện tải nhẹ - 59 - Hình A.3 Dạng sóng chế độ vùng biến đổi LLC Chế độ vùng Nếu tải tiếp tục giảm, biến đổi làm việc chế độ vùng Chế độ nhìn tương tự chế độ 2, thực tế có hai kiểu chế độ dẫn khơng liên tục (DCM) chế độ hoạt động DCM xảy sau thiết bị chuyển mạch chuyển mạch chế độ Tuy nhiên, chu kỳ chuyển mạch, có DCM khác xảy Dịng điện Lr cộng hưởng kẹp dòng điện Lm trước hành động chuyển mạch chuyển mạch Điều tạo khoảng dịng điện khơng trước chuyển mạch hoạt động - 60 - Dạng sóng chế độ hoạt động hình A.4 Từ dạng sóng cho thấy ZVS đạt Lm Đây lợi biến đổi LLC thảo luận trước Với Lm, ZVS tải nhẹ trì Ngoài ra, quy định tải nhẹ dễ dàng kể từ Lm diện tải trọng SRC Sự điều chỉnh tải nhẹ dễ dàng Lm xuất tải SRC Hình A.4 Dạng sóng chế độ vùng biến đổi LLC - 61 - A.2 Chế độ hoạt động biến đổi cộng hưởng LLC vùng Đây vùng đặc biệt, SRC truyền thống làm việc với ZCS làm việc vùng Vì khơng có vùng cho SRC Bộ biến đổi LLC với xuất Lm tần số thấp tần số cộng hưởng Lr Cr biến đổi làm việc điều kiện ZVS với hệ số khuếch đại cao Trong vùng tồn ba chế độ hoạt động với điều kiện tải khác Chế độ vùng Hình A.5 Dạng sóng chế độ vùng biến đổi LLC - 62 - Đây chế độ thiết kế cho biến đổi cộng hưởng LLC đầy tải Dạng sóng chế độ hình A.5 Đặc điểm chế độ hoạt động có hai khoảng thời gian cộng hưởng khác Đầu tiên, chuyển mạch chuyển mạch, Lr cộng hưởng với Cr, suốt thời gian Lm bị kẹp điện áp đầu nạp điện liên tục Khi dòng điện Lr cộng hưởng trở lại ngang với dòng Lm tượng cộng hưởng thứ hai xảy ra, cộng hưởng Cr Lm nối tiếp với Lr Sự cộng hưởng kéo dài thiết bị chuyển mạch chuyển lần Trong suốt khoảng thời gian cộng hưởng thứ hai dòng điện giữ khơng, dịng điện đầu chế độ không liên tục Như thấy dạng sóng, ZVS đạt với dịng Lm Điều cho tự lựa chọn dịng khố van mong muốn để đạt ZVS với tổn hao khoá van thấp Chế độ vùng Trong chế độ 1, dịng điện đầu khơng liên tục Khi tải nhẹ hơn, chế độ không liên tục tồn Chế độ không liên tục giống với chế độ vùng Khi tải nhẹ hơn, điện áp tụ cộng hưởng Cr thấp chuyển mạch chuyển Nếu điều kiện sau thoả mãn, điốt phía thứ cấp không dẫn Điều cho ta khoảng thời gian dịng điện khơng dịng điện đầu thiết bị chuyển mạch chuyển mạch VIN VCr Lm Vo n Lm Lr Như ta thấy dạng sóng, hầu hết dịng điện chạy liên tục chế độ Mặc dù điều gây tổn hao dẫn điện cao tải nhẹ, làm cho biến đổi hoạt động với ZVS tải nhẹ Dịng điện lưu thơng kiểm sốt thơng qua việc thiết kế cẩn thận Lm - 63 - Hình A.6 Dạng sóng chế độ vùng biến đổi LLC Chế độ vùng Đây chế độ xảy vùng tải nặng Trong chế độ 1, tồn hai khoảng thời gian cộng hưởng nửa chu kỳ chuyển mạch Trong chế độ có giai cộng hưởng nưa chu kỳ chuyển mạch Đầu tiên có hai khoảng thời gian giống chế độ Nếu tải nặng, độ gợn sóng điện áp tụ cộng hưởng Cr tăng lên Nếu VCr đủ lớn phương trình sau thoả mãn, giai đoạn cộng hưởng thứ ba xảy ra: - 64 - VCr Vin Lm Vo n Lm Lr Như sơ đồ dạng sóng hình A.7, sau dịng điện Lr cộng hưởng trở lại với dịng điện Lm, thay kẹp dịng điện Lm cộng hưởng theo hướng khác Điều lượng cao lưu trữ tụ cộng hưởng Cr, điện áp đủ lớn để làm cho điốt thứ cấp dẫn dịng Với chế độ này, dịng khố van thấp so với dòng Lm Nguy lượng khơng đủ cho ZVS Ngồi ra, dịng điện cộng hưởng Lr chuyển sang âm, biến đổi làm việc vùng Hình A.7 Dạng sóng chế độ vùng biến đổi LLC - 65 - A.3 Chế độ hoạt động biến đổi cộng hưởng LLC vùng Vùng vùng ZCS Trong vùng này, đặc tính khuếch đại biến đổi có độ dốc lên Như thầy dạng sóng hình A.8, van khố sau điốt thân bắt đầu dẫn Đây khơng phải chế độ hoạt động thích hợp cho MOSFET Trong thiết kế cần tránh hoạt động chế độ Hình A.8 Dạng sóng chế độ biến đổi LLC Các chế độ hoạt động khác xảy trình hoạt động biến đổi cộng hưởng LLC Đối với chế độ hoạt động không liên tục, chúng không ảnh hưởng đến khả ZVS đổi có xuất Lm Khi gặp tải nặng vùng biến đổi vào vùng ZCS, sử dụng mơ hình cộng hưởng kẹp LLC ngăn chặc điều - 66 - B Xây dựng đường đặc tính biến đổi LLC MATLAB B.1 Vẽ đặc tính khuếch đại biến đổi LLC Matlab: f=linspace(10000,150000,1000); k=5; q=0.2; f0=100000; M=f.*f.*f0.*k.*(k+1)./sqrt(f.^6.*q.^2.*(k+1).^4+f.^4.*(f0.^2).* (-2.*q.^2+1).*(k+1).^4+f.^2.*f0.^4.*(q.^2.*(k+1).^42.*(k+1).^2.*(2.*k+1))+(2.*k+1).^2.*f0.^6); plot(f,M,'r '); hold on q=0.4; M=f.*f.*f0.*k.*(k+1)./sqrt(f.^6.*q.^2.*(k+1).^4+f.^4.*(f0.^2).* (-2.*q.^2+1).*(k+1).^4+f.^2.*f0.^4.*(q.^2.*(k+1).^42.*(k+1).^2.*(2.*k+1))+(2.*k+1).^2.*f0.^6); plot(f,M,'r'); hold on q=0.6; M=f.*f.*f0.*k.*(k+1)./sqrt(f.^6.*q.^2.*(k+1).^4+f.^4.*(f0.^2).* (-2.*q.^2+1).*(k+1).^4+f.^2.*f0.^4.*(q.^2.*(k+1).^42.*(k+1).^2.*(2.*k+1))+(2.*k+1).^2.*f0.^6); plot(f,M,'g'); hold on q=0.8; M=f.*f.*f0.*k.*(k+1)./sqrt(f.^6.*q.^2.*(k+1).^4+f.^4.*(f0.^2).* (-2.*q.^2+1).*(k+1).^4+f.^2.*f0.^4.*(q.^2.*(k+1).^42.*(k+1).^2.*(2.*k+1))+(2.*k+1).^2.*f0.^6); plot(f,M,'b'); hold on q=1; M=f.*f.*f0.*k.*(k+1)./sqrt(f.^6.*q.^2.*(k+1).^4+f.^4.*(f0.^2).* (-2.*q.^2+1).*(k+1).^4+f.^2.*f0.^4.*(q.^2.*(k+1).^42.*(k+1).^2.*(2.*k+1))+(2.*k+1).^2.*f0.^6); plot(f,M,'k'); grid on B.2 Vẽ đường đặc tính biến đổi LLC với Q=0,43 Matlab: f=linspace(10000,150000,1000); q=0.43; k=5; f0=100000; M=f.*f.*f0.*k.*(k+1)./sqrt(f.^6.*q.^2.*(k+1).^4+f.^4.*(f0.^2).* (-2.*q.^2+1).*(k+1).^4+f.^2.*f0.^4.*(q.^2.*(k+1).^42.*(k+1).^2.*(2.*k+1))+(2.*k+1).^2.*f0.^6); plot(f,M); grid on - 67 - ... biến đổi cộng hưởng song song – nối tiếp Bằng cách thêm tụ nối tiếp vào biến đổi song song thêm tụ cộng hưởng song song vào biến đổi nối tiếp, ta có cấu trúc biến đổi cộng hưởng song song – nối tiếp. .. số cấu hình khối cộng hưởng .9 Hình 1.5 Cấu trúc biến đổi cộng hưởng nối tiếp Hình 1.6 Đặc tính khuếch đại biến đổi cộng hưởng nối tiếp 10 Hình 1.7 Cấu trúc biến đổi cộng hưởng. .. cộng hưởng BBĐ Cộng hưởng nối tiếp Các biến đổi đa cộng hưởng Tần số làm việc thay đổi BBĐ Cộng hưởng song song – nối tiếp Hình 1.2 Phân loại biến đổi cộng hưởng Bộ biến đổi cộng hưởng truyền