Tìm hiểu ve bộ biến đổi nguồn DCDC sử dụng mạch cộng hưởng LLC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐÒ ÁN I Tìm hiểu ve biến đổi nguồn DC/DC sử dụng mạch cộng hưởng LLC Sinh viên: Nguyễn Văn Quí MSSV: 20181716 Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Duy Đỉnh Bộ mơn: Tự động hóa cơng nghiệp Viện: Điện Mục lục Lời mở đầu Chương I:Tìm hiểu chung Chương II:Thiết kế mạch lực Chương III:Mô Chương IV:Tổng kết Tài liệu tham khảo Lời mở đầu Cùng với phát triển ngành công nghiệp bán dẫn,điện tử công suất bước sang trang với biến đổi hiệu suất đạt ngày cao,công ẩờK^ĩM >ytộvbdế’nyđ’Uicc!u1cpìa;1vỆfáicơữìFgnghiệpấil'Iái,1iíiểnơ ao DỌ Dam xung ap Đầu BBD phải có tụ đủ lớn để san điện áp tải Nếu băm xung áp dùng để điều chỉnh dòng điện chiều tải (nguồn dịng) biến đổi nguồn DC-DC dùng để điều chỉnh điện áp tải (nguồn áp) Có thể chia biến đổi nguồn DC-DC thành ba loại.Đầu tiên sơ đồ không cách ly: Buck, Boost, Buck-Boost Converter, BBD khơng có thành phần máy biến áp để cách ly nguồn với tải với cấu trúc đơn giản nhung độ tin cậy không cao.Trong ba sơ đồ mạch van gồm phần tử, van MOSFET điơt, có trạng thái đóng cắt ứng với van MOSFET mở van khóa Có thể làm việc chế độ dòng liên tục chế độ dòng gián đoạn.Thứ hai sơ đồ cách ly: Flyback, Forward, Half-Bridge, Full Bridge, cấu tạo có thêm thành phần biến áp với mục đích sử dụng hệ số biến đổi lớn yêu cầu cách ly Các sơ đồ Flayback, Forward sơ đồ nhịp, dùng cho công suất nhỏ, duới 150 w Dải cơng suất cỡ 150 - 300 dùng sơ đồ nửa cầu, công suất yêu cầu cỡ 1000 - 1500 w phải dùng sơ đồ cầu.Cuối sơ đồ cộng huởng: nối tiếp, song song, LCC, LLC ,mặc dù coi dạng BBD cách ly nhung với phuơng pháp chuyển mạch mềm đem lại hiệu suất cao hẳn nhung sơ đồ cách lý thông thuờng 1.2 Tồng quan biến đồi cộng hưởng Với xu huớng thúc đẩy biến đổi nguồn hiệu suất cao, nhà thiết kế cung cấp điện tìm kiếm cấu trúc liên kết khác để cải thiện hiệu cung cấp điện họ.Một cấu trúc liên kết đuợc quan tâm chuyển đổi cộng huởng Truớc đây, chuyển đổi cộng huởng bị bỏ qua phức tạp điều khiển nhung đuợc khắc phục Bộ biến đổi cộng huởng ngày trở nên phổ biến gần khả đạt đuợc hiệu cao thông qua việc chuyển mạch mềm van Các kỹ thuật chuyển mạch mềm nhu chuyển mạch không điện áp (ZVS) hay chuyển mạch khơng dịng điện (ZCS) giúp hạn chế nhiễu điện từ EMI đạt hiệu suất cao.Bộ biến đổi cộng huởng có khả đạt đuợc mật độ cơng suất cao ,có nghĩa kích thuớc biến đổi tổng thể đuợc giảm xuống biến đổi hoạt động tần số chuyển mạch cao áp dụng phuơng pháp chuyển mạch mềm Bộ chuyển đổi cộng huởng phù hợp cho ứng dụng công suất cao (trên 1500w) hoạt độngtốt dải điện áp đầu vào rộng Chi phí thấp - Do tần số chuyển mạch cao nên kích thuớc thành phần thụ động đuợc giảm bớt 1.2.1 Cấu tạo nguyên lý cbunc củf biến đổi cộnc bưởng Hình Sơ đồ khối BBD cộng hưởng Sơ đồ trình bày cấu trúc tổng quan chuyển đổi cộng huởng Một chuyển đổi cộng huởng đuợc chia thành bốn khối chính: Bộ chuyển đổi cầu toàn phần / nửa cầu, Bể cộng huởng, Bộ chỉnh luu Bộ lọc thông thấp Bắt đầu từ phía đầu vào, chuyển đổi tồn cầu / nửa cầu thuờng đuợc đóng cắt với hệ số điều chế (Duty) cố định (~ 50%) với thời gian chết xác định Bộ chuyển đổi cầu thuờng đuợc vận hành cách điều chỉnh hệ số điều chế nhung truờng hợp chuyển đổi cộng huởng, chuyển đổi cầu đuợc điều khiển tần số Điều có nghĩa cách thay đổi tần số biến đổi, thay đổi trở kháng bể cộng huởng Chúng ta thảo luận thêm vấn đề phần sau Đầu chuyển đổi cầu sóng vuông với hệ số điều chế(Duty) cố định, với biên độ Vdc.Bể cộng huởng đuợc tạo thành từ phần tử thụ động (tụ điện cuộn cảm) có số cấu trúc khác Tùy thuộc vào cấu tạo bể cộng huởng, đầu có dịng điện điện áp hình sin Bể cộng huởng tạo dịch chuyển pha điện áp dịng điện đạt đuợc chuyển mạch mềm Kết hợp chuyển đổi cầu bể cộng huởng, ta tạo biến tần cộng huởng cách thêm chỉnh luu lọc thông thấp, tạo chuyển đổi cộng huởng Truớc tìm hiểu sâu chuyển đổi cộng huởng, truớc tiên nên hiểu vài thuật ngữ thuờng đuợc sử dụng để mơ tả chuyển đổi cộng huởng: • Truớc tiên xem xét ý nghĩa cộng huởng Trong đoạn mạch LC nối tiếp đơn giản (Hình 4) tồn điểm mà cảm kháng tụ điện cảm kháng cuộn cảm có độ lớn nhung nguợc dấu Ở tần số cụ thể này, điện kháng trở kháng đầu vào đầu mạch nhỏ Nếu nhìn vào biểu đồ trở kháng so với biểu đồ tần số, thấy tổng điện kháng tụ điện cuộn cảm nhỏ điểm cộng huởng Hình 4.Sơ đồ đoạn mạch LC nối tiếp • Một thuật ngữ khác sử dụng để mô tả cbuyển đổi cộng bưởng Hệ cbất lượng (Quality Factor) Hệ số chất Hình 3.ĐỒ thị trở khảng -tần số lượng (Q) tham số khơng có thứ ngun mơ tả mức độ giảm dao động mạch cộng hưởng Hệ số chất lượng cao phạm vi hoạt động hệ thống hẹp.Hệ số chất lượng định nghĩa tỳ số công suất lưu trữ công suất tiêu tán mạch Điều quan trọng cần lưu ý hệ số chất lượng thay đổi theo tải (tức khơng phải tham số cố định) / QU ỉưu trữ Ptiiután • =I2 X /I R Một biến đổi có vùng làm việc định tùy thuộc thiết kế ,để xác định vùng làm việc ta dựa vào hệ số độ lợi (Gain).Hệ số Gain cho ta biến tỳ số đầu đầu vào bể cộng hưởng ,từ xác định vùng làm việc thiết kế mạch theo yêu cầu: Gain=v iut / V, Hình Đồ thị đặc tính Gain BBD cộng hưởng LLC(m=6) 1.2.2 Quá trìnb cbuyễn mạcb củf biến đổi cộng bưỏng Những biến đổi cộng hưởng sử dụng dao động mạcb LC giải pbáp đe giảm tổn thất chuyển mạch cách tạo điều kiện chuyển mạch mềm cho van.Các van đóng mở dòng qua van điện áp van SVƯITCH1NG Ỉ^ESONANT SVVI7CHINŨ Losses ■' ' Hình So sảnh tổn hao chuyển mạch cững chuyển mạch cộng hưởng Tùy theo dòng điện đặt vào khối cộng hưởng sớm hay trễ pha so với xung mậ®gAđ&n.ptoằặt Rhsngi^Vsộ MyicíííỉyểimàạỗhcdịnịiợHệníeằSgikííáng (ZCs|n • • Chuyển mạch dịng điện khơng(ZCS) xảy dòng điện qua khối cộng hưởng sớm pha xung điện áp đặt vào khối cộng hưởng Do phát xung điều khiển mở van dịng tích lũy diode ngược tụ ký sinh song song giải phóng qua van nên dịng điện qua van mở có xung đỉnh lớn gây nhiễu điện từ tổn hao mở van Trong chuyển mạch điện áp không(ZVS) xảy dòng điện chạy qua khối cộng hưởng trễ pha xung điện áp đặt vào khối cộng hưởng Ở chế độ ZVS: Mosfet phải chịu tổn hao khóa van dịng điện lúc chưa khơng Nhưng dòng lúc nhỏ chuyển sang nạp cho tụ ký sinh d pbó&go?ướảaftcJSfá bơn;ngưỢâóàVan5dẨPtdfflfe1ỉ1kỂiậ?l