Trong các ứng dụng mà vấn đề khối lượng và kích thước của bộ biến đổi cần được quan tâm đặc biệt như xe điện máy bay tàu vũ trụ … cấu trúc không cách ly ở hình 2.3 thường được sử dụng thay cho s đồ cách ly trên hình 2.2. Theo chiều thuận, các phần tử L, Q4, D1, C2 tạo ra mạch tăng áp đẩy năng lượng theo chiều từ V1 sang V2, trong khi theo chiều ngược lại các phần tử Q1, D4, L, C1 tạo nên mạch giảm áp đưa năng lượng theo chiều từ V2 về V1.
Hình 2.3. Bộ biến đổi DC/DC 2 chiều không cách ly
Bộ biến đổi DC/DC 2 chiều không cách ly mô tả trong hình 2.3 sử dụng ít phần tử h n so với s đồ hình 2.2 và cũng cho phép dòng năng lượng chạy theo cả 2 chiều. Tuy nhiên s đồ tồn tạí một số nhược điểm:
- Công suất tối đa của s đồ bị giới hạn bởi dòng điện chạy qua cuộn kháng L. Theo [8], khi dòng điện này lớn h n 40A việc thiết kế cuộn kháng trở nên tư ng đối khó khăn.
Chư ng 2 – Bộ biến đổi DC/DC hai chiều
-21-
- Khi độ đập mạch dòng điện trong cuộn kháng cao dung lượng của các tụ C1 và C2 tăng tổn hao trên cuộn kháng và tụ điện lớn dẫn đến làm suy giảm hiệu suất của cả hệ thống.
Trong trường hợp bộ biến đổi cần công suất cao h n dòng điện chạy qua cuộn kháng lớn s đồ nhiều pha xếp chồng sử dụng kỹ thuật đóng cắt xen kẽ (interleave) được mô tả trong hình 2.4 thường được sử dụng để giảm bớt số bộ biến đổi đ n lẻ và nâng cao mật độ công suất [8, 9, 10 . Về mặt lý thuyết số pha sử dụng trong s đồ là không giới hạn tuy nhiên thường bị hạn chế do những nhược điểm của cấu trúc nhiều pha xếp chồng như:
- Sử dụng nhiều van bán dẫn khiến mạch phát xung (driver) phức tạp và gây ra tổn hao phụ
- Sử dụng nhiều phần tử thụ động h n s đồ 2.3
- Cần giữ cân bằng dòng điện trong các pha khiến việc điều khiển phức tạp h n
Chư ng 2 – Bộ biến đổi DC/DC hai chiều
-22-
Dù vậy ưu điểm mà cấu trúc nhiều pha mang lại rất lớn:
- Công suất được chia đều cho các pha nên việc thiết kế tính toán các phần tử mạch từ đ n giản h n
- Việc tăng số pha n lần khiến dòng điện phân cho từng pha giảm n lần điều này cho phép sử dụng van MOSFET thay cho IGBT dẫn đến khả năng tăng tần số đóng cắt, giảm kích thước các phần tử thụ động
- Các pha được điều khiển đóng cắt xen kẽ nhau (lệch nhau 120o điện về pha đối với s đồ 3 pha hình 2.4) nhờ vậy dòng điện đi ra/vào tụ có độ đập mạch nhỏ và tần số cao nhờ đó giảm được đáng kể kích thước và dung lượng của tụ
- Dễ dàng nâng công suất bằng việc tăng thêm số pha
Giả thiết các pha cân bằng: các điện cảm có giá trị như nhau các van bán dẫn có tính chất như nhau xung điều khiển được phân phối đồng đều đến tất cả các pha, việc điều khiển đóng cắt trong s đồ nhiều pha được thực hiện theo nguyên lý điều chế độ rộng xung (PWM) và độc lập nhau với từng pha. Do đó việc phân tích nguyên lý hoạt động của s đồ nhiều pha có thể được quy về s đồ một pha mô tả trong hình 2.5.