V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : ThS NGUYỄN ĐÌNH PHÚ
2.6.4.Sơ đồ biến đổi DC-DC không cách ly Cuk
Bộ biến đổi DC-DC Cuk phát minh bởi TS. Slobodan Cúk, được thiết kế dựa trên nguyên lý sử dụng hai bộ biến đổi Buck-Boost.
Bộ biến đổi Cuk biến đổi điện áp một chiều thành điện áp một chiều có biên độ cao hơn hoặc thấp hơn biên độ điện áp vào, tùy thuộc vào độ rộng xung, được sử dụng trong các bộ ổn áp công suất nhỏ.
Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý mạch DC-DC Cuk
Bộ biến đổi DC-DC Cuk không cách ly bao gồm hai cuộn cảm L1, L2, hai tụ điện C1, C2, một Diode D, một van bán dẫn Q. Tụ C1 lưu trữ và chuyển năng lượng từ đầu vào sang đầu ra.Ở trạng thái xác lập điện áp trên tụ C1 bằng tổng điện áp của đầu vào và đầu ra.
Hoạt động:
Van Q được điều khiển bởi một xung tần số cao có độ rộng thay đổi (PWM). Độ rộng của xung điều khiển thay đổi và từ đó điện áp ra cũng được thay đổi. Tỉ số giữa thời gian Ton van mở trong một chu kỳ và chu kỳ T được gọi là độ rộng xung
(duty cycle). Ton D
T
=
Hình 2.12 : Tín hiệu điều chế độ rộng xung PWM
Bộ biến đổi Cuk hoạt động ở trạng thái ổn định bao gồm hai trạng thái của van bán dẫn Q (đóng/mở).
Hình 2.13 : Bộ biến đổi ở hai trạng thái đóng/mở van : (a) Van mở, (b) Van đóng
Ở trạng thái thứ nhất khi van Q mở, dòng điện qua cuộn cảm L1 chảy qua diode D, năng lượng được tích trữ trong C1 từ đầu vào và cuộn cảm L1. Năng lượng trong L2 được chuyển ra đầu ra. Dòng trên các tụ giảm 1 cách tuyến tính.
Ở trạng thái thứ 2, khi van Q đóng, dòng điện từ nguồn qua cuộn cảm L1 qua van Q, năng lượng được tích trong L1, tụ C1 giải phóng năng lượng qua cuộn cảm L2. Cả hai dòng điện qua các cuộn cảm tăng tuyến tính.
Hình 2.14 : Dòng điện và điện áp trên các cuộn dây: (a)Cuộn L1; (b) Cuộn L2
Phương trình cân bằng phóng nạp trên tụ C1 :
1. 2.
L off L on I T =I T
(2.12)Trong đó IL1 =Iin ; IL2 =Iout; Toff =(1- D T). ;Ton =D T. Trong đó IL1 =Iin ; IL2 =Iout; Toff =(1- D T). ;Ton =D T.
Suy ra : out 1 in I D I D - = (2.13)
Trong trường hợp lý tưởng, bỏ qua tổn hao, thì công suất đầu ra bằng công suất đầu vào. Ta sẽ có phương trình :
1 out in V D V = - D (2.14) Suy ra : 1 out in D V V D = - (2.15)
Nhận xét : Với bộ biên đổi Cuk điện áp đầu ra có thể lớn hơn hay nhỏ hơn điện áp đầu vào phụ thuộc vào chu kỳ duty D
- Khi 0 < D < 0,5 thì Vout < Vin bộ biến đổi hoạt động ở chế độ Buck - Khi 0,5 < D < 1 thì Vout > Vin bộ biến đổi hoạt động ở chế độ Boost Bộ biến đổi Cuk thích hợp trong các hệ thống DC-DC với đầu vào đầu ra có thể thay đổi linh hoạt để tích hợp hay mở rộng hệ thống.
Bộ biến đổi Cuk thích hợp cho bộ biến đổi năng lượng mặt trời công suất nhỏ, nên đã được chọn để thực hiện trong đề tài này.