Sơ đồ mụ phỏng hệ thống bằng PSIM:
46 (b) Hỡnh 4-2 Kết quả mụ phỏng a- Ở 100% tải, tần số chuyển mạch fs = 100 kHz b- Ở 50% tải và tần số chuyển mạch fs = 115kHz Nhận xột:
- Ở tần số chuyển mạch fs = 100 kHz và fs = 115kHz thỡ cả 2 van cụng suất đều đạt được điều kiện chuyển mạch ZVS.
- Dạng dũng điện đi qua mạch cộng hưởng cú dạng hỡnh sin, tại thời điểm khúa van thỡ dũng điện qua van là rất nhỏ -> giảm tổn hao khi khúa.
- Khi giảm tải, tần số cộng hưởng tăng lờn.
- Dạng điện ỏp đưa vào cuộn sơ cấp của biến ỏp cũng cú dạng sin và liờn tục. - Điện ỏp ra đạt trờn 12V do mạch hở.
Hỡnh 4-3 Mạch thớ nghiệm 4.3.2. Một số kết quả thu được:
48 (b)
(c)
Hỡnh 4-4 Kết quả thu được ở 80% tải
1,2: Dũng điện và điện ỏp phản hồi đưa về mạch vũng khúa pha 3,4: a- Điện ỏp và dũng điện trờn tải
b- Dũng điện và điện ỏp đi vào bộ cộng hưởng c- Điện ỏp UDS và UGS trờn mosfet high-side
50 (c)
Hỡnh 4-5 Kết quả thu được ở 50% tải
1,2: Dũng điện và điện ỏp phản hồi đưa về mạch vũng khúa pha 3,4: a- Điện ỏp và dũng điện trờn tải
b- Dũng điện và điện ỏp đi vào bộ cộng hưởng c- Điện ỏp UDS và UGS trờn mosfet high-side
Ở 25% tải
Hỡnh 4-6 Kết quả thu được ở 25% tải
1,2: Dũng điện và điện ỏp phản hồi đưa về mạch vũng khúa pha 3,4: Điện ỏp và dũng điện trờn tải
- Điện ỏp đầu ra được giữ ở 12V, dũng điện trờn tải Io = 3,49A
Cụng suất đầu ra Po = Vo * Io = 12 * 3,49 = 41,88W
- Tần số chuyển mạch fs = 95,27 kHz lớn hơn tần số cộng hưởng do dũng đi vào khối cộng hưởng chậm pha hơn so với điện ỏp.
- Ta sẽ ước lượng cụng suất tổn hao trờn van bằng cỏc cụng thức sau: a. Tổn hao động: là tổn hao trong quỏ trỡnh chuyển mạch:
Pcm = fs * ( UDS_on * IDS_on * ton + UDS_off * IDS_off * toff ) (*) Trong đú:
fs là tần số chuyển mạch
UDS_on, IDS_on: Điện ỏp, dũng điện trờn van tại thời điểm chuyển từ off -> on UDS_off, IDS_off: Điện ỏp, dũng điện trờn van tại thời điểm chuyển từ on -> off Ton, toff : Thời gian trễ trong quỏ trỡnh chuyển mạch của van
Từ kết quả thực nghiệm ở trờn: UDS_on = 0V; UDS_off = 16V; IDS_off = 0,4A Tra datasheet IRF540N: toff = 74 ns
Thay vào (*) ta được
Pcm = 95270 * ( 0 + 16 * 0,4 * 74 * 10-9 ) = 0,023 W
b. Tổn hao tĩnh: là tổn hao trong quỏ trỡnh dẫn của van, gõy ra do sụt ỏp trờn điện trở của van khi dẫn
52 Vậy tổng tổn hao trờn 1 van là:
Pth = Pcm + Ptĩnh = 0,023 + 0,105 = 0,128 W
Tỉ lệ cụng suất tổn hao trờn van so với cụng suất đầu ra là:
Ta cú thể thấy tốn hảo trờn van là rất nhỏ, do vậy đối với mạch cộng hưởng, diện tớch của cỏc thiết bị tản nhiệt sẽ được giảm thiểu => Nõng cao hiệu suất và mật độ cụng suất của bộ nguồn
Đó thực hiện:
- Phõn tớch được nguyờn lý làm việc của mạch cộng hưởng, xõy dựng được cỏc cụng thức tớnh toỏn, phõn tớch mạch.
- Phõn tớch được phương phỏp điều khiển để ổn ỏp điện ỏp đầu ra và phương phỏp điều khiển mạch half bridge.
- Tiến hành thiết kế thử nghiệm thành cụng, kiểm nghiệm được tớnh đỳng đắn của lý thuyết.
Định hướng mở rộng:
- Nõng cao cụng suỏt của bộ nguồn lờn 120W để đỏp ứng được với nhiều yờu cầu của tải
- Sử dụng chỉnh lưu đồng bộ ( Synchronous Rectifier ) để giảm tổn hao do điện ỏp rơi trờn van gõy ra -> nõng cao hiệu suất
- Sử dụng mạch điều khiển số, linh kiện dỏn để sử dụng trong cỏc mạch tớch hợp. - Tớnh toỏn thiết kế cỏc chế độ bảo vệ quỏ dũng, quỏ ỏp… cho bộ nguồn
- Nghiờn cứu chế tạo bộ biến đổi AC-DC ( PFC ) tạo ra điện ỏp 1 chiều 50V ở đầu vào để hoàn thiện hoàn toàn bộ nguồn tiến tới thương mại húa sản phẩm
Do thời gian và năng lực bản thõn cũn hạn chế nờn kết quả của em chắc chắn cũn nhiều thiếu sút, em rất mong được sự chỉ dạy và đúng gúp ý kiến của thầy cụ và cỏc bạn. Em xin chõn thành cảm ơn!
PHỤ LỤC
Cỏc hàm Matlab xỏc định tớnh chất của bộ biến đổi:
1. Hàm truyền MI2 cấu trỳc nối tiếp
function [tsrc, MI2src] = ham_truyen_MI2_src(QL,A)
i=0 for x = 0:0.01:2 i=i+1; tsrc(i) =x; MI2src(i) = 1./sqrt(1+QL^2*(x-1./x).^2); end end
2. Hàm truyền MI2 cấu trỳc song song:
function[tprc,MI2prc] = ham_truyen_MI2_prc(QL,A) i=0 for x = 0:0.01:2 i=i+1; tprc(i) =x; MI2prc(i) = 1./sqrt((1-x.^2).^2+x.^2/QL.^2); end end
3. Hàm truyền MI2 cấu trỳc LCC:
function [tlcc,MI2lcc]= ham_truyen_MI2_LCC(QL,A)
i=0; for x = 0:0.01:2; i=i+1; tlcc(i) =x; MI2lcc(i) = 1./sqrt((1+A)^2*(1-x.^2).^2+(1./(QL^2))*(x-(1./x)*A/(A+1)).^2) end end
mau = 1 + ((QL*(1+A)).^2)*(x.^2); Zi(i) = QL * sqrt((tu1+tu2)./mau)
end end
5. Phase của trở khỏng vào cấu trỳc LCC
function [tpzi, pzi)= phase_Zi(QL,A)
i=0; for x=0.02:0.02:2; i=i+1; tpzi(i)=x; tanphi=(1./QL)*(x-(1./x)*0.5)-4*QL*x.*(1-(x.^2)); phase_Zi(i) = atan(tanphi)*180/pi; end end
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Vừ Minh Chớnh, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh
“Điện tử cụng suất” - Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật – 2007 2. Trần Trọng Minh
“Giỏo trỡnh điện tử cụng suất” - Nhà xuất bản giỏo dục - 2007 3. Trần Văn Thịnh
“ Tớnh toỏn thiết kế thiết bị điện tử cụng suất”- Nhà xuất bản giỏo dục -2005 4. TimothyL.Skvarenina
“The power electronic handbook” - CRC Press LLC -2002 5. Alex Van den Bossche, Vencislav Cekov Valchev
“Inductors and Transformers for Power Electronics” - CRC Press – 2005 6. KAISU’s Thesis
“A SERIES-PARALLEL RESONANT TOPOLOGY AND NEW GATE DRIVE CIRCUITS FOR LOW VOLTAGE DC TO DC CONVERTER” - Queen’s University Kingston, Ontario, Canada January, 2008
7. Bo Yang’s Thesis
“Topology Investigation for Front End DC/DC Power Conversion for Distributed Power System” - Blacksburg, Virginia – 2003
8. Application Note AN-978
“HV Floating MOS-Gate Driver ICs” – International Rectifier 9. Laszlo Balogh
“Design And Application Guide For High Speed MOSFET Gate Drive Circuits” 10. R. Steigerwald
A comparison of half-bridge resonant converter topologies, IEEE Trans. Power Electron., vol. 3, Mar. 1988, pp. 174–182.
11. M. K. Kazimierczuk, N. Thirunarayan, and S. Shan
“Analysis of series-parallel resonant converter,” IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst.,vol. 29, no. 1, Jan. 1993, pp. 88–99.
12. Datasheets of ICs: HEF4046, IR2103, 1N4148… 13. Cỏc tài liệu tham khảo khỏc trờn internet.