b, Mô hình bộ biến đổ
2.3.4. Bộ biến đổi kiểu full-bridge có nhánh clamp a Hoạt động ở chế độ nạp (chế độ buck)
a. Hoạt động ở chế độ nạp (chế độ buck)
Bộ biến đổi DC-DC 2 chiều trong khi hoạt động ở chế buck được mô tả ở hình 2.20 . trong chế độ hoạt động này của bộ biến đổi DC 2 chiều bộ biến đổi có thể được thực hiện lai cùng với điện áp không và dòng không ZCZVS của bộ biến đổi cầu full-bridge ở bên thấp .Tuy nhiên bộ biến đổi cầu full-bridge cùng với clamp active có thể đạt được ZVZCS thuận lợi cùng với công tắc clamp có sẵn sử dụng 1 thời gian điều khiển xác định từ những gì đã đề xuất ở [5].
Chỉnh lưu đồng bộ cũng có thể sử dụng cho bên cung cấp dòng điện current –fed ( boost mode side) thiết bị chuyển mạch để giảm tổn thất khi dẫn. Cùng với sự hoạt động mạch clamp , kích hoạt của công tắc clamp , SC m có thể khới động lại dòng freewheeling , và đồng thời thực hiện ZCS cho 1 cặp thiết bị S8 và S6 ,
Nó sẽ đề cập đến khái niệm để đạt được ZVZCS cùng với sự trợ giúp của 1 nhánh clamp bên cung cấp dòng điện đã được giới thiệu.
Hình 2.20: Bộ biến đổi DC-DC 2 chiều ở chế độ nạp
Giản đồ thời gian và dạng sóng trình bày trên hình 4.19.hoạt động không cần chỉnh lưu đồng bộ không cần kích hoạt S1, S2, S3, và S4.
Hình 2.21: Bộ biến đổi DC-DC 2 chiều ở chế độ nạp tương ứng với dòng và áp
Hình 2.22: Biểu đồ dạng sóng của bộ biến đổi DC-DC 2 chiều Giai đoạn 1 :(t0 – t1):
Trước thời gian t0 bên cao công tắc S5 đã sẵn sàng mở , ngược lại bên điện âp thấp các thiết bị chuyển đổi giữ dòng tải freewheeling . Tại thời diểm t0 S6 mở và điện áp Vin (điện áp pin) được đặt vào bên cao của cuộn dây biến áp và Vcd mang tính cực dương. Tại thời điểm này Vcd chỉ thấy bằng sự rò rỉ điện cảm biến áp đó là điện áp phản hồi bên cao. Dòng điện chạy qua cuộn dây biến áp bên cao tăng theo đọ dốc của
Kin in L V
Khi đó dòng điện bên cao của biến áp tăng nhanh đạt mức dòng tải tại t1 dòng freewheeling chỉ được giữ bởi diot của s1 và s2 .phía thứ cấp của biến áp điện áp Vab cũng mang tích cực dương và thay đổi theo sự phản hồi từ bên cao theo biều thức
n Vin
ở đó n là tỷ số của biến áp.
Các diot của s3 và s4 bị khóa trong thời gian này . vấn đề phục hồi các diot xảy ra tại thời điểm khóa .
Giai đoạn 2 (t1 –t2):
Tại thời điểm t1 dòng điện của biến áp đạt mức dòng tải và điện áp Vpn đạt bằng
điện áp
n Vin
.cuộn cảm rò rỉ LK và tụ điện clamp CC tạo thành 1 mạch cộng hưởng ,
chu kỳ cộng hưởng bắt đầu khi tụ điện clamp nạp bằng dòng chay qua diot của công tắc clamp. Quá trình này kết thúc tại t2 khi tụ điện clamp sẽ phóng nhưng bị chặn bởi công tắc clamp SC.
Giai đoạn 3 ( t2-t3):
Sau thời gian t2 , mạch sẽ bước vào giai đoạn hoạt động bình thường . phía đầu ra cuộn dây liên tục được nạp theo sự tăng lên của đường dốc của:
LV V n Vin 0 − Giai đoạn 4 (t3-t4):
Tại thời điểm t3, kết thúc 1 giai đoạn của chu kỳ duty cùng với công tắc S5 bị khóa. Dòng tải bên thứ cấp sẽ nạp điện dung ký sinh của S5 và sụ phóng điện dung ký sinh của s7. diot mắc song song của s7 dẫn dòng rò freewheeling. Phía bên kia vào thời gian này SC sẽ được mở ra , và tụ điện clamp sẽ giữ điện áp Vpn . điện áp này
chính là điện áp được phản hồi tới bên thứ cấp giữa điểm c và d và được đặt vào cuộn cảm rò rỉ và kích hoạt lại dòng freewheeling.
Giai đoạn 5 (t4-t5):
Trong giai đoạn 5, S7 có thể được mở cùng với SVS vì diot mắc song song đang dẫn. và dòng freewheelng ở bên cao liên tục bị giảm về không lúc đó các diot mắc song song của s1 và s2 bắt đầu bị chặn, tại thời điểm này dòng tải đầu ra đang tăng và được cung cấp bởi nhánh clamp.
Giai đoạn 6 (t5-t6):
Tại thời điểm t5 , SC bị khóa . Vpn giảm xuống hết và chu kỳ freewheling ở bên phía điện áp thấp được bắt đầu. so sánh với mạch chuyển đổi bình thường thì sụ khác nhau đó là nó không có dòng freewheling ở bên phía điện áp cao.và như vậy kết quả là tổn thất khi dẫn lưu lại
Giai đoạn 7 (từ t6-t7):
Tại thời điểm t6 , S6 bị khóa dưới điều kiện SCS vì dòng rò đã sẵn sàng đặt lại không.
Giai đoạn 8 (t7-t8):
Tại thời điểm t7, S8 mở và mạch bắt đầu 1 nữa chu kỳ còn lại nó cũng được mô tả giống như trước. chỉ khác đó là điện áp trên biến áp đảo cực tính và các thiết bị chuyển mạch hoạt động đổi thành 1 cặp chéo còn lại.
ở dạng sóng dòng điện hình 4.19 , dường nét đứt biều diễn dòng điện dưới điều kiện hoạt động bình thường .không kích hoạt điện áp nhánh clamp .
Những lợi ích của ZVZCS trong phần này như sau
Sự mất mát dẫn trong suốt chu kỳ freewheeling được khử ở bên phía điện áp cao của thiết bị chuyển mạch.
Tổn thất đóng ngắt bên phía điện áp cao cầu full-bridge được giảm bời việc chuyển sang cuộn sơ cấp .
b.Hoạt động của chế độ xả (chế độ Boost)
Hình 2.23 chỉ ra bộ biến đổi current-fed cách ly full Bride với một nhánh Clam tích cực trong suốt hoạt động chế độ Boost. Trong suốt chế độ này, điện áp của pin 48V sẽ được chuyển đổi tới 400V trên bus DC link.
Hình 2.23: Bộ biến đổi DC-DC 2 chiều trong chế độ xả
Đồ thị thời gian và dạng sóng khóa của bộ biến đổi được thể hiện trong hình 2.24. Bời vì sự đối xứng của bộ biến đổi một chu kì sẽ được mô tả.
Hình 2.24: Dạng sóng điển hình của bộ biến đổi DC-DC 2 chiều trong chế độ xả
Hình 2.25: Bộ biến đổi DC-DC 2 chiều ở chế độ boost Giai đoạn 1:
Khi bộ biến đổi đang hoạt động trong trạng thái ổn định, các cặp van của cầu ở các vị trí dẫn chéo nhau với một chu kì duty lớn hơn 0,5. Kết quả là, cuộn cảm tăng được xả trong suốt khoảng thời gian trùng khi cả 4 van của cầu được mở (T1-T4) và xả khi chỉ có một cặp van chéo nhau được khóa và van Clamp được mở (T5- T7).
Giai đoạn 2 :
Tại T4, van clamp tích cực Sc mở dưới điều kiện chuyển mạch điện áp 0 bởi vì Isc đi qua diode Sc đấu tiên.
Giai đoạn 3 :
Trong suốt khoảng thời gian từ T5 đến T7, sự chênh lệch điện áp giữa tụ điện Clamp và điện áp đầu ra thì được đưa vào cuộn cảm của biến áp.
Dòng tụ điện Clamp Ic chỉ ra sự cân đối giữa chế độ nạp và xả cho phép điện áp Bus một chiều Vpn là Clamp chính xác.
Như vậy, dòng biến áp tăng tại một giới hạn của –(Vc – V0)/Lc. Từ T5 tới T6, dòng dư thừa của cuộn cảm chạy vào trong nhánh Clamp và từ T6 tới T7, tụ điện Clamp cung cấp dòng thiếu hụt tới dòng biến áp.
Thiết kế tụ điện tích trữ năng lượng Cc
Thiết kế CC dựa trên sự cộng hưởng giữa Cc và Lk. Cộng hưởng giữa hai thành phần này xảy ra trong suốt giai đoạn khóa của chế độ hoạt động boost.Vì vậy
khoảng thời cực đại của nó phải vượt quá Ts/2. Tiêu chuẩn để lựa chọn Cc là chu kì cộng hưởng phải lớn hơn Ts/2 có nghĩa như sau :
k S C L T C 2 ) 4 / ( π ≥
Ở đó : Lk = Llk/n2, cuộn cảm biến áp phản ánh phía sơ cấp (phía current-fed) và TS là chu kì của tín hiệu điều khiển cho mỗi van của cầu.
Từ các số liệu phân tích trong chương 3, cuộn cảm yêu cầu (Lk) của biến áp sẽ là 2.10microH để thực hiện chuyển mạch mềm của các Mosfet của bộ biến đổi. Thay thế giá trị của Lk trong 4.1 tạo ra giá trị dưới đây của tụ điện tích trữ năng lượng CC :
FCC ≥8µ