Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0
BỘ BIẾN ĐỔI CỘNG HƯỞNG LLC BA PHA XEN KẼ VỚI
KỸ THUẬT CÂN BẰNG DÒNG LƯỢNG GIÁC TCB
Hoàng Trung Thông
Trường Đại học Thủy lợi, email: thonght@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG Bảng 1. Bộ biến đổi LLC là được cho hoạt
Trong thời gian gần đây, bộ biến đổi cộng động với đầu vào 400V danh định từ tầng
boost PFC. Biến áp cách ly được thiết kế tích
hưởng LLC, đặc biệt với dạng bán cầu, đã
được ứng dụng rộng rãi cho màn hình TV, hợp các thành phần từ hóa gồm điện cảm
các máy tính nhỏ, nơi yêu cầu cao về hiệu công hưởng (LR) nối tiếp điện cảm shunt
suất, mật độ công suất và việc đáp ứng theo (LM) trong cùng một cuộn cảm sơ cấp. Do đó,
chuẩn EMC của các nguồn cấp chuyển mạch không cần thêm cuộn cảm cộng hưởng bên
tần số cao (SMPS). Dòng điện chỉnh lưu hình ngoài. Cuộn dây thứ cấp biến áp được cấu
sin bơm vào tụ đầu ra có thể được giảm nhẹ hình dạng center-tap, nối với các diode chỉnh
bởi sử dụng nhiều nhánh nối song song như lưu Schottky đẩu ra nhằm giảm tổn hao công
trong giải pháp hạ áp xen pha của bộ điều suất. Dung lượng tụ lọc đầu ra được chọn khá
chỉnh điện áp. Cấu hình này đã được trình bày lớn để dễ giảm bớt độ đập mạch điện áp đầu
trong các bài báo [1]-[3] cho 2 nhánh hoạt ra. Dòng điện đầu ra hình sin sau chỉnh lưu
động lệch pha một góc 90 độ. Một trong có biên độ đập mạch đỉnh-đỉnh khá lớn.
những nhược điểm của giải pháp này là sự mất
cân bằng dòng điện do sự không đối xứng của
các linh kiện cộng hưởng trong các nhánh.
Để khắc phục nhược điểm trên, một cấu
hình ba pha của bộ biến đổi cộng hưởng LLC
với các cuộn dây sơ cấp biến áp tại các nhánh
được nối hình sao khắc phục sự mất cân bằng
dòng điện. Sơ đồ cơ bản của một pha LLC và Hình 1. Sơ đồ một bộ biến đổi cộng hưởng
các đặc tính chính của bộ biến đổi công LLC một pha
hưởng nhiều pha được trình bày tóm tắt trong
mục 2. Mục 3 trình bày kết quả thiết kế bộ Bảng 1. Các tham số của bộ biến đổi
điều khiển dùng kỹ thuật cân bằng hình học cộng hưởng LLC
lượng giác dòng điện giữa các nhánh Điện áp đầu vào Vdc = 320 420V
(Trigonometic Current Balancing: TCB) và Vdc Nominal 400V
kết qủa mô phỏng ở mục 4 cho thấy độ ổn Điện áp ra Vout = 48V
định điện áp đầu ra và hiệu suất cao của bộ Công suất tải đầu ra Pout = 3600W
biến đổi ở vùng tải nhỏ. Tần số cộng hưởng fr = 200kHz
Tần số làm việc lớn nhất fMAX = 230kHz
2. BỘ BIẾN ĐỔI CỘNG HƯỞNG BA PHA Tỷ số máy biến áp N = 4.1
XEN KẼ Tụ điện Cr Cr = 70.32nF
Sơ đồ của mô hình cộng hưởng LLC một Điện cảm Lr Lr = 9.01uH
pha dạng bán cầu như được mô tả trong hình 1 Điện cảm từ hóa Lm Lm = 3.92uH
và các thông số khảo sát như liệt kê trong Tụ lọc đầu ra Cout = 10000uF
291
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0
Bộ biến đổi cộng hưởng LLC có đập mạch 3. THIẾT KẾ BỘ CÂN BẰNG DÒNG
điện áp trên tụ lọc đầu ra lớn bởi dòng điện ĐIỆN LƯỢNG GIÁC (TCB).
trước khi chỉnh lưu qua cuộn dây thứ cấp của
Như đã được nêu trong các phần trên,
biến áp. Để giảm bớt dung lượng tụ điện dòng điện không cân bằng giữa các pha làm
và/hoặc độ đập mạch điện áp đầu ra ở trạng độ đập mạch dòng điện đầu ra cao hơn, tổn
thái ổn định, giải pháp xen kẽ các pha có thể hao trên các pha không đều nhau và hậu quả
tiếp cận.
nhiệt độ trong mạch cao hơn, giá trị đỉnh của
Các bộ biến đổi công hưởng được nối song
điện áp và dòng điện cao hơn và tổn hao dẫn
song các nhánh để cấp nguồn cho cùng tải và cũng cao hơn. Nguyên nhân chính của sự
cùng chia sẻ tụ lọc đầu ra có nhược điểm do không cân bằng dòng điện giữa các pha là do
sự bất đối xứng của các linh kiện cộng hưởng
sai số của các phần tử Cr, Lr, Lm giữa các
trong các nhánh. Các nhánh làm việc cùng khối cộng hưởng LLC. Trong phần 4 sẽ trình
tần số chuyển mạch được điều khiển bởi
bày cơ sở toán học để phát triển kỹ thuật
vòng điều chỉnh điện áp, trong khi sự bất đối TCB cho mạch không cần bằng.
xứng của các linh kiện công hưởng khiến cho Dựa trên định luật cosin, mối quan hệ giữa
ba pha xuất hiện các tỷ lệ biến đổi điện áp
các góc và chiều dài các cạnh của một tam
khác nhau. Hậu quả là dòng điện tải không
giác có thể là sử dụng cho các véc tơ dòng
được cung cấp cân bằng từ các pha và thậm điện trong mạch LLC ba pha.
chí dòng ở một pha có thể suy giảm về Nếu góc giữa các vector dòng điện là
không. Trong sản xuất loạt, ta không thể
chính xác 120 độ, dòng điện ở các pha sẽ cân
tránh sự bất đối xứng này, nên trong bài báo
bằng. Trong trường hợp mạch là không cân
này đề xuất một cấu hình ba pha với các cuộn bằng, ta có thể điều khiển hai biến biên độ và
dây sơ cấp biến áp được nối hình sao như góc pha của điện áp đầu vào bằng chuyển
trong hình 2. Với cấu hình này, khả năng cân
mạch các van MOSFET. Biên độ của điện áp
bằng tốt dòng điện cộng hưởng tốt giữa do
đầu vào có thể thay đổi bằng cách điều chế
điều chỉnh điện áp của điểm nôi hình sao. độ rộng xung PWM và góc pha có thể điều
khiển bằng cách dịch pha điện áp đầu vào các
pha. Các vector dòng điện không cân bằng
với vector điện áp đầu vào được dịch pha cơ
một góc cơ bản 120 độ. Ý tưởng là để chính
xác góc giữa các vector dòng điện không cân
bằng bằng cách thay đổi góc giữa các vector
điện áp đầu vào để cho góc các vector dòng
tiến tới 120 độ như trong Hình 3.
Hình 3. Kỹ thuật cân bằng : dịch pha điện
Hình 2. Bộ cộng hưởng ba pha xen kẽ với áp đầu vào để đưa góc pha dòng điện về 120
cuôn sơ cấp các biến áp nôi kiểu hình sao độ nhằm cân bằng dòng điện giữa các pha
292
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0
4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
Kết quả mô phỏng cho thấy điện áp đầu ra
đạt trạng thái xác lập nhanh (sau 0.02s) sau
13O
khi hệ thống bắt đầu được bật với độ quá
điện áp là 2.5V (độ quá điều chỉnh = 5%) độ
đập mạch dòng điện là 0.1A và khi cho tải
thay đổi từ 100% xuống 50% tải thì độ quá
điện áp là 0.4V, ổn định sau 0.01s.
b) Không sử dụng phương pháp TCB
Hình 5. Dạng dòng điện giữa các pha trước
khi sử dụng TCB và sau khi sử dụng TCB
5. KẾT LUẬN
Trong bài báo này, mô hình cộng hưởng
LLC xen kẽ ba pha kết nối hình sao dây quấn
t(s)
sơ cấp các biến áp kết hợp với kỹ thuật cân
bằng dòng lượng giác TCB cho thấy khả
năng cân bằng dòng cộng hưởng giữa các pha
Hình 4. Mô hình mô phỏng Matlab/Simulink được cải thiện đáng kể, khắc phục được
thay đổi tải đột ngột từ 100% nhược điểm sự bất đối xứng do sai số linh
tải xuống 50% tải kiện giữa các khối cộng hưởng. Do đó, độ
đập mạch dòng điện đẩu ra giảm đáng kể cho
Hình dưới thể hiện kết quả mô phỏng đáp phép giảm kích thước tụ lọc đầu ra, giảm tổn
ứng TCB với giả thiết mạch không đối xứng hao công suất và phân bố nhiệt tốt hơn.
có tụ cộng hưởng Cr3 gấp 1.1 lần tụ Cr1 và
Cr2. Dòng điện các pha lệch từ 8% xuống 6. TÀI LIỆU THAM KHẢO
còn 1% nhờ TCB.
[1] Krstíc, M.; Kanellakopoulos I.; Kokotovíc,
Bảng 2. Dòng điện trung bình trên : Nonlinear and Adaptive Control Design.
các pha cộng hưởng John Wiley & Sons, Inc., New York 1995.
[2] M. Gopinath, Bridgeless PFC Converter for
Không sử dụng TCB Sử dụng TCB Power Factor Correction, Research
Pha 1 Pha 2 Pha 3 Pha 1 Pha 2 Pha 3 Scholar, Bharath University, Chenna, India
[3] T. Jin and K.. Smedley: “Multiphase LLC
15A 12A 8A 12A 12.5A 11.5A
series resonant converter for microprocessor
voltage regulation”, IEEE 41st Industry
Applications Conference – IAS, Vol. 5, 8-
12 Oct. 2006, pp. 2136 2143.
1O
a) Sử dụng phương pháp TCB
293
nguon tai.lieu . vn
