muonmaucuocsong_3000
New Member
Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 1
Chương 1 Tổng quan về bộ biến đổi cộng hưởng......................................................2
1.1. Sự ra đời và phát triển của bộ biến đổi cộng hưởng............................................2
1.1.1. Sự ra đời của bộ biến đổi cộng hưởng ....................................................2
1.1.2. Quá trình phát triển và các ứng dụng......................................................4
1.2. Điều kiện chuyển mạch mềm ZVS và ZCS.........................................................5
1.2.1. Chuyển mạch dòng điện không (ZCS) ...................................................5
1.2.2. Chuyển mạch điện áp không(ZVS) ........................................................6
1.3. Cấu trúc chung của bộ nguồn cộng hưởng tải .....................................................8
Chương 2 Phân tích bộ biến đổi cộng hưởng half bridge .......................................10
2.1. So sánh các cấu trúc bộ biến đổi cộng hưởng half bridge.................................10
2.1.1. Cấu trúc nối tiếp....................................................................................10
2.1.2. Cấu trúc LLC ........................................................................................12
2.1.3. Cấu trúc song song................................................................................14
2.1.4. Cấu trúc LCC ........................................................................................16
2.2. Phân tích hoạt động bộ biến đổi half bridge LCC.............................................16
2.2.1. Hoạt động ở chế độ liên tục ..................................................................17
2.2.2. Hoạt động ở chế độ không liên tục .......................................................18
2.3. Phân tích bộ biến đổi half bridge LCC ở chế độ xác lập...................................19
2.3.1. Phương pháp phân tích và các giả thiết ................................................19
2.3.2. Hàm truyền đạt áp.................................................................................20
2.3.3. Phân tích các thông số mạch cộng hưởng.............................................23
2.3.4. Ảnh hưởng của chu kỳ làm việc D tới điện áp đầu ra ..........................29
Chương 3 Phân tích phương pháp điều khiển.........................................................31
3.1. Phân tích phương pháp điều khiển để ổn áp đầu ra...........................................31
3.1.1. Phương pháp điều khiển tần số.............................................................31
3.1.2. Phương pháp thay đổi độ rộng xung (PWM) .......................................37
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi3.1.3. Điều khiển cả tần số và độ rộng xung...................................................37
3.2. Phân tích phương pháp điều khiển mạch half bridge ........................................38
Chương 4 Thiết kế thử nghiệm .................................................................................42
4.1. Tính toán các thông số cơ bản của mạch...........................................................42
4.1.1. Tính chọn tỷ số biến áp.........................................................................42
4.1.2. Tính chọn MOSFET .............................................................................42
4.1.3. Tính toán các thành phần khối cộng hưởng..........................................43
4.2. Kết quả mô phỏng..............................................................................................44
4.3. Kết quả thực nghiệm..........................................................................................47
4.3.2. Một số kết quả thu được: ......................................................................47
4.3.3. Nhận xét chung .....................................................................................51
4.3.4. Phân tích kết quả ở 80% tải ..................................................................51
Kết luậnLời nói đầu
1
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, vấn đề nâng cao hiệu suất và mật độ công suất của các bộ biến đổi sử
dụng van bán dẫn (ví dụ như nguồn switching) đang là một xu hướng được quan tâm và
phát triển trong các ứng dụng điện tử công suất. Để giải quyết yêu cầu này thì việc tăng tần
số làm việc của các van bán dẫn là một phương án rất hiệu quả, tuy nhiên khi tăng tần số
đóng cắt của các van bán dẫn sẽ dẫn đến việc tăng tổn hao và các khó khăn về tản nhiệt.
Mạch biến đổi cộng hưởng ra đời, tạo ra bước đột phá với điều kiện chuyển mạch mềm
(soft switching) nhờ phát xung điều khiển đóng mở van tại các thời điểm mà khi đó dòng
điện chảy qua van, hay điện áp rơi trên van là rất nhỏ (lý tưởng là bằng không - điều kiện
ZCS và ZVS), giảm thiểu tổn hao và áp lực cho van công suất, tận dụng các thành phần kí
sinh vào mạch cộng hưởng, biến chúng từ có hại sang có lợi.
Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu và chế tạo như của hãng ST, Intersil, TI,
Vishay… nhưng ở Việt Nam hiện nay lại chưa có nghiên cứu hay báo cáo chính thức nào.
Với các tiền đề như vậy, đề tài “Nghiên cứu, phát triển các bộ biến đổi một chiều dựa
trên nguyên lý cộng hưởng” được đề xuất để xem xét, giải quyết các vấn đề của các bộ
biến đổi công suất làm việc dựa trên các mạch cộng hưởng.
Nội dung đồ án gồm các phần cơ bản như sau:
- Tổng quan về bộ biến đổi cộng hưởng.
- Phân tích bộ biến đổi cộng hưởng half bridge.
- Phân tích phương pháp điều khiển.
- Thiết kế thử nghiệm.
Sau 4 tháng được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS. Đỗ Mạnh Cường và các
thầy cô trong bộ môn Tự động hoá, đồ án của em đã hoàn thiện. Do thời gian làm đồ án
ngắn và khả năng còn hạn chế, chắc chắn đồ án của em còn nhiều thiếu sót. Em rất mong
nhận được sự đóng góp của thầy cô và các bạn.
Hà nội, ngày 27 tháng 5 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Đức Nghĩa
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiChương 1. Tổng quan về bộ biến đổi cộng hưởng.
2
Chương 1
Tæng quan vÒ bé biÕn ®æi céng h-ëng
1.1. Sự ra đời và phát triển của bộ biến đổi cộng hưởng
1.1.1. Sự ra đời của bộ biến đổi cộng hưởng
Yêu cầu đặt ra đối với bộ biến đổi công suất là kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ,
hiệu suất cao, mật độ công suất lớn. Bộ tản nhiệt và thành phần từ tính là thành phần
chiếm thể tích lớn nhất trong bộ biến đổi, có thể lên tới 80%. Đặc biệt với BBĐ công suất
lớn thì kích thước của các thành phần này sẽ rất lớn. Giảm kích thước các thành phần
trên, đặc biệt bộ tản nhiệt sẽ tăng mật độ công suất lên rất nhiều. Do đó, các bộ biến đổi
tuyến tính sử dụng biến áp lực dần được thay thế bằng các bộ biến đổi switching, chuyển
mạch ở tần số cao để giảm kích thước L,C.
Tuy nhiên bộ biến đổi switching lại gặp phải vấn đề về chuyển mạch là “hardswitching”: do dòng điện và điện áp trên van không thể ngay lập tức tăng lên hay giảm
về không nên các van công suất phải đóng, cắt trong điều kiện dòng và áp cao gây ra tổn
thất chuyển mạch lớn. Quá trình này cũng khiến các van phải chịu các xung dòng điện và
điện áp khá lớn.
Các mạch phụ trợ Snubber thường được thêm vào để giảm du/dt, di/dt và chuyển
tổn hao chuyển mạch, ứng suất trên van công suất sang mạch phụ trợ.
Tuy nhiên phương pháp này vẫn bị hạn chế. Do tổn thất chuyển mạch tỉ lệ với tần
số chuyển mạch ( Pcm s =f .V.(I t I t ) / 2 on on off off ) nên khi tần số chuyển mạch tăng cao
thì tổn thất chuyển mạch là rất đáng kể, do đó giới hạn tần số làm việc của bộ biến đổi.
Đồng thời các thành phần tụ kí sinh & điện cảm rò là nguyên nhân gây ra nhiễu điện từ
(EMI) lớn.
Bộ biến đổi cộng hưởng sử dụng dao động của mạch L-C tạo ra điều kiện chuyển
mạch mềm cho van. Các van sẽ được phát xung đóng, mở khi dòng qua van hay điện áp
rơi trên van bằng 0 (điều kiện ZCS và ZVS). 2 điều này không thể xảy ra đồng thời nên
khi chuyển mạch ở điều kiện ZVS thì sẽ phải chịu tổn hao khi khóa van, còn chuyển
mạch ở điều kiện ZCS thì sẽ chịu tổn hao khi mở van. Tuy nhiên lượng tổn hao này rất
nhỏ so với PWM truyền thống vì lúc này dòng và áp trên van có giá trị nhỏ. Vấn đề
chuyển mạch mềm ZVS và ZCS sẽ được làm rõ hơn ở mục 1.3.Chương 1. Tổng quan về bộ biến đổi cộng hưởng.
3
Hình 1-1 So sánh tổn hao chuyển mạch cứng và chuyển mạch cộng hưởng
Hình 1-2 Đường quỹ đạo đóng, cắt của các hình thức chuyển mạch
Các hình vẽ so sánh cho ta thấy rõ bộ biến đổi cộng hưởng chuyển mạch mềm cho
tổn hao chuyển mạch rất nhỏ so với các bộ biến đổi xung truyền thống.
KL: như vậy sự ra đời của bộ biến đổi cộng hưởng đem lại những lợi ích rất lớn:
Làm giảm đáng kể kích thước L,C, bộ tản nhiệttăng mật độ công suất, giảm kích
thước, trọng lượng và giá thành sp.
Cho phép bộ biến đổi làm việc ở tần số cao với hiệu suất lớn
Tận dụng tụ kí sinh & điện cảm dò vào thành phần cộng hưởngbiến chúng từ có
hại sang có lợi.
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiChương 1. Tổng quan về bộ biến đổi cộng hưởng.
4
1.1.2. Quá trình phát triển và các ứng dụng
Quá trình phát triển của bộ biến đổi cộng hưởng được thể hiện trong bảng 1-1:
Bảng 1-1 Quá trình phát triển của bộ biến đổi công suất
Trên thế giới, hiện nay các bộ biến đổi sử dụng nguyên lý cộng hưởng đã nghiên
cứu và phát triển cho rất nhiều ứng dụng như:
- Chấn lưu điện tử cho đèn khí
- Các thiết bị y sinh (máy tạo tia X trong máy chụp X quang)
- Các thiết bị gia nhiệt (bếp điện từ, lò tui thép, nấu thép)
- Các bộ biến đổi DC-DC tần số cao, mật độ công suất cao dùng trong điện tử viễn
thông và các thiết bị điện tử như TV LCD, sạc laptop,…
Hình 1-3 Bộ nguồn 12V, 120W dùng trong viễn thông của hãng intersilChương 1. Tổng quan về bộ biến đổi cộng hưởng.
5
Ở Việt Nam hiện nay, bộ biến đổi sử dụng nguyên lý cộng hưởng cũng đã được ứng
dụng, tuy nhiên trong lĩnh vực chế tạo nguồn hiệu suất cao và kích thước nhỏ thì chưa có
nghiên cứu hay báo cáo chính thức nào.
1.2. Điều kiện chuyển mạch mềm ZVS và ZCS
Hình 1-4 Cấu hình mạch minh họa điều kiện chuyển mạch mềm
Bộ nghịch lưu đưa ra xung vuông điện áp cấp vào khối cộng hưởng. Do tác dụng
lọc của khối cộng hưởng, dòng điện chảy qua cuộn cảm Ls là hình sin. Tùy theo dòng
chảy vào khối cộng hưởng sớm pha hay trễ pha so với điện áp đặt vào khối cộng hưởng
(thành phần cơ bản của xung vuông điện áp do bộ nghịch lưu đưa vào) mà ta có được
điều kiện chuyển mạch dòng điện không (ZCS) hay chuyển mạch điện áp không (ZVS).
1.2.1. Chuyển mạch dòng điện không (ZCS)
Dạng sóng minh họa quá trình chuyển mạch dòng điện không được thể hiện trong
hình 1-5. Dòng điện chảy qua khối cộng hưởng sớm pha hơn điện áp đặt vào hay chính là
điện áp UDS của van low-side T2. Khi dòng cộng hưởng giảm về 0 và đảo chiều thì dòng
điện chảy qua van T2 về bằng 0 và dòng cộng hưởng được dẫn qua điot ngược của van
T2 do lúc này xung điều khiển vẫn được duy trì trên van T2, điện áp trên van vẫn bằng 0.
Do đó van T2 khóa trong điều kiện dòng điện bằng 0, tổn hao khi khóa van bằng zero.
Tuy nhiên khi phát xung điều khiển để mở van thì do năng lượng tích lũy ở điot
ngược và tụ kí sinh song song được giải phóng qua van nên dòng điện qua van khi mở sẽ
có xung đỉnh lớn, gây ra nhiễu điện từ EMI và tổn hao khi mở van.
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiChương 1. Tổng quan về bộ biến đổi cộng hưởng.
6
Hình 1-5 Dạng sóng minh họa chuyển mạch ZCS
1.2.2. Chuyển mạch điện áp không(ZVS)
Dạng sóng minh họa quá trình chuyển mạch dòng điện không được thể hiện trong
hình 1-5. Dòng điện chảy qua khối cộng hưởng trễ pha hơn điện áp đặt vào hay chính là
điện áp UDS của van low-side T2. Ta có thể nhận thấy không có tổn hao khi mở trên
MOSFET vì khi xung điều khiển được cấp vào van thì diode song song ngược của nó dẫn
dòng và điện áp rơi trên van là bằng không trước khi FET mở để dẫn dòng. Dòng điện
chạy qua diode ngược của FET gây ra bởi quá trình khóa FET còn lại. Ví dụ, nếu van T2
khóa, dòng điện do FET này đang dẫn được duy trì do tác dụng của cuộn cảm cộng
hưởng, dẫn đến dòng chạy ngược lên van T1 phía trên thông qua diode ngược của T1.
Do diode ngược có thời gian khóa tq bằng thời gian dẫn dòng của FET trước khi
điện áp phân cực thuận được đặt lên diode nên không có áp lực chuyển mạch trên diode
KẾT LUẬN
Sau thời gian thực tập tốt nghiệp với nhiệm vụ “ Nghiên cứu, phát triển các bộ
biến đổi một chiều dựa trên nguyên lý cộng hưởng”, em đã tổng hợp được khá nhiều
lượng kiến thức đã học trên giảng đường trong 5 năm học vừa qua.
Em xin chân thành Thank sự chỉ bảo nhiệt tình của thầy giáo TS. Đỗ Mạnh
Cường, các thầy cô giáo trong bộ môn Tự động hoá XNCN và sự giúp đỡ của các bạn đã
giúp em hoàn thành bản đồ án này. Em đã thu được những kết quả cụ thể như sau:
Đã thực hiện:
- Phân tích được nguyên lý làm việc của mạch cộng hưởng, xây dựng được các
công thức tính toán, phân tích mạch.
- Phân tích được phương pháp điều khiển để ổn áp điện áp đầu ra và phương pháp
điều khiển mạch half bridge.
- Tiến hành thiết kế thử nghiệm thành công, kiểm nghiệm được tính đúng đắn của
lý thuyết.
Định hướng mở rộng:
- Nâng cao công suát của bộ nguồn lên 120W để đáp ứng được với nhiều yêu cầu
của tải
- Sử dụng chỉnh lưu đồng bộ ( Synchronous Rectifier ) để giảm tổn hao do điện áp
rơi trên van gây ra -> nâng cao hiệu suất
- Sử dụng mạch điều khiển số, linh kiện dán để sử dụng trong các mạch tích hợp.
- Tính toán thiết kế các chế độ bảo vệ quá dòng, quá áp… cho bộ nguồn
- Nghiên cứu chế tạo bộ biến đổi AC-DC ( PFC ) tạo ra điện áp 1 chiều 50V ở đầu
vào để hoàn thiện hoàn toàn bộ nguồn tiến tới thương mại hóa sản phẩm
ế nên kết quả của em chắc chắ
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 1
Chương 1 Tổng quan về bộ biến đổi cộng hưởng......................................................2
1.1. Sự ra đời và phát triển của bộ biến đổi cộng hưởng............................................2
1.1.1. Sự ra đời của bộ biến đổi cộng hưởng ....................................................2
1.1.2. Quá trình phát triển và các ứng dụng......................................................4
1.2. Điều kiện chuyển mạch mềm ZVS và ZCS.........................................................5
1.2.1. Chuyển mạch dòng điện không (ZCS) ...................................................5
1.2.2. Chuyển mạch điện áp không(ZVS) ........................................................6
1.3. Cấu trúc chung của bộ nguồn cộng hưởng tải .....................................................8
Chương 2 Phân tích bộ biến đổi cộng hưởng half bridge .......................................10
2.1. So sánh các cấu trúc bộ biến đổi cộng hưởng half bridge.................................10
2.1.1. Cấu trúc nối tiếp....................................................................................10
2.1.2. Cấu trúc LLC ........................................................................................12
2.1.3. Cấu trúc song song................................................................................14
2.1.4. Cấu trúc LCC ........................................................................................16
2.2. Phân tích hoạt động bộ biến đổi half bridge LCC.............................................16
2.2.1. Hoạt động ở chế độ liên tục ..................................................................17
2.2.2. Hoạt động ở chế độ không liên tục .......................................................18
2.3. Phân tích bộ biến đổi half bridge LCC ở chế độ xác lập...................................19
2.3.1. Phương pháp phân tích và các giả thiết ................................................19
2.3.2. Hàm truyền đạt áp.................................................................................20
2.3.3. Phân tích các thông số mạch cộng hưởng.............................................23
2.3.4. Ảnh hưởng của chu kỳ làm việc D tới điện áp đầu ra ..........................29
Chương 3 Phân tích phương pháp điều khiển.........................................................31
3.1. Phân tích phương pháp điều khiển để ổn áp đầu ra...........................................31
3.1.1. Phương pháp điều khiển tần số.............................................................31
3.1.2. Phương pháp thay đổi độ rộng xung (PWM) .......................................37
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi3.1.3. Điều khiển cả tần số và độ rộng xung...................................................37
3.2. Phân tích phương pháp điều khiển mạch half bridge ........................................38
Chương 4 Thiết kế thử nghiệm .................................................................................42
4.1. Tính toán các thông số cơ bản của mạch...........................................................42
4.1.1. Tính chọn tỷ số biến áp.........................................................................42
4.1.2. Tính chọn MOSFET .............................................................................42
4.1.3. Tính toán các thành phần khối cộng hưởng..........................................43
4.2. Kết quả mô phỏng..............................................................................................44
4.3. Kết quả thực nghiệm..........................................................................................47
4.3.2. Một số kết quả thu được: ......................................................................47
4.3.3. Nhận xét chung .....................................................................................51
4.3.4. Phân tích kết quả ở 80% tải ..................................................................51
Kết luậnLời nói đầu
1
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, vấn đề nâng cao hiệu suất và mật độ công suất của các bộ biến đổi sử
dụng van bán dẫn (ví dụ như nguồn switching) đang là một xu hướng được quan tâm và
phát triển trong các ứng dụng điện tử công suất. Để giải quyết yêu cầu này thì việc tăng tần
số làm việc của các van bán dẫn là một phương án rất hiệu quả, tuy nhiên khi tăng tần số
đóng cắt của các van bán dẫn sẽ dẫn đến việc tăng tổn hao và các khó khăn về tản nhiệt.
Mạch biến đổi cộng hưởng ra đời, tạo ra bước đột phá với điều kiện chuyển mạch mềm
(soft switching) nhờ phát xung điều khiển đóng mở van tại các thời điểm mà khi đó dòng
điện chảy qua van, hay điện áp rơi trên van là rất nhỏ (lý tưởng là bằng không - điều kiện
ZCS và ZVS), giảm thiểu tổn hao và áp lực cho van công suất, tận dụng các thành phần kí
sinh vào mạch cộng hưởng, biến chúng từ có hại sang có lợi.
Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu và chế tạo như của hãng ST, Intersil, TI,
Vishay… nhưng ở Việt Nam hiện nay lại chưa có nghiên cứu hay báo cáo chính thức nào.
Với các tiền đề như vậy, đề tài “Nghiên cứu, phát triển các bộ biến đổi một chiều dựa
trên nguyên lý cộng hưởng” được đề xuất để xem xét, giải quyết các vấn đề của các bộ
biến đổi công suất làm việc dựa trên các mạch cộng hưởng.
Nội dung đồ án gồm các phần cơ bản như sau:
- Tổng quan về bộ biến đổi cộng hưởng.
- Phân tích bộ biến đổi cộng hưởng half bridge.
- Phân tích phương pháp điều khiển.
- Thiết kế thử nghiệm.
Sau 4 tháng được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS. Đỗ Mạnh Cường và các
thầy cô trong bộ môn Tự động hoá, đồ án của em đã hoàn thiện. Do thời gian làm đồ án
ngắn và khả năng còn hạn chế, chắc chắn đồ án của em còn nhiều thiếu sót. Em rất mong
nhận được sự đóng góp của thầy cô và các bạn.
Hà nội, ngày 27 tháng 5 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Đức Nghĩa
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiChương 1. Tổng quan về bộ biến đổi cộng hưởng.
2
Chương 1
Tæng quan vÒ bé biÕn ®æi céng h-ëng
1.1. Sự ra đời và phát triển của bộ biến đổi cộng hưởng
1.1.1. Sự ra đời của bộ biến đổi cộng hưởng
Yêu cầu đặt ra đối với bộ biến đổi công suất là kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ,
hiệu suất cao, mật độ công suất lớn. Bộ tản nhiệt và thành phần từ tính là thành phần
chiếm thể tích lớn nhất trong bộ biến đổi, có thể lên tới 80%. Đặc biệt với BBĐ công suất
lớn thì kích thước của các thành phần này sẽ rất lớn. Giảm kích thước các thành phần
trên, đặc biệt bộ tản nhiệt sẽ tăng mật độ công suất lên rất nhiều. Do đó, các bộ biến đổi
tuyến tính sử dụng biến áp lực dần được thay thế bằng các bộ biến đổi switching, chuyển
mạch ở tần số cao để giảm kích thước L,C.
Tuy nhiên bộ biến đổi switching lại gặp phải vấn đề về chuyển mạch là “hardswitching”: do dòng điện và điện áp trên van không thể ngay lập tức tăng lên hay giảm
về không nên các van công suất phải đóng, cắt trong điều kiện dòng và áp cao gây ra tổn
thất chuyển mạch lớn. Quá trình này cũng khiến các van phải chịu các xung dòng điện và
điện áp khá lớn.
Các mạch phụ trợ Snubber thường được thêm vào để giảm du/dt, di/dt và chuyển
tổn hao chuyển mạch, ứng suất trên van công suất sang mạch phụ trợ.
Tuy nhiên phương pháp này vẫn bị hạn chế. Do tổn thất chuyển mạch tỉ lệ với tần
số chuyển mạch ( Pcm s =f .V.(I t I t ) / 2 on on off off ) nên khi tần số chuyển mạch tăng cao
thì tổn thất chuyển mạch là rất đáng kể, do đó giới hạn tần số làm việc của bộ biến đổi.
Đồng thời các thành phần tụ kí sinh & điện cảm rò là nguyên nhân gây ra nhiễu điện từ
(EMI) lớn.
Bộ biến đổi cộng hưởng sử dụng dao động của mạch L-C tạo ra điều kiện chuyển
mạch mềm cho van. Các van sẽ được phát xung đóng, mở khi dòng qua van hay điện áp
rơi trên van bằng 0 (điều kiện ZCS và ZVS). 2 điều này không thể xảy ra đồng thời nên
khi chuyển mạch ở điều kiện ZVS thì sẽ phải chịu tổn hao khi khóa van, còn chuyển
mạch ở điều kiện ZCS thì sẽ chịu tổn hao khi mở van. Tuy nhiên lượng tổn hao này rất
nhỏ so với PWM truyền thống vì lúc này dòng và áp trên van có giá trị nhỏ. Vấn đề
chuyển mạch mềm ZVS và ZCS sẽ được làm rõ hơn ở mục 1.3.Chương 1. Tổng quan về bộ biến đổi cộng hưởng.
3
Hình 1-1 So sánh tổn hao chuyển mạch cứng và chuyển mạch cộng hưởng
Hình 1-2 Đường quỹ đạo đóng, cắt của các hình thức chuyển mạch
Các hình vẽ so sánh cho ta thấy rõ bộ biến đổi cộng hưởng chuyển mạch mềm cho
tổn hao chuyển mạch rất nhỏ so với các bộ biến đổi xung truyền thống.
KL: như vậy sự ra đời của bộ biến đổi cộng hưởng đem lại những lợi ích rất lớn:
Làm giảm đáng kể kích thước L,C, bộ tản nhiệttăng mật độ công suất, giảm kích
thước, trọng lượng và giá thành sp.
Cho phép bộ biến đổi làm việc ở tần số cao với hiệu suất lớn
Tận dụng tụ kí sinh & điện cảm dò vào thành phần cộng hưởngbiến chúng từ có
hại sang có lợi.
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiChương 1. Tổng quan về bộ biến đổi cộng hưởng.
4
1.1.2. Quá trình phát triển và các ứng dụng
Quá trình phát triển của bộ biến đổi cộng hưởng được thể hiện trong bảng 1-1:
Bảng 1-1 Quá trình phát triển của bộ biến đổi công suất
Trên thế giới, hiện nay các bộ biến đổi sử dụng nguyên lý cộng hưởng đã nghiên
cứu và phát triển cho rất nhiều ứng dụng như:
- Chấn lưu điện tử cho đèn khí
- Các thiết bị y sinh (máy tạo tia X trong máy chụp X quang)
- Các thiết bị gia nhiệt (bếp điện từ, lò tui thép, nấu thép)
- Các bộ biến đổi DC-DC tần số cao, mật độ công suất cao dùng trong điện tử viễn
thông và các thiết bị điện tử như TV LCD, sạc laptop,…
Hình 1-3 Bộ nguồn 12V, 120W dùng trong viễn thông của hãng intersilChương 1. Tổng quan về bộ biến đổi cộng hưởng.
5
Ở Việt Nam hiện nay, bộ biến đổi sử dụng nguyên lý cộng hưởng cũng đã được ứng
dụng, tuy nhiên trong lĩnh vực chế tạo nguồn hiệu suất cao và kích thước nhỏ thì chưa có
nghiên cứu hay báo cáo chính thức nào.
1.2. Điều kiện chuyển mạch mềm ZVS và ZCS
Hình 1-4 Cấu hình mạch minh họa điều kiện chuyển mạch mềm
Bộ nghịch lưu đưa ra xung vuông điện áp cấp vào khối cộng hưởng. Do tác dụng
lọc của khối cộng hưởng, dòng điện chảy qua cuộn cảm Ls là hình sin. Tùy theo dòng
chảy vào khối cộng hưởng sớm pha hay trễ pha so với điện áp đặt vào khối cộng hưởng
(thành phần cơ bản của xung vuông điện áp do bộ nghịch lưu đưa vào) mà ta có được
điều kiện chuyển mạch dòng điện không (ZCS) hay chuyển mạch điện áp không (ZVS).
1.2.1. Chuyển mạch dòng điện không (ZCS)
Dạng sóng minh họa quá trình chuyển mạch dòng điện không được thể hiện trong
hình 1-5. Dòng điện chảy qua khối cộng hưởng sớm pha hơn điện áp đặt vào hay chính là
điện áp UDS của van low-side T2. Khi dòng cộng hưởng giảm về 0 và đảo chiều thì dòng
điện chảy qua van T2 về bằng 0 và dòng cộng hưởng được dẫn qua điot ngược của van
T2 do lúc này xung điều khiển vẫn được duy trì trên van T2, điện áp trên van vẫn bằng 0.
Do đó van T2 khóa trong điều kiện dòng điện bằng 0, tổn hao khi khóa van bằng zero.
Tuy nhiên khi phát xung điều khiển để mở van thì do năng lượng tích lũy ở điot
ngược và tụ kí sinh song song được giải phóng qua van nên dòng điện qua van khi mở sẽ
có xung đỉnh lớn, gây ra nhiễu điện từ EMI và tổn hao khi mở van.
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiChương 1. Tổng quan về bộ biến đổi cộng hưởng.
6
Hình 1-5 Dạng sóng minh họa chuyển mạch ZCS
1.2.2. Chuyển mạch điện áp không(ZVS)
Dạng sóng minh họa quá trình chuyển mạch dòng điện không được thể hiện trong
hình 1-5. Dòng điện chảy qua khối cộng hưởng trễ pha hơn điện áp đặt vào hay chính là
điện áp UDS của van low-side T2. Ta có thể nhận thấy không có tổn hao khi mở trên
MOSFET vì khi xung điều khiển được cấp vào van thì diode song song ngược của nó dẫn
dòng và điện áp rơi trên van là bằng không trước khi FET mở để dẫn dòng. Dòng điện
chạy qua diode ngược của FET gây ra bởi quá trình khóa FET còn lại. Ví dụ, nếu van T2
khóa, dòng điện do FET này đang dẫn được duy trì do tác dụng của cuộn cảm cộng
hưởng, dẫn đến dòng chạy ngược lên van T1 phía trên thông qua diode ngược của T1.
Do diode ngược có thời gian khóa tq bằng thời gian dẫn dòng của FET trước khi
điện áp phân cực thuận được đặt lên diode nên không có áp lực chuyển mạch trên diode
KẾT LUẬN
Sau thời gian thực tập tốt nghiệp với nhiệm vụ “ Nghiên cứu, phát triển các bộ
biến đổi một chiều dựa trên nguyên lý cộng hưởng”, em đã tổng hợp được khá nhiều
lượng kiến thức đã học trên giảng đường trong 5 năm học vừa qua.
Em xin chân thành Thank sự chỉ bảo nhiệt tình của thầy giáo TS. Đỗ Mạnh
Cường, các thầy cô giáo trong bộ môn Tự động hoá XNCN và sự giúp đỡ của các bạn đã
giúp em hoàn thành bản đồ án này. Em đã thu được những kết quả cụ thể như sau:
Đã thực hiện:
- Phân tích được nguyên lý làm việc của mạch cộng hưởng, xây dựng được các
công thức tính toán, phân tích mạch.
- Phân tích được phương pháp điều khiển để ổn áp điện áp đầu ra và phương pháp
điều khiển mạch half bridge.
- Tiến hành thiết kế thử nghiệm thành công, kiểm nghiệm được tính đúng đắn của
lý thuyết.
Định hướng mở rộng:
- Nâng cao công suát của bộ nguồn lên 120W để đáp ứng được với nhiều yêu cầu
của tải
- Sử dụng chỉnh lưu đồng bộ ( Synchronous Rectifier ) để giảm tổn hao do điện áp
rơi trên van gây ra -> nâng cao hiệu suất
- Sử dụng mạch điều khiển số, linh kiện dán để sử dụng trong các mạch tích hợp.
- Tính toán thiết kế các chế độ bảo vệ quá dòng, quá áp… cho bộ nguồn
- Nghiên cứu chế tạo bộ biến đổi AC-DC ( PFC ) tạo ra điện áp 1 chiều 50V ở đầu
vào để hoàn thiện hoàn toàn bộ nguồn tiến tới thương mại hóa sản phẩm
ế nên kết quả của em chắc chắ
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
Last edited by a moderator: