Luận Văn Nghiên cứu, phát triển các bộ biến đổi một chiều dựa trên nguyên lý cộng hưởng từ - DATN DHBK2010

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, hoặc 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.



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

Sự ra đời của bộ biến đổi cộng hưởng 2

1.1.1.

Quá trình phát triển và các ứng dụng 4

1.1.2.

1.2. Điều kiện chuyển mạch mềm ZVS và ZCS . 5

Chuyển mạch dòng điện không (ZCS) . 5

1.2.1.

Chuyển mạch điện áp không(ZVS) 6

1.2.2.

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

Cấu trúc nối tiếp 10

2.1.1.

Cấu trúc LLC 12

2.1.2.

Cấu trúc song song 14

2.1.3.

Cấu trúc LCC 16

2.1.4.

2.2. Phân tích hoạt động bộ biến đổi half bridge LCC. 16

Hoạt động ở chế độ liên tục 17

2.2.1.

Hoạt động ở chế độ không liên tục . 18

2.2.2.

2.3. Phân tích bộ biến đổi half bridge LCC ở chế độ xác lập. 19

Phương pháp phân tích và các giả thiết 19

2.3.1.

Hàm truyền đạt áp . 20

2.3.2.

Phân tích các thông số mạch cộng hưởng . 23

2.3.3.

Ảnh hưởng của chu kỳ làm việc D tới điện áp đầu ra 29

2.3.4.

Chương 3 Phân tích phương pháp điều khiển . 31

3.1. Phân tích phương pháp điều khiển để ổn áp đầu ra . 31

Phương pháp điều khiển tần số . 31

3.1.1.

Phương pháp thay đổi độ rộng xung (PWM) . 37

3.1.2.Điều khiển cả tần số và độ rộng xung . 37

3.1.3.

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

Tính chọn tỷ số biến áp . 42

4.1.1.

Tính chọn MOSFET . 42

4.1.2.

Tính toán các thành phần khối cộng hưởng 43

4.1.3.

4.2. Kết quả mô phỏng 44

4.3. Kết quả thực nghiệm 47

Một số kết quả thu được: 47

4.3.2.

Nhận xét chung . 51

4.3.3.

Phân tích kết quả ở 80% tải 51

4.3.4.

Kết luận