Đang tải... (xem toàn văn)
CHƯƠNG 4PHÂN TÍCH CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ CỘNG HƯỞNG LLC
Chương 4: Phân tích các chế độ hoạt động của bộ cộng hưởng LLC CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ CỘNG HƯỞNG LLC 4.1. Dạng sóng dòng điện, điện áp ứng với ba chế độ làm việc ZVS,ZCS và vùng hoạt động cộng hưởng ở tần số cao f 0 = 1/sqrt( L r C r ). Hình 4.1: Đặc tính DC của bộ cộng hưởng LLC Trên hình 4.1 là vùng ZVS Và ZCS của bộ biến đổi half- bridge LLC. Bộ biến đổi half bridge này có hai tần số cộng hưởng. một tần số được xác định bởi những thành phần cộng hượng: L r và C r . một tần số khác được xác định bởi L r , C r và L m . khi bộ biến đổi này làm việc ở tải nặng tần số cộng hưởng sẽ chuyển đến tần số cộng hưởng nhỏ hơn. Với đặc điểm này, khi điện áp vào là 400V, bộ biến đổi sẽ đưa vào hoạt động ở tần số cộng hưởng f 0 là tần số cộng hưởng của mạch cộng hưởng nối tiếp. nếu điện áp vào giảm xuống thì hệ số khuếch đại lớn hơn có thể đạt được tần số chuyển mạch thấp hơn. Với việc lựa chọn các thông số cho mạch cộng hưởng bộ biến đổi half bridge LLC có thể làm việc trong vùng ZVS. Từ hình 4.1 ta thấy, ở phía bên phải tần số f 0 . Tùy thuộc vào tải mà đặc tính làm việc được quyết định. Khi bộ biến đổi làm việc ở tải nặng thì bộ biến đổi làm việc như bộ half bridge nối tiếp. Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 1 Chương 4: Phân tích các chế độ hoạt động của bộ cộng hưởng LLC khi tải nhẹ thì bộ biến đổi làm việc như bộ biến đổi half bridge song song. Vì vậy, trong thiết kế chúng ta có thể lựa chọn bộ biến đổi làm việc ở tần số lớn hơn f 0 mà vẫn có thể làm việc trong vùng ZVS. Từ các thảo luận ở trên, ta có thể chia vùng làm việc của bộ biến đổi half bridge ra làm ba vùng khác nhau như sau: Hình 4.2: Ba vùng hoạt động của bộ biến đổi LLC Trong các thiết kế ta chỉ sử dụng vùng 1 ( region 1) là vùng có tần số chuyển mạch f > f 0 và vùng 2 ( region 2) là vùng có tần số chuyển mạch f< f 0 . Vùng 3 ( region 3) là vùng ZCS là vùng bộ biến đổi tránh làm việc . ở trong vùng 1, bộ biến đổi làm việc tương tự như bộ biến đổi nối tiếp. trong vùng này, L m không tham gia vào cộng hưởng với C r . khi đó L m chi hoạt động như tải của bộ cộng hưởng nối tiếp. bộ biến đổi cộng hưởng LLC có thể làm việc ở chế độ không tải khi tần số chuyển mạch cao và điều kiện ZVS có thể được đảm bảo với bật kỳ hoạt động nào. Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 2 Chương 4: Phân tích các chế độ hoạt động của bộ cộng hưởng LLC Dạng sóng dòng điện sơ cấp và thứ cấp và thứ cấp của bộ biến đổi LLC trong vùng 1 như sau: Hình 4.3: Dạng sóng ở vùng 1 ở trong vùng 2, hoạt động của bộ biến đổi LLC phức tạp hơn. Dạng sóng của bộ biến đổi này như sau: Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 3 Chương 4: Phân tích các chế độ hoạt động của bộ cộng hưởng LLC Hình 4.5: Dạng sóng ở vùng 2 Dạng sóng của vùng 2, hoạt động của bộ biến đổi cộng hưởng LLC được chia làm hai khoảng thời gian rõ rệt. trong khoảng thời gian đầu tiên, Lr cộng hưởng với Cr còn Lm vẫn được giữ bởi điện áp đầu ra. Khi dòng điện cộng hương Lr bằng dòng điện từ hóa máy biến áp Lm, thì sự cộng hưởng giữa Lr và Cr dùng lại. lúc này Lm tham gia vào quá trình cộng hưởng và khoảng thời gian thứ hai được bắt đầu. trong khoảng thời gian này thành phần cộng hưởng sẽ thay đổi thành Cr và Lm nối tiếp Lr. Từ đặc điểm này ta thấy bộ biến đổi LLC là bộ biến đổi đa cộng hưởng. ở những khoảng thời gian khác nhau, tần số cộng hưởng là khác nhau. Chế đồ f<f 0 cho phép sự chuyển mạch mềm của diode chỉnh lưu. Nguyên lý hoạt động của của bộ biến đổi LLC trong vùng 2 được chia làm ba chế độ. Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 4 Chương 4: Phân tích các chế độ hoạt động của bộ cộng hưởng LLC Chế độ 1: ( từ t0 đến t1). Hình 4.6: sơ đồ mạch trong chế độ 1 vùng 2 Chế độ này bắt đầu khi Q2 bị ngắt ở thời gia t0. Lúc này dòng điện qua cuộn dây Lr là âm và nó sẽ chạy qua diode của Q1 tạo điều kiện chuyển mạch ZVS cho Q1. Tín hiệu của cực cổng của Q1 được đưa vào chế độ này. Khi dòng điện qua cuộn dây cộng hưởng Lr chạy qua diode của Q1, I Lr bắt đầu tăng làm cho diode bên thứ cấp D1 dẫn và dòng I 0 bắt đầu tăng Chế độ 2 ( từ t1 đến t2) : Hình 4.7: Sơ đồ mạch trong chế độ 2, vùng 2 Trong chế độ này, diode chỉnh lư đầu ra D1 dẫn. điện áp trên biến áp được giữ ở V 0 . L m được tích trữ với điện áp đầu ra, vì vậy nó không tham gia vào quá trình cộng hưởng. Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 5 Chương 4: Phân tích các chế độ hoạt động của bộ cộng hưởng LLC trong chế độ này, mạch làm việc như bộ biến đổi nối tiếp SRC. Chế độ này kết thúc khi dòng điện qua Lr bằng với dòng điện từ hóa Lm. Dòng điện đầu ra dần tiến đến giá trị không. Chế độ 3( từ t2 đến t3) Hình 4.8: Sơ đồ mạch trong chế độ 2, vùng 3 ở thời gian t2, dòng điện qua hai cuộn dây bằng nhau. Dòng điện đầu ra bằng không. Điện áp thứ cấp của biến áp thấp hơn điện áp đầu ra . do đó, điện áp ra được chia từ máy biến ap. Trong quá trình này , điện áp đầu ra được chia từ sơ cấp cảu biến áp, Lm tham gia vào quá trình cộng hưởng. nó sẻ tạo ra một khối cộng hưởng Lm nối tiếp với Lr và cộng hưởng Cr. Chế độ này kết thúc khi Q1 tắt. dòng qua Q1 mất ở thời điểm t3 là nhỏ so với dòng điện đỉnh. ở chu kỳ tiếp theo sơ đồ hoạt động tương tự. Từ dạng sóng cho thấy, các khóa Mosfet được mở ra với điều kiện chuyển mạch ZVS. Điều kiện chuyển mạch ZVS đạt được với dòng tư hóa. Không có quan hệ với dòng tải. vì vậy điều kiện ZVS có thể thực hiện thậm chí trong điều kiện không tải. dòng từ hóa này còn ngắt dòng điện của Mosfet . điện cảm từ hóa được chọn khác nhau có thể điều khiển được. dòng điện ngắt có thể nhỏ hơn nhiều dòng điện tải. vì vậy, tổn hao khi khóa có thể được giảm xuống. dòng điện bên thứ cấp có thể giảm xuống bằng không. Chính vì thế mà tổn hao các khóa van của bộ biến đổi rất nhỏ. Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 6 Chương 4: Phân tích các chế độ hoạt động của bộ cộng hưởng LLC 4.2. Xây dựng hệ thống tự động điều chỉnh điện áp ra bằng phương pháp ổn định tần số 4.2.1 Nguyên lý điều khiển vòng lặp điện áp Hình 4.9 : Sơ đồ nguyên lý điều khiển điện áp Điện áp ngõ ra được ổn áp và phản hồi thong qua cầu chia áp. Tín hiệu điện áp phản hồi này được đưa về bộ khuếch đại sai lệch để so sánh với điện áp mẫu phía bên ngoài ( V ref ). Bộ khuếch đại sai lệch này đưa ra điện áp điều khiển. điện áp điềukhiển này được đưa vào bộ so sánh để so sánh với tín hệu song răng cưa để tạo ra tín hiệu có dạng xung chữ nhật PWM. Hình 4.10 Tỉ lệ tín hiệu của chu kỳ PWM phụ thuộc vào điện áp điều khiển. tần số của PWM cùng tần số của tín hiệu song răng cưa Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 7 Chương 4: Phân tích các chế độ hoạt động của bộ cộng hưởng LLC 4.2.2 Nguyên lý điều khiển vòng lặp dòng điện Hình 4.11 : Nguyên lý điều khiển dòng điện ở phần sơ đồ điều khiển dòng điện ta thấy tín hiệu song răng cưa được thay thế bằng tín hiệu dòng điện ngõ ra đưa vào bộ so sánh. Sơ đồ này gồm hai vòng: vòng bên trong điều khiển dòng điện, vòng bên ngoài điều khiển điện áp. Cách điều khiển này làm cho tín hiệu dòng điện cùng pha với tín hiệu điện áp. Tín hiệu dòng điện này hoạt động như là dòng điện mẫu . điện áp ngõ ra được điều khiển bởi tín hiệu dòng điện. Về mặt thuận lợi của mô hình này : • Đáp ứng được thời gian quá độ khi có sự thay đổi phụ tải hay nhiễu phụ tải. • Làm dòng điện cùng pha với dạng điện áp do đó loại bỏ được sự trể pha. Cải thiện tốc độ đáp ứng của hệ thống. Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 8 Chương 4: Phân tích các chế độ hoạt động của bộ cộng hưởng LLC 4.2.3 Nguyên lý điều khiển vòng lặp dòng điện trung bình Sơ đồ khối của chế độ điều khiển dòng điện trung bình Hình 4.12 : Sơ đồ nguyên lý điều khiển dòng điện trung bình Thành phần khối chính của bộ bù dòng điện trung bình. Hình 4.13 Chế độ điều khiển dòng điện trung bình gồm có hai vòng. Vòng bên trong điều khiển dòng điện, vòng bên ngoài điều khiển điện áp. Phương pháp này sử dụng trong nhiều Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 9 Chương 4: Phân tích các chế độ hoạt động của bộ cộng hưởng LLC ứng dụng có tần số chuyển mạch cao và công suất có thể lên đến 10kw. Và được ứng dụng trong mạch điều khiển PFC. Thuận lợi: Không yêu cầu bộ bù sườn lên gắn ở bên ngoài Làm tăng độ lợi dc tại tần số thấp Loại trừ được nhiễu Sử dụng trong mạch PFC làm tăng độ lợi DC tại tần số thấp Nguyên lý làm việc: Dòng điện cảm ứng của bộ chuyển đổi i L từ điện trở R S được so sánh với điện áp điều khiển V C qua bộ bù.ngõ ra của bộ so sánh khuếch đại được so sánh với tín hiệu tam giác PWM v m . tại ngõ vào của bộ so sánh phát ra tín hiệu điều khiển cho bộ chuyển đổi Hàm truyền của bộ bù được viết như sau: H C ( s ) = K c (1+ s/w z ) s(1+ s/w p ) Trong đó : K c : là điểm cực tần số cao., ω p vàω z : được xác định bởi: K= 1 R l (C fp +C fz ) ω z = 1 R f C z ω p = C fz +C fp R f C fz C fp Điểm cực: Một bộ lọc được đưa vào để lọc độ gợn và giảm nhiễu. Mạch điều khiển dòng điện trung bình Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 10 . Chương 4: Phân tích các chế độ hoạt động của bộ cộng hưởng LLC CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ CỘNG HƯỞNG LLC 4.1. Dạng sóng dòng. Chương 4: Phân tích các chế độ hoạt động của bộ cộng hưởng LLC Hình 4.5: Dạng sóng ở vùng 2 Dạng sóng của vùng 2, hoạt động của bộ biến đổi cộng hưởng LLC được
