LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, bộ nguồn điện nói chung là một khái niệm rất quen
thuộc trong đời sống hàng ngày. Trong công nghiệp cũng như trong
sinh hoạt thường nhật, bộ nguồn điện không chỉ có chức năng cung
câp nguồn điện mà nó còn giúp biến đổi, chuyển hóa các mức điện
áp và dòng điện phụ thuộc vào từng yêu cầu của tải.Sự đa dạng về tải
tiêu thụ đặt ra các yêu cầu cao hơn về nguồn cung cấp như hiệu suât,
mật độ điện năng cao, cung cấp nhiều tải cùng lúc, tổn thất trong
mạch nhỏ, độ bền vật liệu, kích thước nhỏ gọn, dải điện áp và dòng
điện ra đa dạng…Với những yêu cầu ngày càng cao đó, hệ thống
nguồn phân tán DPS ra đời như là một nhu cầu cấp bách, mà nó có
thể đáp ứng được hầu hết các yêu cầu đặt ra.
Hệ thống nguồn phân tán DPS là một khái niệm tương đối rộng,
nó bao gồm nhiều khâu, nhiều bộ biến đổi kết hợp với nhau trong một
bo mạch khép kín để tạo ra dạng dòng và áp duy nhất cung cấp cho tải
như các bộ PFC (Power Factor Correction), bộ biến đổi DC/DC, cấu
trúc bus trung gian (Intermediate Bus Architecture)…Trong khuôn khổ
luận văn tốt nghiệp, tôi xin trình bày chủ yếu về bộ biến đổi cộng hưởng
LLC là một trong những phương pháp tối ưu khi chọn bộ DC/DC. Qua
đó thiết kế thử nghiệm và mô phỏng để so sánh giữa tính toán và thực
nghiệm.
Được sự hướng dẫn của Thầy giáo TS. Trần Trọng Minh -
Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài luận
văn tốt nghiệp là: “Nghiên cứu bộ biến đổi Front – End trong hệ
thống cung cấp nguồn phân tán’’.
Luận văn của tôi gồm có 6 chương sau:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống nguồn phân tán DPS
Chương 2: Bộ PFC(Power Factor Correction)
Chương 3: Bộ biến đổi cộng hưởng
Chương 4: Thiết kế thử nghiệm bộ biến đổi
1

1.3. Ưu nhược điểm của nguồn DPS
1.4. Ứng dụng và phương hướng phát triển nguồn DPS
1.5. Kết luận
Với sự phát triển trong ngành công nghệ thông tin, thị trường
cấp nguồn cho các thiết bị viễn thông và máy tính luôn luôn tăng
trưởng mạnh mẽ. Hệ thống nguồn DPS đã được chấp nhận rộng rãi
PFC Front – End
Rectifice
Hình 1.1. Cấu trúc nguồn phân
tán
3
trong các ứng dụng viễn thông và máy tính với tính năng hiệu suất và
ổn định cao. Một trong những khối quan trọng trong nguồn DPS, bộ
biến đổi DC/DC trong bộ biến đổi front-end vẫn đang chịu áp lực
tăng hiệu suất và mật độ công suất. Gần đây, yêu cầu về mật độ công
suất cao với dải tải rộng đang là yêu cầu cấp bách và bộ biến đổi
cộng hưởng LLC ra đời với tính năng đạt hiệu suất cao với khả năng
đáp ứng dải điện áp đầu vào rộng bởi vì đặc tính khuếch đại của nó.
Ở chương sau, tôi đi sâu vào phân tích bộ biến đổi cộng hưởng LLC
qua đó làm tiền đề để dễ dàng hơn trong việc thiết kế, mô phỏng.
4
Chương 2
Bộ PFC(Power Factor Correction)
2.1 Giới thiệu chung
2.2 Ý nghĩa của hệ số công suất trong hệ thống cung cấp điện:
2.3 Các phương pháp nâng cao hệ số công suất.
2.3.1 Điều chỉnh hệ số công suất tuyến tính
2.3.2 Điều chỉnh hệ số công suất phi tuyến tính
2.4 Chỉnh lưu tích cực
2.4.1 Chỉnh lưu có dòng đầu vào hình sin, hệ số công suất điều

b. Vùng 2
Hình 3.13. Mô phỏng chế độ hoạt động ở vùng 2.
7
c. Vùng 3
Hình 3.14. Mô phỏng chế độ hoạt động ở vùng 3.
3.2.4. Nguyên lý hoạt động
Hình 3.15. Các vùng thời gian trong nguyên lý hoạt động.
3.3. Ưu điểm của bộ biến đổi cộng hưởng LLC
Bộ biến đổi cộng hưởng LLC có nhiều ưu điểm vượt trội hơn
so với các bộ biến đổi cộng hưởng khác như.
8
- Giảm tổn thất chuyển mạch thông qua chế độ chuyển mạch ZVS
dẫn đến nâng cao
hiệu suất.
- Dải thay đổi tần số hẹp với dải tải rộng.
- Chuyển mạch ZVS với cả chế độ không tải.
- Năng lượng lan truyền trong mạch nhỏ.
- Dải điện áp đầu vào lớn.
- Đạt hiệu suất rất cao.
- Điện áp ra nhỏ đi kèm với dòng lớn.
- Chuyển mạch ZVS/ZCS đạt được với toàn bộ điều kiện hoạt động.
3.4. Một số mạch LLC trong thực tế
3.5. Các phương pháp điều khiển bộ biến đổi cộng hưởng
3.5.1. Phương pháp điều khiển tần số
Ưu điểm:
- Điều chỉnh tần số dải điều chỉnh rộng.
- Cấu trúc điều khiển đơn giản
Nhược điểm:
Để đảm bảo van chuyển mạch trong điều kiện ZVS ta chỉ thay
đổi tần số chuyển mạch trên tần số cộng hưởng. Vì vậy phương pháp

- Điện áp đầu vào bộ PFC : 220 V (AC)
- Tần số : 50 Hz
- Điện áp đầu ra bộ PFC : 400 VDC
- Công suất bộ PFC : 3000 W
* Bộ biến đổi cộng hưởng LLC
- Điện áp vào danh định : 400 Vdc ( đầu ra bộ PFC)
- Điện áp đầu ra : 48V
- Dòng điện đầu ra : 62,5A
- Công suất bộ LLC : 3000W
- Thời gian hold up yêu cầu: 17ms
- Tụ đầu ra bộ PFC : 2500µF
Hình 4.1. Sơ đồ bộ Front-End.
4.1. Tính toán các thông số đầu vào - đầu ra
4.2 Xác định hệ số điện áp lớn nhất và nhỏ nhất
4.3. Tính toán các thông số mạch cộng hưởng
4.4. Tính toán chọn máy biến áp
4.4.1. Sơ đồ mạch điện tương đương của MBA
11
4.4.2. Tỷ số biến áp
4.4.3. Số vòng dây
4.4.4. Chọn lõi biến áp
4.5. Tính toán cho mạch chỉnh lưu
4.6. Tính toán chọn tụ cộng hưởng
4.7. Kết luận
Ở chương 4, ta đã tính toán xong các phần tử của mạch lực, từ
các số liệu đó làm tiền đề cho việc mô phỏng. Ở chương sau, ta sẽ đi
vào phân tích và tính toán mạch điều khiển từ đó thiết kế hàm truyền
mạch phản hồi thích hợp cho mạch điều khiển.
12
Chương 5

5.4.1. Khảo sát đặc tính tần số của mô hình tín hiệu nhỏ của mạch
LLC
5.4.2. Nhận xét đặc tính tín hiệu ở vùng 1 và vùng 2
5.4.3. Đặc tính động trạng thái nguồn (di chuyển từ điểm B → A)
5.4.4. Hàm truyền tần số đầu ra (frequency – to - out)
5.5. Giới thiệu qua IC FSRS 2100
5.5.1. Các khối cơ bản
5.5.2. Khối dao động bên trong (internal oscillator)
5.5.3. Khâu cài đặt tần số
5.5.4. Mạch bảo vệ
a. Mạch bảo vệ tự động restart
b. Mạch bảo vệ chế độ khóa chốt
c. Mạch bảo vệ quá dòng (OCP)
d. Mạch bảo vệ quá dòng bất thường (AOCP)
e. Mạch bảo vệ quá tải (OLP)
f. Mạch bảo vệ quá áp (OVP)
g. Mạch bảo vệ quá nhiệt (TSD)
5.6. Kết luận
Qua chương 5, ta đã phân tích được mạch phản hồi, từ đó tính
toán các tham số của mạch điều khiển. Việc tính toán chọn van
không cần thiết vì van đã tích hợp trong IC. Từ đó lấy số liệu tính
toán để mô phỏng ở chương 6.
15
Chương 6
MÔ PHỎNG
Trong nội dung luận văn, tôi sử dụng công cụ mô phỏng là
phần mềm Matlab của hãng Mathworks. Các khối được lấy và xây
dựng ở trong Matlab Simulink. Dưới đây là sơ đồ mạch vòng kín
tổng thể bộ nguồn Frond-End ứng dụng bộ PFC sử dụng chỉnh lưu
tích cực và bộ cộng hưởng LLC với các số liệu cụ thể đã được tính

18
6.2.1. Đáp ứng dòng điện, điện áp trên tải, điện áp vào khối VCO
Từ dạng sóng của kết quả mô phỏng ta nhận thấy:
Điện áp tải ổn đinh ở 48VDC là giá trị điện áp đặt trong các
trường hợp tải thay đổi và điên áp đầu vào thay đổi điều này chứng
tỏ:
19
+ Phương pháp điều khiển tần số có khả năng ổn định điện áp
tải theo đúng lý thuyết phân tích trong chương …khi tải hoặc điện áp
vào thay đổi trên hình 3 ta thấy rõ điện áp vào khối VCO đã thay đổi
tương ứng để thay đổi tần số hoạt động của bộ cộng hưởng từ đó ổn
đinh được điện áp ra.
+ Bộ điều khiển PID tổng hợp theo phương pháp ở chương 5
có khả năng ổn định điện áp đầu ra, việc bắt buộc phải cho thêm
thành phần Kd vào bộ điều chỉnh để triệt tiêu điểm cực phức ở tần số
cao (beat frequence) thì bộ điều chỉnh mới có đáp ứng tốt trong quá
trình quá độ, điều này là hoàn toàn hợp lý với các phân tích có được
khi khảo sát đặc tính tần số của BBĐ ở chương 5
Những kết quả phân tích trên cho thấy, bộ điều chỉnh đã đáp
ứng được yêu cầu của bộ nguồn chất lượng cao là giữ cho điện áp
đầu ra luôn ổn định.
6.2.2. Đáp ứng dòng điện, điện áp khối cộng hưởng, tín hiệu điều
khiển và dòng điện qua van.
20
Từ dạng sóng mô phỏng ta có thể thấy:
+ Dòng điện chảy qua khối cộng hưởng rất nhỏ, trễ pha hơn
điện áp đặt vào, van Mosfet được mở với chuyển mạch ZVS. Chuyển
mạch ZVS có thể đạt được với dòng điện nhỏ, mà dòng này không
liên quan đến dòng tải nên ZVS có thể đạt được cả ở chế độ không
tải. Dòng điện này có thể ngắt dòng van Mosfet, Dòng ngắt van có

Phương hướng đề xuất nâng cao hiệu suất bộ biến đổi cộng
hưởng LLC là bằng cách điều khiển thay đổi giá trị điện cảm từ hóa
L
m
, tổn thất chuyển mạch có thể kiểm soát được, điều này giúp nâng
tần số chuyển mạch cao hơn. Đối với một vài dạng vật liệu từ hóa, tần
số hoạt động tối ưu nhất có thể lên đến MHz. Bộ biến đổi cộng hưởng
LLC có thể tận dụng các vật liệu từ hóa này trong bộ biến đổi front-
end.
22
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] TS.Trần Trọng Minh, Điện tử công suất, nhà xuất bản giáo dục,
2002.
[2] Võ Minh Chính - Phạm Quốc Hải - Trần Trọng Minh, Điện tử
công suất, nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2008.
[3] Hangseok Choi, Design Considerations for an LLC
Resonant Converte, CRC Press LLC, 2010.
[4] K.kitiperrachon - C.Bunlaksananusorn, Feedback
Conpensation Design for switched mode power supplies with a
right-half-plane(RHP) zero, 2009.
[5] Bo Yang, Topology investigation for font-end DC/DC
power Conversion for Distributed Power System, september
12/2003, Blacksburg, Virginia.
[6] Fairchildsemi.com, FSFR 2100- Fairchild Power Switch
(FPS
TM
) for half-brigde resonant Converters, Application Note
2010.
[7] Jinhaeng Jang - Minjae Joung - Buynch Choi, Dynamic
Analysis and control Design of Opto-couper Isolated LLC