Nghiên cứu, phát triển các bộ biến đổi một chiều dựa trên nguyên lý cộng hưởng từ - pdf 15

Download miễn phí Nghiên cứu, phát triển các bộ biến đổi một chiều dựa trên nguyên lý cộng hưởng từ
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.

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

Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí

Tóm tắt nội dung tài liệu:

nh 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 luận
Lời 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
Chương 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 “hard-
switching”: 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 (
on on off off=f .V.(I t I t ) / 2cm sP 
) 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 nhiệttăng 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 hưởngbiến chúng từ có
hại sang có lợi.
Chương 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 intersil
Chương 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 ...

Yêu cầu Download

Tài liệu, ebook tham khảo khác

Nghiên cứu, phát triển các bộ biến đổi một chiều dựa trên nguyên lý cộng hưởng từ - pdf 15

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Tài liệu, ebook tham khảo khác

Học thêm