ĐIỀU CHỈNH HỆ SỐ CÔNG SUẤT ( PFC ) PHÂN TÍCH BỘ CHUYỂN ĐỔI DC-DC

Chương 1: Nghiên cứu bộ nguồn phân tán
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ NGUỒN PHÂN TÁN
1. Tổng quan về nguồn phân tán.
Trong các hệ thống điện tử công ngiệp ngày nay, các vi mạch vi xử lý sử dụng điện áp
thấp ( 3V, 5v, 12, 48V…) nhưng chúng đòi hỏi một nguồn dòng đủ lớn có thể lên đến
hàng trăm ampe với mức điện áp nhỏ hơn 1.3V và có kích thước nhỏ gọn, công suất
lớn, hiệu suất cao, dễ dàng lắp đặt sửa chữa, bảo trì và đáp ứng được độ tin cậy của hệ
thống đang là một nhu cầu ngày càng tăng. Chính những nhu cầu trên mà hệ thống
nguồn phân tán ra đời. nó tuy không đáp ứng hoàn toàn nhưng nhu cầu mà các nhà sử
dụng cần nhưng một mặt hệ thống nguồn phân tán đã đáp ứng được các tiêu chuẩn cơ
bản về mặt kỹ thuật như; hiệu suất cao, độ tin cậy. chính vì vậy, mà hệ thống nguồn
phân tán được sử dụng trong lĩnh vực quan trong như:
• cung cấp nguồn trong các hệ thống máy chủ.
• Các hệ thống xử lý và truyền thông tin
• Các hệ thống viễn thông.
Đối với nguồn tập trung do tất cả các IC được tích hợp trên một vi mạch, hoạt động của
các chip tăng lên khi ở tần số cao và sinh nhiệt. vấn đề tản nhiệt để nâng cao hiệu
suất ghặp nhiều khó khăn, làm tăng kích thước bộ nguồn. khó thay đổi và quản lý
nguồn .chính vậy mà nguồn phân tán đã đáp ứng được những nhược điểm của nguồn
tập trung.
Trong các hệ thống máy chủ, nguồn phân tán (DSP dùng để cấp vào các mạch xử lý
tín hiệu, mạch mạch điều khiển, ổ cứng của máy tính. Trong lĩnh vực viễn thông,
nguồn phân tán được sử dụng trong các trạm thu, phát hay các bộ chuyển kênh.
Nhờ những tính năng vượt trội này mà DSP đang ngày càng ứng dụng rộng rãi trong
ngành công nghiệp và đặc biệt là trong lĩnh vực quốc phòng. Người ta đã tạo ra các
brick để nâng cao tính linh động và dễ dàng lắp đặt
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 1
Chương 1: Nghiên cứu bộ nguồn phân tán
Hình 1.1: Cấu trúc bộ nguồn phân tán dạng bus
1.1 Cấu trúc của nguồn phân tán

Cấu trúc nguồn phân tán dùng cho hệ thống máy tính chủ;
Hình 1.2: Cấu trúc nguồn phân tán dùng cho hệ thống máy tính chủ
Trong các hệ thống máy tính chủ nguồn DSP được chia là 3 phần chính
Khối chuyển đổi bên ngoài (boost PFC) nhằm chuyển đổi từ điện lưới một pha
220V sang điện áp một chiều từ ( 300V-400V) dc. Để tăng hiệu suất chuyển đổi khối
này thường sử dụng là mạch tăng áp có ổn áp và điều chỉnh hệ số công suất ngõ ra.
Điện áp 400V- dc này được cung cấp vào hệ thống Bus đầu tiên
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 2
Chương 1: Nghiên cứu bộ nguồn phân tán
Khối biến đổi điện áp DC/DC: khối này dùng để hạ áp từ 400V- dc xuống 12Vdc
để cung cấp vào hệ thống bus thứ hai .
Khối phía sau hệ thồng bus thứ 2 chính là các điểm tải ( POL: point of load), hay
là các mạch chuyển đổi hạ áp ( buck converter) tạo ra điện áp một chiều như: 3V,
2,5V; 1.8V; 1.5V; 1.3V hay cũng có thể cung cấp trực tiếp 12V đến các hệ thống ổ
cứng hay các hệ thống quạt tản nhiệt trong bo mạch chủ.
Nhằm nâng cao hiệu suất và công suất của bộ chuyển đổi, các linh kiện sử dụng
trong hệ thống này chủ yếu là Mosfet, IGBT và các bộ băm xung PWM.
1.2 Cấu trúc của nguồn phân tán dùng trong hệ thống xử lý, truyền thông tin và
viễn thông.
Hình 1.3: DSP dùng trong hệ thống xử lý, truyền thông tin và viễn thông
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 3
Chương 1: Nghiên cứu bộ nguồn phân tán
Từ sơ đồ hình (1.3) ta thấy có sự khác biệt về mặt cấu trúc DSP dùng trong hệ thống
máy tính chủ. Đây là một dạng của hệ thống nguồn DC/DC cách ly dùng để biến đổi
từ hệ thống bus 48V –dc sang hệ thống bus 12V và bus 5V, 3.3V thông qua các bộ
chuyển đổi được gọi là các brick ( hay brick converter ). Bản chất của bộ DC/DC cách
ly chính là sử dụng các biến áp xung. Phía trước các biến áp xung này là các bộ nghịch
lưu như: full bridge control , forward converter control, flyback convereter control.
Phía sau biến áp xung là bộ chỉnh lưu đồng bộ cung cấp cho hệ thống bus 12v và bus
3V,5v. từ hệ thống bus 12v,3v,5v mới cung cấp đến các điểm của tải (POL point of

load) thông qua bộ chuyển đổi hạ áp buck converter.
Ý nghĩa của bộ chuyển chuyển đổi này là để cách ly độc lập giữa hệ thống lưới điện
với hệ thống tải tiêu thụ phía sau nhằm nâng cao tính an toàn và độ tin cậy cho hệ
thống trạm thu phát tín hiệu, tránh ảnh hưởng của sóng hài lên lưới và ngược lại.
1.3 Cấu trúc chung của DSP.
Mặc dù giữa hai cấu trúc DSP cho hệ thống máy tính chủ và DSP cho hệ thống thông
tin và viễn thông có sự khác nhau về mặt cấu trúc. Nhưng nhìn chung hai cấu trúc này
Có những điểm tương cơ bản Về mặt cấu trúc như sau ( hình 1.4):
Hình 1.4: Sơ đồ cấu trúc chung của DSP
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 4
Chương 1: Nghiên cứu bộ nguồn phân tán
Từ cấu trúc hình 1.4 , ta thấy cáu trúc DSP như sau:
DSP= PFC + (DC+AC+DC = DC-DC : có cách ly + DC-DC ( point of load)
Khối PFC: Có nhiệm vụ điều chỉnh hệ số công suất sao cho dòng điện đồng pha với
điện áp và đồng thời tăng áp: chuyển đổi từ điện thế xoay chiều 220VAC sang điện thế
một chiều vào khoảng 400Vdc. Mạch Boost – PFC có ổn áp nhờ vào tụ điện lắp song
song với tải và điều chỉnh hệ số công suất ngõ ra. Điên thế một chiều này được đưa
vào hệ thống Bus đầu tiên.
• Khối DC – DC = DC- AC- DC: Trong đó khối DC – AC là khối nghịch lưu
cộng hưởng tần số cao có cách ly. Mạch nghịch lưu sử dụng sử dụng trong luận
văn này là bộ cộng hưởng LLC do số van phải điều khiển ít , tần số cao và hiệu
suất cao kích thức nhỏ gọn. Khối AC – DC là mạch chỉnh lưu đồng bộ ( full
bridge ).
• Bộ nghịch lưu DC-AC sử dụng mạch dao động L-C tạo điều kiện chuyển mạch
mềm cho các van sử dụng các điều kiện chuyển mạch dòng điện bằng không
(ZCS) hay chuyển mạch điện áp bằng không (ZVS). Điện áp một chiều cấp
vào mạch nghịch lưu tần số cao cho ra điện áp xoay chiều dạng xung vuông.
Xung vuông này được đưa vào khối cộng hưởng tạo điều kiện chuyển mạch
mềm và tạo ra dòng điện sin đưa vào biến áp xung. Điện áp xoay chiều này
được chỉnh lưu đồng bộ tạo điện áp một chiều (+48v-dc).

• Ngoài ra ta còn một hệ thổng chuyển đổi từ 48Vdc xuống 12v- dc thông qua các
bộ chuyển đổi brick converter cung cấp đến hệ thống bus 12V ,3V hay 5V. từ
hệ thống điện bus này ta cung cấp vào mạch chuyển đổi buck nhằm tạo ra các
điện thế : 1.8V, 1.3V, hay 1v… để cung cấp cho bộ nhớ, hay chip vi xử lý.
Mạch sử dụng phổ biến nhất chính là mạch Buck converter đến nhiều điêm của
tải ( POL= poin of load – dđiểm của tải ).
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 5
Chương 1: Nghiên cứu bộ nguồn phân tán
CHƯƠNG 2
PHÂN TÍCH MẠCH PFC
2.1 Các mạch PFC thường dùng :
Hình 2.1: Mạch PFC cơ bản
2.2. Ý nghĩa của việc điều chỉnh hệ số công suất.
Việc điều chỉnh hệ số công suất được chia làm hai phần: điều chỉnh PFC tuyến tính v2
điều chỉnh PFC phi tuyến.
Điều chỉnh PFC tuyến tính:
Điều chỉnh PFC truyến tính áp dụng cho các thiết bị tiêu thụ trực tiếp điện áp lưới.
Việc điều chỉnh có thể đạt được bằng việc thêm vào hay bớt ra các cuộn dây hay tụ
điện cho thiết bị. Như động cơ mang tính cảm kháng có thể điều chỉnh PFC bằng việc
đấu thêm một tụ song song cuộn dây vận hành nhằm giúp triệt tiêu công suất phản
kháng, làm giảm công suất biễu kiến và tăng hệ số PF. Thiết bị điều chỉnh hệ số công
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 6
Chương 1: Nghiên cứu bộ nguồn phân tán
suất không những được áp dụng trong ngành công nghiệp điện mà nó còn có thể sử
dụng với người dùng cá nhân khi muốn làm giảm tổn hao trên đường truyền và ổn định
điện áp cho tải.
Thiết bị điều chỉnh hệ số công suất thực chất là một thiết bị cung cấp một công suất
phản kháng tương ứng và đối nghịch lại với công suất phản kháng được tạo ra của
thiết bị. Thêm tụ điện hay cuộn dây vào quá trình để huỷ bỏ đi hiệu ứng cảm ứng hay
điện dung tương ứng được tạo ra. Động cơ có tính cảm ứng có thể được bù bằng các tụ

lọc, lò hồ quang điện có tính điện dung có thể bù bằng các cuộn dây.
Khi thêm vào hay lấy ra các thiết bị bù công suất phản kháng có thể tạo ra sự biến
động điện áp hay tạo ra các méo hài, trong trường hợp xấu nhất các thành phần bù
công suất phản kháng có thể tạo ra hiện tượng cộng hưởng với hệ thống được bù, làm
cho điện áp tăng cao và gây mất ổn định cho hệ thống. Do vậy việc điều chỉnh hệ số
PFC không thể đơn giản là việc thêm hay bớt các thành phần, mà nó cần được tính
toán kỹ phù hợp với từng mức công suất tải trên thiết bị.
Để tránh trường hợp trên, ứng dụng việc bù hệ số công suất PFC bằng các thiết bị bù
tự động. Thiết bị này bao gồm nhiều tụ điện được đóng hay ngắt ra khỏi thiết bị được
bù công suất phản kháng bằng các công tắt. Các công tắt này lại được điều khiển bằng
một thiết bị điều khiển trung tâm có khả năng đo hệ số công suất bằng việc đo dòng tải
và điện áp của thiết bị qua các cảm biến dòng được gắn trên đường truyền dẫn điện
năng, trước khi vào thiết bị. Tuỳ thuộc vào tải và hệ số công suất của thiết bị, bộ điều
khiển sẽ đấu nối tuần tự các tụ bù vào mạch sao cho giá trị hệ số công suất luôn ở trên
giá trị được chọn.
Một cách khác để điều chỉnh hệ số công suất là dùng động cơ đồng bộ, động cơ đồng
bộ cung cấp một công suất phản kháng có chiều nghịch với chiều công suất phản
kháng của thiết bị, tính chất tiêu thụ công suất phản kháng của động cơ đồng bộ được
xem là một tính chất đặt biệt của loại động cơ này, nó được xem tương đương như một
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 7
Chương 1: Nghiên cứu bộ nguồn phân tán
tụ đồng bộ. Ngoài ra trong ngành công nghiệp điện còn có nhiều phương pháp để điều
chỉnh hệ số công suất khác như bằng các thiết bị điện tử sử dụng Thyristor chẳng hạn.
Điều chỉnh hệ số công suất phi tuyến tính
Tải phi tuyến thường là dạng tải chỉnh lưu, không sử dụng trực tiếp từ điện xoay
chiều mà nắn lại thành dạng điện một chiều-chỉnh lưu như các bộ nguồn máy tính
(PSU), adaptor,…hay các thiết bị sử dụng năng lượng gián đoạn-liên tục như máy hàn,
bóng đèn huỳnh quanh, ,các thiết bị này trong quá trình tiêu thụ năng lượng còn tạo ra
các dạng sóng hài có tần số là bội số của tần số điện lưới, chèn vào tần số điện lưới.
Các thành phần linh kiện tuyến tính như cuộn dây và tụ điện không thể loại bỏ được

các dải tần số mới được tạo ra này, vì vậy nó phải dùng các bộ lọc hay bộ điều chỉnh
hệ số công suất có thể làm phẳng dòng điện ra trên mỗi chu kỳ nhằm giảm dòng hài.
Trong các loại tải phi tuyến tính đó thì PSU được sử dụng nhiều nhất, với thiết kế
chuyển đổi năng lượng theo kiểu đóng/cắt (switching). Trước đây các bộ nguồn này
chỉ đơn giản được thiết kế với một cầu nắn điện chỉnh lưu toàn sóng nạp một mức điện
áp dưới mức chịu đựng được của tụ điện. Điều này sẽ tạo ra một dòng điện nạp ban
đầu rất cao, hệ số công suất rất thấp, đồng thời tạo ra các sóng hài không có lợi.
Điều chỉnh hệ số công suất thụ động – Passive PFC
Phương pháp Passive PFC đơn giản chỉ là sử dụng một bộ lọc, bộ lọc này chỉ cho qua
dòng điện có tần số bằng với tần số điện lưới (50Hz hoặc 60Hz) và chặn không cho các tần số
sóng hài đi qua. Lúc này tải phi tuyến tính có thể xem như một tải tuyến tính, hệ số công suất
đã được nâng cao hơn.
Tuy nhiên yêu cầu cần phải có cuộn cảm có giá trị cảm kháng lớn đã làm cho bộ lọc
cồng kềnh và có giá thành cao, nhưng thực tế với mạch Passive PFC có cuộn dây tuy lớn hơn
cuộn dây của mạch điều chỉnh hệ số công suất tích cực Active PFC nhưng giá thành chung lại
rẻ hơn. Đây là một phương pháp đơn giản và rẻ tiền để điều chỉnh hệ số công suất và làm
giảm sóng hài tuy nhiên nó lại không hiệu quả bằng phương pháp điều chỉnh hệ số công suất
tích cực Active PFC.
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 8
Chương 1: Nghiên cứu bộ nguồn phân tán
Điều chỉnh hệ số công suất tích cực – Active PFC
Là một hệ thống điện tử công suất có chức năng kiểm soát năng lượng cung cấp cho tải, điều
chỉnh hệ số công suất ở mức tốt nhất trên mọi mức tải. Trong thiết kế thực tế, mạch Active
PFC điều khiển dòng nạp cho tải sao cho dạng sóng của dòng vào cùng pha với dạng sóng ở
đầu vào (ở đây là sóng sin). Về cơ bản có 3 dạng mạch Active PFC được sử dụng là; Boost,
Buck và Buck-Boost.
Trong PSU, dạng mạch được sử dụng thông dụng nhất là Boost. Một mạch chuyển đổi
được chèn vào giữa cầu nắn điện và tụ lọc chính. Nó tạo một điện áp DC ổn định ở đầu
ra và duy trì dòng điện vào luôn đồng pha với tần số của điện áp vào. Phương pháp
này đòi hỏi phải thêm một số linh kiện chuyển mạch bán dẫn công suất và mạch điều

khiển nhưng bù lại nó có kích thước nhỏ hơn mạch Passive PFC.
Dạng mạch điều chỉnh hệ số công suất Active PFC có thể hoạt động trên một dải điện
áp vào rất rộng, từ 90VAC đến 264VAC, đặt tính này rất được người dùng chào đón,
nó giúp cho họ không cần quan tâm tới mức điện áp phù hợp với PSU tại khu vực
mình đang ở, ngoài ra nó còn giúp PSU hoạt động được ở những khu vực có điện áp
AC không ổn định.
Bảng so sánh hiệu quả của các mạch điều chỉnh công suất phi tuyến tính
Không có PFC PFC thụ động PFC tích cực
Hệ số PF 0.5 0.65 0.7 0.75 > 0.9
Dải điện áp AC vào
90 – 135Vac
(115Vac)
90 – 135Vac
(115Vac)
94- 264Vac
180 – 264Vac
(230V-ac)
180 – 264Vac
(230V-ac)
Tầm quan trọng của việc điều chỉnh hệ số công suất trong việc truyền dẫn điện năng
Thực tế cho thấy công ty cung cấp điện bán cho người dùng dưới hai giá trị là điện áp và dòng
điện nhưng hóa đơn tiền điện được tính bằng Wat. Nếu hệ số công suất của thiết bị có giá trị
thấp hơn 1 thì cần phải có nhiều công suất VA được truyền đi để có thể đáp ứng được công
suất W thật. ngoài ra còn phải tăng chi phí thực hiện việc truyền dẫn điện
Lưu ý: hiệu suất làm việc của thiết bị sử dụng không phụ thuộc vào thiết bị đó có PFC hay
không.
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 9
Chương 1: Nghiên cứu bộ nguồn phân tán
Sụ ảnh hưởng của sóng hài lên chất lượng công suất.
Do dòng điện và điện áp có độ méo dạng nên sinh ra các sóng hài làm ảnh hưởng chất lượng

công suất, tổn thất điện năng, tăng tổn thất lõi thép trong máy biến áp
2.3. Phân tích mạch điều khiển boost PFC
Phân tích mạch boost –PFC
Hình 2.2: Mạch ổn áp tăng áp boost - PFC
Trong sơ đồ trên, phần tử đóng ngắt chính không làm nhiệm vụ nối tải vào nguồn mà
chỉ nạp năng lượng vào cuộn cảm L. cuộn cảm L mắc nối tiếp giữa tải với nguồn. khi
V thông, cuộn L nạp năng lượng bằng dòng điện i
v
đi từ nguồn qua L, qua van V. khi
van V khóa lại, dòng điện qua cuộn cảm tiếp tục được duy trì bằng dòng I
D
qua diode
D và phụ tải. giá trị tụ C có giá trị đủ lớn, mắc song song với tải để san phẳng điện áp,
vì vậy, có thể giả th vì vậy có thể giả thiết điện áp trên tải U
o
gần như không thay đổi
trong chu kỳ đóng cắt của van V. Như vậy khi V mở do có điện áp trên tải U
o
mà điôt
D khoá lại.
Tương tự như đối với sơ đồ nối tiếp, ta có hệ phương trình mô tả mạch điện có dạng:
Khi V mở: . ( 2.1)
Khi V khoá: . (2.2)
Với giả thiết U
o
=const dòng qua cuộn L có dạng tuyến tính. Trong chế độ xác lập giá
trị trung bình của điện áp trên cuộn cảm trong một chu kỳ đóng cắt T phải bằng không.
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 10
Chương 1: Nghiên cứu bộ nguồn phân tán
(2.3)

Từ phương trình (2.3) ta suy ra
(2.4)
Tại t=t
x
ta có: . Từ đây suy ra độ đập mạch dòng điện bằng:
( 2.5)
Vì nên U
o
>U
g
. Như vậy sơ đồ làm việc như một bộ biến đổi tăng áp. Về ý
nghĩa vật lý từ các hệ phương trình trên cũng có thể thấy rằng mạch chỉ có thể làm
việc trong chế độ xác lập nếu như trong khoảng t=t
x
÷ T dòng trong cuộn cảm L phải
có tốc độ âm (dòng phải giảm), tức là , hay U
o
>U
g
.
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 11
Chương 1: Nghiên cứu bộ nguồn phân tán
Hình 2.3: dạng xung dòng điện, điện áp của các phần tử trên sơ đồ DC-DC song song (
boost converter )
(a): Dạng xung của van V
(b): Dạng điện áp trên cuộn cảm L
(c): Dạng dòng qua cuộn cảm
(d) : Dạng điện áp và dòng điện áp qua tụ.
Khác với Buck Converter dòng trung bình qua cuộn cảm I
L

trong Boost Converter
không bằng dòng tải I
o
vì dòng cuộn cảm chạy qua phía tải chỉ trong thời gian (1 –
D)T
s
. Có thể xác định dòng I
L
từ mối quan hệ về công suất giữa đầu ra với đầu vào.
Bỏ qua tổn hao trên các phần tử thì công suất trung bình lấy từ nguồn phải bằng công
suất trên tải, nghĩa là:
.
Do đó:
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 12
Chương 1: Nghiên cứu bộ nguồn phân tán
, (2.6)
Trong đó: , là tham số điều chỉnh. Đối với điện áp ta cũng có mối
quan hệ giũa điện áp đầu ra, đầu vào như sau:
. (2.8)
Hai biểu thức(2.6), ( 2.7) đôi khi gọi là mô hình máy biến áp một chiều của bộ biến đổi
DC-DC tăng áp với hệ số máy biến áp bằng (1 – D). Đồ thị dạng dòng dòng điện, điện
áp của các phần tử trên sơ đồ cho trên hình 2.3.
2.4. Tính toán mạch boost – converter:
Dòng trung bình qua cuộn cảm biểu diễn qua dòng tải bằng
(2.9)
Độ đập mạch dòng qua cuộn cảm bằng:
( 2.10)
Độ đập mạch của điện áp trên tụ đầu ra được xác định khác hơn so với sơ đồ Buck
Converter . Trong Boost Converter khi van V thông điôt D không thông, khi đó dòng
tải hoàn toàn do tụ C cung cấp. Với giả thiết điện áp trên tụ đập mạch không đáng kể

có thể coi rằng dòng tải gần như không đổi và bằng giá trị dòng trung bình I
o
. Như vậy
trong khoảng thời gian t
x
= DT
s
điện áp trên tụ bị sụt giảm đi giá trị bằng
∆
U
C
=
∆
U
o
,
trong đó:
(2.11)
Sử dụng (2.10) và (2.11), cho trước độ đập mạch dòng qua cuộn cảm cỡ 10 ÷ 30%I
L
,
độ đập mạch điện áp trên tải cỡ 0,1 ÷ 1%U
o
, có thể xác định được giá trị L và C.
Dòng đỉnh qua van và điôt bằng:
(2.12)
Dòng trung bình qua van và điôt bằng:
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 13
Chương 1: Nghiên cứu bộ nguồn phân tán
( 2.13)

2.5 Mô hình hóa mô phỏng mạch điều khiển Boost PFC
Hình 2.4 : Mạch điều khiễn Boost PFC
Mạch này cung cấp điện áp ổn áp ngõ ra 400Vdc . phạm vi điện áp AC cho phép thay
đổi trong khoảng 85VAC – 246VAC. Chức năng của mạch như sau:
Gồm cuộn dây lọc nhiễu điện từ L1,C1 và L2. Cầu diode chỉnh lưu từ AC sang DC.
Các phần tử cơ bản L3, Q,D1,C5 là thành phần chính trong mạch boost converter. Tụ
C2 dùng để lọc độ gợn tần số switching của điện áp AC. Các phần tử L4,D2,C3,D3,R1
và C4 phụ trợ cho diode D1 tạo dòng điện phục hồi.
Mạch điều khiển vòng lặp có ổn áp gồm R9,R10,R8,C9,C8,C7 và IC2 phát hiện điện
áp sai lệch từ điện áp phản hồi đưa về. ngỏ ra của IC2 được đưa về mạch nhân ( mạch
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 14
Chương 1: Nghiên cứu bộ nguồn phân tán
tích đạo hàm ) chỉnh lưu điện áp ngõ vào,, do đó tạo ra tín hiệu dòng điện mẫu tại ngõ
ra của khối mạch nhân.
Vòng lặp ổn áp dòng điện được thực hiện bởi R2, R3,R4,C6,C5,C7 và IC1 tạo ra tín
hiệu sai lệch dòng điện tại ngõ vào dương của IC1đưa vào bộ PWM
Mạch PWM so sánh với tín hiệu răng cưa để tạo ra tín hiệu chi kỳ làm việc dùng để
điều khiển Q.
Mô hình hóa đơn giản của mạch
Hình 2.5 : Mô hình hóa đơn giản của mạch Boost PFC
2.6 Mạch điều khiển PFC dùng IC LM4821 :
Trung tâm của bộ điều khiển PFC chính là độ lợi của bộ điều chế. Độ lợi của bộ điều
chế có 2 ngõ vào và một ngõ ra. ( hình 13.2 )
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 15
Chương 1: Nghiên cứu bộ nguồn phân tán
Hình 2.6: Điều khiển giá trị dòng trung bình PFC ( ML 4821)
Bên trái ngõ vào của bộ điều chế được gọi là dòng điện mẫu (I
SIN
). Dòng điện mẫu
này là dòng vào mà tỉ lệ với dạng sóng điện áp chỉnh lưu ngõ vào. Vị trí ngõ vào khác

ở phía dưới bộ điều chế, là bộ khuếch đại độ sai số của điện áp. Bộ khuếch đại sai số
lấy điện áp ngõ ra ( dung một bộ chia áp) ở phía sau diode tăng áp và so sánh với điện
áp mẫu 5V. bộ khuếch đại sai lệch điện áp sẽ có một băng thông nhỏ để không để cho
bất kỳ thay đổi đột ngột đầu ra hoặc độ gợn thất thường ảnh hưởng đến đầu ra của bộ
khuếch đại.
ở hình vẽ trên cho thấy rằng phạm vi của các khối ML4821 (bộ điều khiển PFC chuẩn)
để tạo ra hệ số công suất lớn hơn 95% các khối này bao gồm:
• Bộ điều khiển vòng lặp điện áp
• Bộ điều khiển vòng lặp dòng điện
• Bộ điều chế độ rộng xung
• Bộ điều chế độ lợi
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 16
Chương 1: Nghiên cứu bộ nguồn phân tán
Mục đích của bộ điều khiển lặp dòng điện là để dạng sóng dòng điện cùng pha với
dạng sóng điện áp. Để dòng điện cùng pha với điện áp, bộ khuếch đại dòng điện ở bên
trong phải được thiết kế đủ băng thông đủ để giữ lại các sóng hài điện áp ngõ vào.dải
băng thông này được thiết kế dung các tụ và điện trở bên ngoài. Băng thông này được
thiết kế trong mọi trường hợp đến một vài Khz ( không bị ảnh hưởng bởi bất kỳ đột
ngột nào thoáng qua), các băng thông này sử dụng thông tin từ bộ điều chế độ lợi để
điều chỉnh độ rộng xung nơi mà Mosfet bị mở hay đóng.
Bộ điều chế độ lợi và bộ điều khiển vòng lặp điện áp làm việc với nhau để lấy mẫu
điện áp và dòng điện ngõ vào tương ứng. hai cách đo này là để so sánh lại với nhau để
xác định. Cách giải quyết này là để so sánh với điện áp mẫu của dòng điện ngõ ra để
xác định chu kỳ của PWM. ( hình 2.12 )
Hình 2.7: Điều chế sườn lên để xác định chu kỳ PWM
Điều khiển độ rộng xung sử dụng sườn lên ( điều chế sườn lên khi ngõ ra của switch
trạng thái mở khi đó ngõ ra của bộ so sánh qua sườn phía sau của xung răng cưa đã
được chọn. )
Các đường thẳng mà đi qua sung răng cưa thì ngõ ra của bộ khuếch đại vi sai nằm
trong phạm vi điều khiển điện áp. Ngõ ra của bộ khuếch đại vi sai đưa vào RS –FF để

điều khiển công suất của Mosfet .dòng điện trunng bình ở chế độ dang sóng ( hình 15.2
)
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 17
Chương 1: Nghiên cứu bộ nguồn phân tán
Hình2.8 : Dạng song chế độ điêu khiển dòng điện trung bình
2.7 Mộ phỏng mạch điều khiển Bost PFC
1.7.1 Mạch điều khiển PFC có cuộn cảm L
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 18
Chương 1: Nghiên cứu bộ nguồn phân tán
Hình 2.9: Mạch điều khiển PFC khi có cuộn cảm L
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 19
Chương 1: Nghiên cứu bộ nguồn phân tán
Hình 2.5: Kết quả mô phỏng mạch điều khiển PFC
1.7.2 Mạch điều khiển PFC không có cuộn cảm L
Hình 2.10: Mạch điều khiển PFC không có cuộn cảm L
Hình 2.11: Kết quả mô phỏng mạch điều khiển PFC
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 20
Chương 1: Nghiên cứu bộ nguồn phân tán
Kết luận:
Từ kết quả mô phỏng ta thấy rằng, vai trò của cuộn cảm L được đưa vào nhằm giảm
bớt độ trễ sự chậm pha. Làm cho dạng sóng dòng điện có cùng pha với điện áp, tức là
hệ số công suất của mạch tiến gần đến 1. Và làm cho mạch này thuần túy là điện trở
hay công suất biểu kiến bằng công suất tác dụng
Tụ C
in
được thiết kế đủ lớn để cung cấp cho tải khi hệ thống nguồn bị lỗi. thông
thường người ta chọn thời gian T
holdup
của tụ là 20ms . do đó tụ Cin làm nhiệm vụ ổn áp
ngỏ ra.

Hình 2.12: Đồ thị miêu tả thời gian holdup của PFC
CHƯƠNG 3
PHÂN TÍCH BỘ CHUYỂN ĐỔI DC-DC
3.1 Các bộ nghịch lưu cộng hưởng tần số cao.
Kỹ thuật cộng hưởng được sử dụng để giảm tổn thất switching . có nhiều mô hình
cộng hưởng như:
• Bộ nghịch lưu cộng hưởng nối tiếp
• Bộ nghịch lưu cộng hưởng song song
• Bộ nghịch lưu cộng hưởng LLC.
Hai mô hình đầu tiên không thể tối ưu hóa cho dải điện áp ngỏ vào rộng và sự thay đổi
tải ở ngõ ra. Bộ chuyển đổi cộng hưởng LLC giảm được tổn thất khi điện áp ngõ vào
thay đổi rộng. tổn thất turn off được giảm đến mức tối thiểu
3.1.1 Bộ nghịch lưu cộng hưởng nối tiếp
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 21
Chương 1: Nghiên cứu bộ nguồn phân tán
Hình 3.1 Cấu trúc của bộ ngịch lưu cộng hưởng LC nối tiếp
Đặc tính DC của bộ nghịch lưu cộng hưởng LC nối tiếp
v
Hình 3.2 : Đặc tính dc của bộ nghịch lưu cộng hưởng LC nối tiếp
Dạng sóng dòng điện và điện áp:
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 22
Chương 1: Nghiên cứu bộ nguồn phân tán
Hình 3.3: Đồ thị dạng sóng dòng điện và điện áp của bộ nghịch lưu cộng hưởng
Cuộn dây cộng hưởng Lr nối tiếp với tụ Cr.
Từ đồ thì phân tích ta thấy rằng bộ chyển đổi cộng hưởng nối tiếp không tốt đối với bộ
chuyển đổi DC-DC front end . có một số những hạn chế như;
ổn áp nhỏ
Năng lượng hồi vế cao
Dòng turn off tại ở ngõ vào cao.
Thuận lợi: giảm được tổn thất switching và nhiễu điện từ qua ZVS do đó cải thiện

được hiệu suất.
Giảm được kích thước được thành phần từ bằng tần số hoạt động cao.
Hạn chế: có thể tối ưu hóa tại một điểm hoạt đông. Nhưng phạm vi điện áp ngõ vào và
sự thay đổi của tải hẹp.
3.1.2 Bộ nghịch lưu cộng hưởng song song
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 23
Chương 1: Nghiên cứu bộ nguồn phân tán
Hình 3.4: Cấu trúc của bộ nghịch lưu cộng hưởng song song
So với bô cộng hưởng nối tiếp, vùng hoạt động nhỏ hơn nhiều khi tải nhỏ
Đặc tinh DC của bộ nghịch lưu cộng hưởng song song
Hình 3.5: Đặc đính dc của bộ cộng hưởng song song
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 24
Chương 1: Nghiên cứu bộ nguồn phân tán
Dạng sóng dòng điện và điện áp
Hình 3.6: Đặc tính dòng điện và điện áp của bộ cộng hưởng song song
Khi tải song song với tụ cộng hưởng. lúc không tải , trở kháng ngõ vào rất nhỏ, năng
lượng lưu thông rất cao. Bằng cách phân tích ở trên ta thấy rằng bộ cộng hưởng song
song không tốt cho bộ cộng hưởng LLC
Thuận lợi:
Không có vấn đề gì ở quy định đầu ra lúc điều kiện không tải
Dòng điện chỉnh lưu liên tục: phù hợp các ứng dụng có dòng ra cao
Hạn chế: dòng điện thứ cấp gần như phụ thuộc vào tải: dòng này có thể tuần hoàn qua
mạng cộng hưởng ngay khi trong điều kiện không tải
Dòng điện tuần hoàn này sẽ tăng khi điện áp ngõ vào tăng: dải điện áp ngõ vào thay
đổi trong phạm vi hẹp.
3.1.3 Bộ nghịch lưu cộng hưởng LLC
Cấu hình gần giống như bộ chuyển đổi cộng hưởng LC nối tiếp. điện cảm từ hóa (L
m
)
của máy biến áp tương đối nhỏ và lien quan đến sự hoạt động cộng hưởng. có sự khác

nhau về độ lợi điện áp.
Đặc tính của bộ cộng hưởng LLC.
Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ thuật Page 25