Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0

BỘ BIẾN ĐỔI CỘNG HƯỞNG LLC BA PHA XEN KẼ VỚI
KỸ THUẬT CÂN BẰNG DỊNG LƯỢNG GIÁC TCB
Hồng Trung Thông
Trường Đại học Thủy lợi, email:

1. GIỚI THIỆU CHUNG
Trong thời gian gần đây, bộ biến đổi cộng
hưởng LLC, đặc biệt với dạng bán cầu, đã
được ứng dụng rộng rãi cho màn hình TV,
các máy tính nhỏ, nơi u cầu cao về hiệu
suất, mật độ công suất và việc đáp ứng theo
chuẩn EMC của các nguồn cấp chuyển mạch
tần số cao (SMPS). Dịng điện chỉnh lưu hình
sin bơm vào tụ đầu ra có thể được giảm nhẹ
bởi sử dụng nhiều nhánh nối song song như
trong giải pháp hạ áp xen pha của bộ điều
chỉnh điện áp. Cấu hình này đã được trình bày
trong các bài báo [1]-[3] cho 2 nhánh hoạt
động lệch pha một góc 90 độ. Một trong
những nhược điểm của giải pháp này là sự mất
cân bằng dòng điện do sự không đối xứng của
các linh kiện cộng hưởng trong các nhánh.
Để khắc phục nhược điểm trên, một cấu
hình ba pha của bộ biến đổi cộng hưởng LLC
với các cuộn dây sơ cấp biến áp tại các nhánh
được nối hình sao khắc phục sự mất cân bằng
dịng điện. Sơ đồ cơ bản của một pha LLC và
các đặc tính chính của bộ biến đổi cơng
hưởng nhiều pha được trình bày tóm tắt trong

mục 2. Mục 3 trình bày kết quả thiết kế bộ
điều khiển dùng kỹ thuật cân bằng hình học
lượng giác dịng điện giữa các nhánh
(Trigonometic Current Balancing: TCB) và
kết qủa mô phỏng ở mục 4 cho thấy độ ổn
định điện áp đầu ra và hiệu suất cao của bộ
biến đổi ở vùng tải nhỏ.
2. BỘ BIẾN ĐỔI CỘNG HƯỞNG BA PHA
XEN KẼ

Sơ đồ của mơ hình cộng hưởng LLC một
pha dạng bán cầu như được mô tả trong hình 1
và các thơng số khảo sát như liệt kê trong

Bảng 1. Bộ biến đổi LLC là được cho hoạt
động với đầu vào 400V danh định từ tầng
boost PFC. Biến áp cách ly được thiết kế tích
hợp các thành phần từ hóa gồm điện cảm
cơng hưởng (LR) nối tiếp điện cảm shunt
(LM) trong cùng một cuộn cảm sơ cấp. Do đó,
khơng cần thêm cuộn cảm cộng hưởng bên
ngồi. Cuộn dây thứ cấp biến áp được cấu
hình dạng center-tap, nối với các diode chỉnh
lưu Schottky đẩu ra nhằm giảm tổn hao công
suất. Dung lượng tụ lọc đầu ra được chọn khá
lớn để dễ giảm bớt độ đập mạch điện áp đầu
ra. Dịng điện đầu ra hình sin sau chỉnh lưu
có biên độ đập mạch đỉnh-đỉnh khá lớn.

Hình 1. Sơ đồ một bộ biến đổi cộng hưởng

LLC một pha
Bảng 1. Các tham số của bộ biến đổi
cộng hưởng LLC
Điện áp đầu vào
Vdc Nominal
Điện áp ra
Công suất tải đầu ra
Tần số cộng hưởng
Tần số làm việc lớn nhất
Tỷ số máy biến áp
Tụ điện Cr
Điện cảm Lr
Điện cảm từ hóa Lm
Tụ lọc đầu ra

291

Vdc = 320  420V
400V
Vout = 48V
Pout = 3600W
fr = 200kHz
fMAX = 230kHz
N = 4.1
Cr = 70.32nF
Lr = 9.01uH
Lm = 3.92uH
Cout = 10000uF



Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0

Bộ biến đổi cộng hưởng LLC có đập mạch
điện áp trên tụ lọc đầu ra lớn bởi dòng điện
trước khi chỉnh lưu qua cuộn dây thứ cấp của
biến áp. Để giảm bớt dung lượng tụ điện
và/hoặc độ đập mạch điện áp đầu ra ở trạng
thái ổn định, giải pháp xen kẽ các pha có thể
tiếp cận.
Các bộ biến đổi công hưởng được nối song
song các nhánh để cấp nguồn cho cùng tải và
cùng chia sẻ tụ lọc đầu ra có nhược điểm do
sự bất đối xứng của các linh kiện cộng hưởng
trong các nhánh. Các nhánh làm việc cùng
tần số chuyển mạch được điều khiển bởi
vòng điều chỉnh điện áp, trong khi sự bất đối
xứng của các linh kiện công hưởng khiến cho
ba pha xuất hiện các tỷ lệ biến đổi điện áp
khác nhau. Hậu quả là dòng điện tải không
được cung cấp cân bằng từ các pha và thậm
chí dịng ở một pha có thể suy giảm về
khơng. Trong sản xuất loạt, ta không thể
tránh sự bất đối xứng này, nên trong bài báo
này đề xuất một cấu hình ba pha với các cuộn
dây sơ cấp biến áp được nối hình sao như
trong hình 2. Với cấu hình này, khả năng cân
bằng tốt dòng điện cộng hưởng tốt giữa do
điều chỉnh điện áp của điểm nơi hình sao.

Hình 2. Bộ cộng hưởng ba pha xen kẽ với

cuôn sơ cấp các biến áp nơi kiểu hình sao

3. THIẾT KẾ BỘ CÂN BẰNG DÒNG
ĐIỆN LƯỢNG GIÁC (TCB).

Như đã được nêu trong các phần trên,
dịng điện khơng cân bằng giữa các pha làm
độ đập mạch dòng điện đầu ra cao hơn, tổn
hao trên các pha không đều nhau và hậu quả
nhiệt độ trong mạch cao hơn, giá trị đỉnh của
điện áp và dòng điện cao hơn và tổn hao dẫn
cũng cao hơn. Ngun nhân chính của sự
khơng cân bằng dịng điện giữa các pha là do
sai số của các phần tử Cr, Lr, Lm giữa các
khối cộng hưởng LLC. Trong phần 4 sẽ trình
bày cơ sở tốn học để phát triển kỹ thuật
TCB cho mạch không cần bằng.
Dựa trên định luật cosin, mối quan hệ giữa
các góc và chiều dài các cạnh của một tam
giác có thể là sử dụng cho các véc tơ dịng
điện trong mạch LLC ba pha.
Nếu góc giữa các vector dịng điện là
chính xác 120 độ, dịng điện ở các pha sẽ cân
bằng. Trong trường hợp mạch là khơng cân
bằng, ta có thể điều khiển hai biến biên độ và
góc pha của điện áp đầu vào bằng chuyển
mạch các van MOSFET. Biên độ của điện áp
đầu vào có thể thay đổi bằng cách điều chế
độ rộng xung PWM và góc pha có thể điều
khiển bằng cách dịch pha điện áp đầu vào các

pha. Các vector dòng điện không cân bằng
với vector điện áp đầu vào được dịch pha cơ
một góc cơ bản 120 độ. Ý tưởng là để chính
xác góc giữa các vector dịng điện khơng cân
bằng bằng cách thay đổi góc giữa các vector
điện áp đầu vào để cho góc các vector dịng
tiến tới 120 độ như trong Hình 3.

Hình 3. Kỹ thuật cân bằng : dịch pha điện
áp đầu vào để đưa góc pha dịng điện về 120
độ nhằm cân bằng dòng điện giữa các pha
292


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0

4. KẾT QUẢ MƠ PHỎNG

Kết quả mơ phỏng cho thấy điện áp đầu ra
đạt trạng thái xác lập nhanh (sau 0.02s) sau
khi hệ thống bắt đầu được bật với độ quá
điện áp là 2.5V (độ quá điều chỉnh = 5%) độ
đập mạch dòng điện là 0.1A và khi cho tải
thay đổi từ 100% xuống 50% tải thì độ quá
điện áp là 0.4V, ổn định sau 0.01s.

13O

b) Không sử dụng phương pháp TCB
Hình 5. Dạng dịng điện giữa các pha trước

khi sử dụng TCB và sau khi sử dụng TCB
5. KẾT LUẬN

t(s)

Hình 4. Mơ hình mơ phỏng Matlab/Simulink
thay đổi tải đột ngột từ 100%
tải xuống 50% tải
Hình dưới thể hiện kết quả mô phỏng đáp
ứng TCB với giả thiết mạch khơng đối xứng
có tụ cộng hưởng Cr3 gấp 1.1 lần tụ Cr1 và
Cr2. Dòng điện các pha lệch từ 8% xuống
cịn 1% nhờ TCB.
Bảng 2. Dịng điện trung bình trên
các pha cộng hưởng
Không sử dụng TCB

Sử dụng TCB

Pha 1 Pha 2 Pha 3 Pha 1

Pha 2

15A

12.5A 11.5A

12A

8A


12A

Pha 3

Trong bài báo này, mơ hình cộng hưởng
LLC xen kẽ ba pha kết nối hình sao dây quấn
sơ cấp các biến áp kết hợp với kỹ thuật cân
bằng dòng lượng giác TCB cho thấy khả
năng cân bằng dòng cộng hưởng giữa các pha
được cải thiện đáng kể, khắc phục được
nhược điểm sự bất đối xứng do sai số linh
kiện giữa các khối cộng hưởng. Do đó, độ
đập mạch dịng điện đẩu ra giảm đáng kể cho
phép giảm kích thước tụ lọc đầu ra, giảm tổn
hao công suất và phân bố nhiệt tốt hơn.
6. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Krstíc, M.; Kanellakopoulos I.; Kokotovíc,
: Nonlinear and Adaptive Control Design.
John Wiley & Sons, Inc., New York 1995.
[2] M. Gopinath, Bridgeless PFC Converter for
Power Factor
Correction,
Research
Scholar, Bharath University, Chenna, India
[3] T. Jin and K.. Smedley: “Multiphase LLC
series resonant converter for microprocessor
voltage regulation”, IEEE 41st Industry
Applications Conference – IAS, Vol. 5, 812 Oct. 2006, pp. 2136 2143.


1O

a) Sử dụng phương pháp TCB
293