Luận văn Điều khiển bộ biến Đổi three port Ứng dụng cho chiếu sáng led sử dụng nguồn cấp pin mặt trời

Tom tắt cô đọng các luận điểm cư bản và đóng góp mới của lác gì Thiết kế hệ thống điều khiển bộ biến DC-DC có 3 cổng kết nội Three-port ứng dung cho chiều sáng Led sử đụng nguồn cấp pin

TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOI

LUAN VAN THAC Si

Điều khiển bộ biển đổi Three-port ứng dụng

cho chiếu sáng Led sử dụng nguồn cấp pín mặt trời

TRAN icH BAO Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Hoàng Phương

HA NOI, 10/2019

cho chiếu sáng Led sử dụng nguồn cấp pin mặt trời

TRAN iCH BAO Tranichbao@gmail.com

Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Giảng viên hướng din: TS Va Hoang Phuong

Bộ môn: Tự động hóa công nghiệp Viện: Điện

Hà Nội, 10/2019

CONG IIOA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Dộc lập — Tự do — Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN

CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THAC SY

Họ và tên tác giả luận van: Tran ich Bao

Dé tài luận văn: Diều khiển bộ biến đổi Three-port ứng dụng chơ

chiếu sáng Led sử dụng nguôn cấp pin mặt trời

Ngành: Kỹ thuật điều khiến và tự động hóa

Mã số học viên: CB 170 284

Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Iiội đồng chấm luận văn xác

nhận Lắc giả ita chữa, bố sung luận văn theo biên bản hợp Hội đồng ngày

31/10/2019 với các nội dung sau:

1 Nêu rõ ý nghĩa về mô hình hóa các bộ biến đổi

2 Phan tích thêm các điều kiện thực hiện ZV§

3 Bỗ sung trích dẫn cho các nội dung, đặc biết là trích dẫn về thông số

của pin mặt trời

4 Chỉnh sửa lỗi trình bày và định dạng văn ban theo mẫu quy định mới

của Nhà trường

Hà Nội, ngày 19 tháng 1ï năm 2019

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

PGS TS Tran Trong Minh

LOT CAM ON

Tôi tên là: Tràn Ích Báo

Mã học viên: CD 170284

Lớp quân lý: 17B ĐKTĐH KT

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiến và tự động hóa

Trường: Đại học Bách khoa Hà Nội

Để hoàn thánh luận văn nảy, cm xin cẩm ơn sự giúp đỡ tôn tnh của Thầy giáo

T§ Vũ Hoàng Phương, củng các bạn sinh viên trong nhóm cũng như các anh em trong phỏng thí nghiệm đã giúp em hoàn thành luận văn này

Do kiến thức và trình độ chuyên muôn còn hạn hẹp niên chắc chân không thể tránh khỏi những thiểu sót, hạn chế vì thế em mong cỏ được sự góp ý và chỉnh sửa tử

các thây cô giáo và quý bạn đọc đề bài luận văn được hoản thiện nhât

Một lần nữa cra xin chân thành cảm ơn Thây giao TS Vũ Hoàng Phương, bộ

xnôn Tự động hỏa cỏng nghiệp, Viện Diện, Trường Dại học Bách khoa LIá Nội đã giúp

đế em rất nhiều trong quá trình tìm hiểu, thiết kể và hoàn thành để tải luận văn

DE TAT LUAN VAN THAC SY

Dé tai un van Thac sỹ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điểu khiển và tự

động húa:

* 'Tên đề tải:

Tên tiếng Việt: Điều khiển bộ biến ddi Three-port img dung cho chiéu sang Led

sử dựng nguồn cấp pin mặt trời

Tên tiếng Anh Study of a three-pert converter for PV-Fed LED Lighting

Systems

* Mục tiêu chính của dé tai (Cac kết quả chính cầu dạt dược):

Thiết kế hệ thông điểu khiển bộ bién DC/ DC có 3 cống kết nối (Three-port) ứng dụng cho chiếu sáng Led sử dụng nguồn cấp pín mắt trời và khâu tích trữ năng,

lượng

* Nội dung của để tài, các vẫn để cần được giải quyết:

+ Mô hình hóa bộ biến DC/ DC có 3 cổng kết nổi (Thrce-port), pin mặt trời, khâu

tích trữ năng lượng, Led

¡_ Thiết kế chiến lược điều khiến cho hệ thống này

+ Mô phóng kiểm chứng hệ thống điều khiển đã được thiết kế

+ Danh giá hiệu quả phương pháp thiết kế trong các điều kiện và chế độ làm việc

khác nhau

GIANG VIÊN HƯỚNG DẪN

TS, Va Hoang Phương

nước kinh tế đi đâu hiện nay Trong khi các dạng năng lượng khác như than đá, đâu

hỏa, khi đốt vừa gây ô nhiễm mỏi trường lại đang ngày cảng cạn kiệt thì các nguồn năng lượng tới tạo, sạch và vô hạn đang trở thánh nguồn năng lượng lý tưởng để phục

vụ đời sảng cơn người

Một trong các phương hướng được đề ra và cũng cho thấy được sự tiện ích, lâm quan trọng của nó đó là sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo được, như năng lượng Ht gió, mặt trời, nước hoặc năng hượng hạt nhân Trong đó năng lượng lấy từ tự nhiên như gió, mặt trời, nước dược ứng dụng nhiều hơn cả tắt cả chúng đều sạch và thân

truyền thống trước dây là chúng không thải các khi gây hại ra môi trường như cacbon

đioxit, oxit mito, khí lưu huỳnh hay thủy ngân làm giảm sự nóng lên toan cầu, mưa axit, higu ing nha kính bảo vệ bầu khi quyền trái đất

Cũng với đó, với việc không tôn bắt kỳ khoản nhiên liệu nào khi sứ dụng sẽ lắm giảm bót chỉ phí sử đụng điện khi sử dụng lâu đài Tuy nhiên, nhược điểm chính trang,

quả trinh sử dụng là nguồn nắng lượng tái tạo có tính chất liên tục và phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh cũng như thời tiết khả nhiều Irong trường hợp này, một bộ biển đối điện tử câng suất DC-DC nhằm đảm bảo hiệu suất chuyến đối năng lượng là vô

cùng cân thiết

3 Mục dích nghiên cứu của luận văn, dối tượng, phạm vi nghiên cứu

Hệ thông này có một yêu câu khá quan trọng đó là phải tích hợp tâm pin năng

Tượng mặt trời vào hệ thông chiên Đề làm được dicu dé, ta ean có một bộ nguồn biên

đổi nguồn điện một chiều — mét chiều (DC-DC) giúp chuyến đối năng lượng nhằm

mnụe đích lưu trữ năng lượng sinh ra li lắm pin mi trời cũng như sử dụng nó

Ngoài ra bộ nguồn cân đáp ứng một số diều kiện di kèm như kích thước gọn nhẹ, và có hiệu suất cao Một trong những bó nguồn như vậy đó là bộ nguồn sử dựng cấu trac Three Port Hal! Bridge Converter

'Trong luận văn này, chủng ta sẽ tìm hiểu một cách cự thể về cầu trúc cũng, như

cách hoạt động của nó như thể nào

4 Tom tắt cô đọng các luận điểm cư bản và đóng góp mới của lác gì

Thiết kế hệ thống điều khiển bộ biến DC-DC có 3 cổng kết nội (Three-port) ứng dung cho chiều sáng Led sử đụng nguồn cấp pin mặt trời và khâu tích trữ năng

lượng

Nội đụng của để tài, các vân đề cần được giải quyết:

-_ Mô hình hóa bộ biến DC-DC có 3 cống kết nổi (Three-port), pin mặt trời, khân

tích trữ năng lượng, Led

-_ Thiết kế chiến lược điều khiến cho hệ thống này

-_ Mô phông kiểm chứng hệ thống điều khiến đã được thiết kế

-_ Đánh giả hiệu quả phương pháp thiết kẻ trong các điều kiện và chế

khác nhau,

5 Phương pháp nghiên cứu

Luan văn này tìm hiểu về bộ nguồn DC-DC Three Port Half Bridge Converter

bao gồm những phần sau:

Chương 1: Khải quất về nguồn nẵng lượng ruặt trời

Chương 2: Xây dựng câu trúc TPHBC cho ứng dụng chiếu sảng

Chương 3: Thiết kế điêu khiến cho cầu trúc TPIIBC

Chương 4 Mô phông chuyển mạch V8 trên phan mém L.TSpice Matlab và mô phóng các chế độ hoạt động trên Matlab

Hà Nội, ngày 19 tháng 11 năm 2010

HỌC VIÊN

Tran Ích Bảo

MỤC LỤC

Chương 1: KHAI QUAT VE NGUON NANG LUGNG MAT TROL eed

1.2 Khải quát về Pin năng lượng mặt trời -:22o 555 14

1.2.1 Cầu tạo Pin mặt trời ảo cniccrxec 14

1.2.2 Nguyên lý hoạt động và mô hình thuật toán cho Pin mặt trời 15

1.3 Tim hiểu về au Irúc thông dụng ứng dung pin mt trai cho chigu sang .18

Chương 2: KAY DUNG CAL TRÚC TPHBC CHO ỨNG DỰNG CHIẾU SÀNG .26 2.1 Tổng quan về cấu trúc TPHBC - cccccccv ctccrerrrrirrerrree 26

2.1.1 Phân tích sơ đổ mạch lực eeceeerei 26

2.2 Phản tích các chế độ hoạt động của cảu trúc TPHEC 27

2.2.1 Chế độ hoạt động DO co nneereeerre 28

2.2.3, Chế dộ hoạt động, SISO Hee rereieer 232

2.4.1 Tỉnh chon may biển äÐ -à occccccccvveccrtzrrrtrrrerrree 38

3.1 Để xuất phương an diéu khién cho câu trúc TPHBC 42

3.2.1 Tổng quát về thuật toán MPPT - - - .43

3.2.2, Xây dựng thuật toán MPPT, cai eeieeeeee "¬—

3.3.2 Mô hình hỏa cầu trúc ca nhi Heo roi ¬

3.4 Thiết kê bộ điên khiến điện áp đầu ra OVTR - —-

3.5 Thiết kế bộ điều khiển điện áp trên PV (TVR)) ST

Chuong 4: MO PONG CIHIUYEN MACII ZVS TREN PIIAN MEM LTSPICE VA

MÔ PHONG CAC CHE DO HOẠT BONG TREN MATLAB ÓÚ

4.1, Mé ta qua trinh chuyén mach ZVS trén phan mém LT Spice 60

4.1.2 Tiên hành mô phỏng chuyén mạch trên L/TSPICE -.22 8E

4.2 Mô phỏng các chế độ hoạt động trên MATLAT —

4.2.1 Mô phông câu trúc HBTPC trên MATLAB - .63

b, Chế độ hai đầu vào DỊ, neo eeeoe ¬" -.-

c, Chế độ một vào một ra SI8O 0 se St ncneeerrrrrerereri.TT

DANH MỤC CÁC HỈNH VẼ

Hinh 1.1 Xu hướng sử đụng các nguồn năng lượng tái tạo hiện nay

Hình 1.2 Nguyễn lý hoại động của tế bào pin quang điện

TTinh 1.3 Mõ hình mạch điện trong đương của tế bảo pin quang điện

Hình 1.4 Mạch điện Lương đương của tâm pin mất trời

Hình 1.5 Câu trúc chung của hệ thông chiếu sáng sở dụng năng lượng mặt trời 18 Hinh 1.6 Hệ thông chiếu sáng LED Street Light

Hình 1.7 Câu trúc nổi lẳng sử dụng trong chiến sáng

Hình 1.8 Các sơ dỗ truyền: (a) Dạng song song dâu dầu, (b) song song, dau ra 2 T1inh 1.9 Sơ đồ bộ nguồn có cấu trúc chuyên đổi dạng nửa câu 3 công

Hình 1.10 Một số đng cầu trúc 3 cổng không cách ly

Hình 1.11 Cấu trúc mạch lực cách ly được đề xuất PHBC

Tinh 2.1 Sơ đỗ mạch lực bộ nguồn TPIISC

Hình 2.2 Các khả năng làm việc của bộ nguồn

Linh 2.3 Dạng tin hiệu đỏng điện, điện áp rong bộ biến đổi ớ chế độ DO

Hinh 2.1 Trạng thái van M1, M3 mỡ, van M2, M4 đóng,

Hình 2.5 Bộ biến đổi TPHBC trong chế độ DI

Tlinh 2.6 Trạng thái van M1, M3 đóng, M2, Mi mỡ

Hinh 2.7 Trạng thái van M1, M2 đóng, van M3, M4 mẽ

Hinh 2.8 Trang thai M1 mé

Hình 2.10 Quá trình chuyển mạch Z7VS van Mg trong ché dé DI, DO

Hình 2.11 Mỗi quan hệ giữa dòng điện và thời gian doadtime,

inh 2.12 Qua trình chuyển mạch Z2VS của M1, M2 trong chế độ SISO

Hình 3.1 Sơ đô điều khiể

4p dung cho cau trúc TPHRỚ

Hình 3.3 Đường dặc tỉnh I-U (trái) và P-U (phải) của pin mặt trời

Tlinh 3.3 Lưu đổ thuật toán MPPT INC is sec

Hình 3.4 Mạch điện Lương đương của nguồn pin mit trai PV

Hình 3.5 Trạng thải van M1, M3 mở, van M2, M4 đồng oi Ilinh 3.6 Trạng thải van MI, M3 đóng, M2, M4 mỡ

19

Tình 3.7 Trạng thái van M1, M2 đóng, van M3, M⁄4 mở

Hình 3.8 Sơ đỏ khái quát cho điều khiển tách keênh

Tĩnh 3.9 Câu trúc điều khiến tách kênh với ma trận chéo

Hình 3.10 Đỗ thị Bode của đối tượng OVR

Tình 3.11 Đ thị Bode của hệ thống sau khi cỏ bộ PI

Tlinh 3.12 Sơ đỏ thiết kế bộ điều khiến TVR

Hình 3.13 Đỏ thí Bode đổi lượng điều khiển TVR

Hinh 3.14 Dé thi Bode của hệ khi có bộ diễu khiển IVR

Tỉnh 4.1 Sơ đồ mạch lực mô phỏng vòng hỏ trên LTSpice

Tình 4.2 Mô phông chuyển mạch ZVS én van Mi

Hình 4.3 Chuyên mạch ZVS trên van Mb si siseiereiirrve

TTïnh 4.44 Chuyển mạch Z:VS trên van Mũ cà ovecvvsvvssrerecrre

Tình 4.5 Chuyển mạch ZVS van chỉnh lưu Mạ

Hình 4.6 Toàn bộ hệ thống mô phóng trên Matlab/ Simulink

Tĩnh 4.7 Khôi chọn thuật toán MPPT hoặc PV 70W -

Tinh 4.8 Khối PWM + Bộ tách kênh + TVR — OVR

ông suất và điện áp trên PV trong chế độ DO

TIình 4.12 Đỏ thị dòng điện và điện áp trên FIN trong ché độ DO

Hình 4.13 Đỗ thị điện áp ra tải trong chế độ DO

Tình 4.14 Bức xạ và nhiệt độ thay đối theo kịch bản mỗ phông,

Tình 4.15 Dồ thị công suất và điện áp trên PV ở chẻ độ DI

Hình 4.16 Đỗ thị dòng điện và điện áp trên PIN trong chế độ DĨ

Hình 4.17 Đỗ thị diện áp ra tải trong chế độ DI se linh 4.18 Dễ thị dòng điện và điện áp ra tái trong chế độ SHSO vào ban ngày 7

Tình 4.19 Bức xạ và nhiệt độ trong chế độ SISO

Hình 4.20 Đỗ thị công suất và diện áp PV trong chế độ SLSO vao ban ngày Tlinh 4.21 Dỗ thị dòng điện và điện áp Pin trong chế độ SISO vao ban ngay 7

Tìmh 4.22 Dòng diện và điện áp trên pm chế dộ SISO ban đêm

Hình 4.23 Đề thị dòng điện và điện áp ra tái chế độ SISO ban đếm

Bảng 4.3 Thống kế số liệu mô phỏng chế độ DI 69

Bang 4.4 Bang théng ké sé liệu mô phỏng chế độ SLSO vào ban ngày 72 Bang 41.5 Bảng thông kê số liệu mỏ phỏng chế độ SISO vào ban đếm 75

11

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIÉT TẮT

'Từ viết tắt Thuật ngũ Tiếng Anh 'Thuật ngữ Tiếng Việt

TPIIRG Thres Part ITalf Bridge Converter Bộ biến đổi ba công mửa cầu

SI5O Singer Input Singer Output Chế độ một dầu vào, một đầu ra

INC Incremental Conductance Phương pháp dẫn điện

P&O Terinb and Olserve Phương phap nhiều loạn quan sát MPPT Maxirm Power Poii Traokang — THUẬt toàn bám điểm công suất

” Cực dại

TVR Input Voltage Regular Bộ điều chỉnh điện áp đầu vào

BVR Batlery Voltage Regular Bộ điều chính điện áp trên pin

BCR Battery Current Regular Bộ điền chỉnh dong điện trên pin

OVR Output Voltage Regular Bộ điền chỉnh điện áp đầu ra

MPP Maximum Power Point Điểm công suất cực đại

EMI Electromagnetic Interference Thiễu diện từ

PL Proportionalintegral Tích phân tỷ lệ

Chuong 1: KHAI QUAT VE NGUON NANG LUONG MAT TROT

1.1 Khái quát về nguồn năng lượng tái tạo

Năng lượng tái tạo là năng lượng được sinh ra từ những nguồn liên tục mả theo

chuẩn mực của con người lả vô hạn nhưnăng lượng mặt trời, giỏ, mưa, thủy

triều, sóng và địa nhiệt hay còn gọi là năng lượng tai sinh tổn tại ở khắp nơi trên

nhiều vùng địa lý Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng năng lượng tái sinh lả tách một

phân năng lượng từ các quy trình diễn biên liên tục trong môi trường vả đưa vảo trong

sử dụng các kỹ thuật Các quy trình này thường được thúc đây đặc biệt là từ mặt trời Năng lượng tải tạo thay thể các nguồn nhiên liêu truyền thống trong 4 lĩnh vực gồm: phát điện, dun nước nóng, nhiên liệu động cơ, và hệ thông điện độc lập nông thôn [1]

Hình 1.1 Yu hướng sử dụng các nguôn năng lượng tái tạo hiện nay

Việc khai thác năng lượng tái tạo không gay 6 nhiém môi trường, góp phân

hạn chế phát thải từ các nguồn năng lượng truyền thống Ngoài ra, sử dụng năng lượng

tải tạo giúp giảm sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch vốn đang dân cạn kiệt

Như vậy, sử dụng năng lượng tải tạo là lời giải cho bài toản bảo vệ môi trường,

chồng biển đổi khí hậu và gìn giữ nguồn nguyên liệu hóa thạch Day là hướng đi cho

ngảnh năng lượng thẻ giới trong tương lai [1]

13

1.2 Khái quát về Pin năng lượng mặt trừi

Năng lượng mặt trời thu được trên Trái Dất là năng lượng của đàng bức xạ điện

từ xuất phát từ Mặt Trời đến Trải Đât Chúng ta sẽ tiếp tục nhận được đòng năng lượng này cho đến khi phán ứng hạt nhân trên Mặt Trời hết nhiên liệu, vào khoảng,

Š tỷ năm nữa [1] Năng lượng mặt trời là một trong những nguồn năng lượng tái tạo

phổ biển nhất Có thé Irực tiếp thụ lây năng lượng này thông qua liệu ứng quang điện,

chuyển năng lượng các photon của Mặt Trời thành diện năng, như trong pin Mặt Trời

Năng lượng của các photon cũng có thế được hấp thụ để lam nóng các vật thế, tức là

chuyển thành nhiệt rồng, sử đựng cho bình đun nước Mặt Trời, hoặc làm sôi nước trong các máy nhiệt điện của thấp Mặt lrời, boặc vận động các hệ thống nhiệt

như máy điển hỏa Mặt Trời [1]

Từ xe xưa, cơn người dã biết tân dụng răng lượng mặt ười để sưới âm, làm khô lương thực thực phẩm Ngày nay, nguồn năng lượng mặt trời được khai thác đa dạng

và nỗi bật nhật la hệ thẳng sản xuất điện từ nàng hượng mặt trời Dễ sản xuất điện tir

nguồn năng lượng mặt trời, người ta có thể khai thác trực tiếp thông qua cac tam pin quang điện biên đổi trực tiếp năng lượng ánh sảng mặt trời thành điện năng, Phương pháp thứ hai là chuyến nắng lượng mặt trời thành nhiệt nắng bằng cách tập trung ánh sảng bằng hệ thông gương dé dun séi nude lam quay tuabin phát ra diện Giải pháp

chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng phù hợp với quy mỏ hộ gia đình, và

dé dang trién khai ma it gay anh hưởng đến cânh quan môi trường Nhờ sự phát triển

của ông nghiệp vật liệu, các tâm pin mặt trời dược sẵn xuất ngày cảng cho hiệu sual

cao, giá thành giảm và cho thấy nhiều ưu điểm đây hứa hẹn

1.2.1 Câu tạo Pin mặt trời

Tin mặt trời là thiết bị giúp chuyển hóa trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời

quang năng thành năng lượng điện dựa trên hiện ứng quang điện Tắm pin năng luợng

mặt trời có bè mặt lớn chủng ta thưởng thấy dược làm từ rải nhiều tế bào quang diện nhỏ ghép lại với nhau Công suất đầu ra của mội tâm pin mặt trời phụ thuộc vào cường

độ ảnh sáng chiếu vào và nhiệt độ mỗi trường nơi Lâm pin lam vide

Pin mặt trời cỏ cầu tạo từ tình thể silic là loại phổ biến hiện nay Vi

di sau tim hiển về pin mặt trời tính thế silie (Si) Ở đạng tỉnh khiết, nguyên tử silic

14

trung hởa vẻ diện hay con goi la sé electron va sé 16 trồng bằng nhau Dé lam pin mat

trời từ bán dẫn tỉnh khiết này phải tạo ra hai loại bản dẫn loại P và loại N Sau đó, ghép

chúng lại với nhau đề có được lớp tiếp giáp D-N là nên tâng cho tế bảo pin

Xuất phát từ phiến ban dan tinh khiết người ta pha thêm một ít nguyên tử khác,

goi là pha tạp Nguyên tử Sỉ có 4 electron ngoài cùng đúng đẻ liên kết với 4 nguyên tử

Si đứng cạnh nguyên tử đó Để tạo ra bán dẫn loại N can phá thêm nguyễn Lử có 5 electron ngoai cling (Photpho) dẫn đến cầu trúc sau pha tạp có thừa 1 electron tự do Ngược lai, dé tao ban dẫn loại T ta pha tạp một nguyên ti cé 3 electron ngoài cửng (Đo) tức là thiểu một eleetron mới tạo đã 4 liên kết Bán dẫn pha tạp thừa một lỗ trắng, mang diện dương Bằng cách ghép nói công nghệ hai loại ban din nay tạo thành câu trủc chứa lớp chuyển tiếp T-N Ở chỗ tiếp xúc P-N nảy một ít electron ở bán dẫn loại

N chay sang bản dẫn loại P lắp vào lỗ trồng thiếu elecưon Kết quả là ö lớp tiếp xúc P-

N có một vùng thiểu electron cũng thiếu cả lỗ trồng, người †a gợi đó là vùng nghèo Sự

địch chuyến điện tử đề lần vào lỗ trồng tạo ra vừng nghèo này cũng tạo nên hiệu thê

gọi là hiệu thế ở tiếp xúc P-N, dối với Sĩ vào cỡ 0.6V dén 0.7V, Đây là hiệu thế tạo niên điện trường tại lớp tiếp giáp

1.2.2 Nguyên lý hoạt động và mô hình thị

toán cho Pin mặt trời

Dười ảnh sáng mặt trời, các photơn ảnh sáng ở bước sóng thích hợp truyền năng

lượng tới các eleetron trong câu trúc pin đẫn đến các electron chuyển déng tu do Nha tác dụng của điện trường, lớp tiếp xúc P-N clectrơn chuyển dộng lừ lớp P sang lop NI

qua lớp tiếp xúc Khi nối kin mạch sẽ có đòng electron chuyến động từ cực N qua tai

sang cực P Từ đó, hình thành nên dòng điện chạy từ cực P qua tải sang cực N

Tam pin mặt trời bao gồm nhiều các tế bảo quang điện ghép nổi với nhau Ta di xây dựng mô hình tương đương cho một tế bào quang điện tử đó sẽ suy ra mô hình của

pin wit rai

Mach điện tương dương của một tế bảo pm quang diện là một nguồn dong, mac

song song với một điode Tín hiệu ra của nguồn đỏng tỉ lệ với cường độ ánh sáng

chiếu vào tế bảo pin quang điển Ki không có ánh sáng, tế bào quang điện có đặc tỉnh giêng một điode trường Tuy nhiên, nếu đặt vào tế bào quang điện một nguồn áp tử

biên ngoài thì nở sẽ tạo ra dong Ip còn gọi là dong diode hay dòng tối Diode trong mach điện trơng đương quyết định đặc tính LI-T của tế bào quang điện [2]

Hình 1.3 Mô hình mạch điện tương đương của tế bào pm quang điện

Isw thé hién dong dé qua diode, giả trị dòng đỏ thường rất nhỏ và có thế bỏ qua Dòng điện Tay được tình bồi công thức

q — 1,610": Dién tich cita electron

'T: Nhiệt độ tuyệt đối (K)

+ Hằng số hiệu chỉnh (1 : 2)

Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của đông quang điện Tụ:

G I= = Thet (T T,AT)—— Fe ATI G (13) 3

Trong đó:

Tr: Cường độ dòng quang điện tại nhiệt độ T

Tra: Cường đỗ dòng quang diện tai diểu kiện tiểu chuẩn

G, G„ Mật độ ảnh sáng tại nhiệt độ 'Ú và mật độ ảnh sáng tại nhiệt độ chuẩn

Giá trị đông điện báo hòa điode D cũng phụ thuậc vào nhiệt độ môi trường và

mat dé anh sang

1.3 Tìm hiểu về các cầu trúc thông đụng ing dung pin mat troi cho chiéu sang

TIiện nay hệ thống chiến sảng đô thị hay trên các hệ thống giao thông đường bộ hầu hết vẫn côn rất truyền thống sử đụng mạng lưới đây điện ching chỉt Mặc dù có cải tiến bằng cach đi các đường dây điện qua mạng lưới các ống đẫn ngâm nhưng †a

van không thẻ phủ nhận rằng né có rất nhiều nhược điểm, ví đụ như điều khiển, giảm

sát, chỉ phí bảo hành sửa chữa, thời gian, tiêu tấn tải nguyên điện Do đó, bệ thống chiếu sáng thông minh sử dụng năng lượng mặt trời là một phương án rất cỏ triển vọng, cũng như đáp ứng tốt quá trinh phát triển của nên công nghiệp tự động hóa đang phát

triển một cách nhanh chóng shư hign nay

Hình 1.5 Câu trúc chung của hệ thông chiếu sảng xử đụng năng lượng mặt trời

Hệ thống chiều sáng thông minh sử đụng năng lượng mặt trời cé một số tru

điểm dễ nhận thấy như tiêu thụ rằng lượng thấp, có Luỗi thọ cao, sử dụng bộ nguồn có

hiểu suất cao

Trong đỏ việc sử đụng chất liệu pin mặt trời và thiết kế một bộ nguằn biến đổi

Trong thập kỹ vừa qua, nhờ sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử bán

dẫn, người ta dã tiễn hành rất nhiều cải tiễn về công nghệ nhắm nâng cao hiệu suất và giảm chỉ phi đổi với các tắm pin mặt trời, nhưng có rất it cải tiến được thực hiện để

chuyến đối điện mặt trời trở thành điện đân dụng Đề tích hợp các tắm pin mặt trời vào

trong xôi hệ thông điện phức hợp, nguời ta thường sử đụng một số các bộ chuyển đối chiên 1 chiều - 1 chiều (DC-DC) Trong diều kiện thành phổ có không gian lắp đặt giới

18

hạn nên các bộ chuyển đổi điện này phải gọn nhẹ và có hiệu suất chuyển đổi năng

lượng điện cao Các bộ chuyển đổi điện DC-DC đang sử dụng hiện nay là các bộ chuyển đổi điện lai ghép, công kênh, giá thành cao và thiếu hiệu quả Đề đáp ứng được các yêu cầu khắt khe như hiệu suất, chỉ phi và độ tm cây, việc sử dụng các bộ chuyển đổi điện DC-DC cỏ hiệu suất cao, kích cỡ nhỏ, gọn nhẹ lả hét sức cần thiết

Một trong các giải pháp công nghệ hiện nay đang sử dụng đẻ giải quyết van de tiết kiêm năng lượng lả chuyển mạch ở tân số cao (>1 MHZ) [4] Như chúng ta đã biết,

các cuộn cảm và tụ điện được tích hợp trong các bộ biến đổi công suất đẻ điều khiển

hoặc thay đổi trạng thải của mạch điện Kích cỡ của cuộn cảm và tụ điện trong mạch

điện thay đổi tỷ lệ nghịch với tân sỏ Khi tàn số hoạt động của bộ biển đổi công suất

cảng cao thì kích cỡ của nó càng nhỏ, và năng lượng tiêu thụ cảng thấp, dân đến ton

hao năng lượng thấp vả hiệu suất biến đổi cao Đổi với linh kiên trên cơ sở vật liệu

Silie truyền thống như Mosfet, do câu trúc của vật liệu Silie, nên khi linh kiện thực

hiện chuyên mạch ở tần số cao (>1 MHz), phan công suất tồn hao do chuyên đổi từ

điện thành nhiệt gia tăng, nên cần phải có các công nghệ làm lạnh và điêu khiển nhiệt

độ tiên tiền đề giúp cho thiết bị làm việc ổn định, hiệu suất cao

Hình 1.6 Hệ thống chiếu sáng LED Street Light

Trong các hệ thống biến đổi ứng dụng cho chiếu sảng (đường phố hoặc nha xưởng) thường cỏ 2 tâng biến đổi công suất kiêu DC-DC sử dụng linh kiên bán dan

19

công suất Mosfet Bộ biến đổi DC-DC thực hiện tích lũy năng lượng từ pin mặt trời vào pin lưu trữ nàng lượng (thường là Acquy), bộ biến đổi DC-DC khác lây năng

lượng từ Pin cấp cho đèn [2] [3] [4] [5] Câu hình biển đối này mang một số đặc điểm

sau

- Số lượng cáo phân tử trong hệ thống biên đối năng hrợng như: Linh kiện ban

dan céng suất, phần tử thụ động (Tu điện, cuộn cấu: ) rất lớn và phức lạp, điều nảy

- Về hệ thống điều khiển, bản thân mỗi bộ biến dỏi DC-DC dều có các mạch vòng, điều khiển riêng, Đo đó, cần thêm một hệ thống điều khiẩn trung tâm để giảm sắt

và quản lý các nguồn năng lượng trong hệ thông, khi đó sẽ gặp khó khăn trong việc kết

nổi truyền thông giữa phản quần lý năng lượng va câu trúc điều khiển cho các bộ biến đổi công suất

- Do só sự chênh lệch lớn về điện áp các nguồn sơ cấp và điện áp tại DC bus niên các bộ chuyển dỗi DC-DC thường hoạt dộng tại chế độ cận tới hạn (chế độ có hệ

sẽ điều chế gần mức tết đa) nên hiệu suất lâm việc thực tế của chúng nhỏ hơn rất nhiều

so với thiết kế ban đâu

Về bản chất, hệ thống chiếu sáng sử dụng năng lượng thu được lừ pm quang

điện mặt trời (PV) có câu trúc tổng quát như trong hình 1.6

Ất nhanh đo

Trong các loại răng lượng tái lạo, năng lượng mặt trời phát triển

có nhiều ưu điểm nỗi bật như khai thác dơn giản, quy mỏ của hệ thông năng lượng mặt trời có thể trải rất rồng từ nhỏ cho tới rất lớn Hệ thống pin năng lượng mặt trời vận thành đơn giản, không lốn nhiều chi phi cho viéc bao dưỡng thay thể Tuy vậy, nhược diém lớn nhất của năng lượng mặt trời dỏ là không én dịnh và phụ thuộc mạnh váo điều kiện thời tiết, Vì vậy để có thể cung cấp dòng công suất ổn định cho việc sử dụng đèn chiến sáng, một thành phí

lưu trữ nẵng lượng như acquy, pim được thêm vào

Củng có chức năng như một bộ đệm năng lượng giúp ỗn định dòng công suất ra đèn,

đông thời cũng là nguồn năng lượng cho đèn khi không còn năng lượng mặt trời

20

Mục dich chiếu sảng là rất da dạng, hệ thông chiếu sảng có thể hoạt động liên tục ngày đêm như các hệ thống trang nhà xưởng, văn phòng hay chi đơn thuân hoạt đông vào buổi đêm cung cấp ánh sáng cho đường phổ, nơi công công, trái lại năng, lượng mặt trời chỉ có vào ban ngày và phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện bức xạ Do

vậy các câu trúc mg dụng cho mục đích chiếu sáng sử đụng năng lượng mặt trời phải

có khã năng vận hành lính hoạt có thể đáp ứng được ba chế độ vận hành co ban nhát

6 1a Dual output-DO, Dual input- DI, Single input single output - SISO

DO là chê độ vận hành khí mà lượng bức xạ đến bé mặt tắm pin mặt trời là lớn, ning lượng thu được từ tắm pin mặt trời lớn hơn rừng Tượng cần cưng cấp cho đèn, khi

đỏ năng lượng dư thừa sẽ dược sạc lại cho bộ lưu trữ dễ sử dụng khi cần Ngược lại, khi bức xạ mặt trời là nhỏ, năng lượng thu được từ tâm pin mặt trời không đủ cưng cấp cho đồn, phần năng lượng thiểu sẽ dược lấy bố xung từ pin lưu trữ đã dược nạp trước

đỏ, chế độ nay la DL SISO là chế độ vận hành đơn gián, đỏ là khi không cón năng,

Tượng mặt trời, toàn bộ năng lượng hoạt động của đèn sẽ được lây từ bộ hưu trữ

Hệ thống chiếu sáng là loại hệ thông có mức năng lượng và quy mô nhỏ hay thường gọi lá hệ thông có mức năng lượng thấp l2o đó, những câu trúc sử dung cho hệ

théng dạng nảy cũng cân phải nhỏ gọn, đơn giản nhưng vẫn đủ linh hoạt và phải đạt

hiệu suất cao để dáp ứng mục dịch sử dụng da dạng và tiết kiệm năng lượng Với cáo

trường hợp sử dụng như vậy, những câu trúc thường được sử đụng cho bộ biến đôi

tứng dụng trong hệ thông chiều sáng sử đụng năng lượng mặt trời đòi hồi phải có nhiều công trao dỗi năng lượng đẻ có thể phối hợp với nhau trong quả trình vận hành Từ đó,

những cấu trúc cho bộ biển đối có thê kế đến nhĩ câu trúc nội tảng, cấu trúc sang,

song, bộ biến đổi nhiều cổng vào ra (Mulliport)

1.3.1 Cầu tric néi ting

Cầu trúc nổi tầng (Ởascade) là cầu trúc đơn gin nal co thé dap ứng được những yêu cầu đặt ra cho mục dịch sử dụng của hệ chiếu sáng, sử dụng năng lượng mặt trời Nó là sự kết hợp giữa hai bộ biển đổi theo đạng nổi tiếp Năng lượng thu

được từ pin mặt trời qua bộ biển dải thử nhất sẽ dưa dến thành phần hạa trữ và đầu vào của bộ biển đổi thứ hai Thông thường, do yêu cầu đơn giản vả công, suất truyền tái

không cao, bộ biến đổi thử nhất thường 1a dang cau tric Buck, Boost hay Buck -

Boost, bé bién déi thứ hai sẽ đóng vai trỏ như một driver cho đèn

Hình 1.7 Cầu trúc nối tầng sử dụng trong chiếu sáng

Trong tất cả các trường hợp, năng lượng thu được từ pin mặt trời sẽ được truyền tải đến đèn qua hai giai đoạn ở hai bộ biến đổi khác nhau, điều nảy làm tăng sự

mắt mát trong quá trình biển đổi, ảnh hưởng đền hiệu suất chưng của hệ thông Một hệ

thông bao gồm pin mặt trời (1), pin lưu trữ/ pin nạp (2), bộ đèn chiều sáng (3)

1.3.2 Cầu trúc song song,

Tương tự như cầu trúc nói tảng, cầu trúc song song cũng là sự kết hợp của hai

bộ biển đổi độc lập

wen: (a) Dạng song song dau dau, (b) song song dau ra

Hệ thống gồm hai bộ biến đổi này cũng cho khả năng vận hành da dang, don giản, chúng được ni song song ở phía đầu vào hoặc đâu ra Tuy vậy, với đạng nói

song song đầu vào như hình 1.9a, năng lượng sử dựng cho đèn do phẩn tử lưu trữ cung cấp sẽ trải qua hai giai đoạn biến đổi, như ở câu trúc song song đầu ra như hình 1.9b,

22

năng lượng nạp cho pin lưu trữ từ pin mặt trời cũng tương tự với hai giai đoạn chuyển

đổi Điều nảy là không tốt do nhiều giai đoạn chuyên đổi sẽ tăng tỉ lệ mật mát, làm

giảm hiệu suất chung của hệ thông

1.3.3 Cầu trúc nhiều đầu vào nhiều đầu ra

Hình 1.9 Sơ đồ bộ nguôn cỏ cấu trúc chuyên đôi dạng nửa câu 3 công

Những năm gần đây, nhờ sự phát triển của các bộ điều khiên số cũng như công

nghệ bán dần, những bộ biên đổi xung có cầu trúc multiport được phát triển ngày cảng

nhiều và bộc lộ được những ưu điểm của nó so với cầu trúc ghép nói truyền thống Với chỉ một bộ biến đổi sử dụng câu trủe multiport duy nhất, nó có thể cho khả năng vận

hành như hệ thông ghép nổi nhiều bộ biển đổi lại với nhau và còn hơn thẻ nữa ở khả năng linh hoạt và gọn nhẹ hơn rất nhiều so với một hệ thông được ghép nói [6]

Với nhu câu sử dụng ở mức năng lượng thấp và chế độ vận hành cho việc chiều

sáng, bộ bien đổi 3 công là phủ hợp với mỗi công lần lượt cho nguồn vào PV, một

công cho bộ lưu trữ và một công cho dén chiều sảng Câu trúc multilport còn có khả

năng truyền tải năng lương giữa 2 cổng bất kỉ qua một bước chuyên đổi, điều này là

quan trọng trong việc tăng hiệu suất chuyển đổi nói chung cũng như sự ôn định của hệ

thống Việc đơn giản về câu trúc cũng góp phần đáng kế vào việc tăng hiệu suất chung của hệ thống do hạn chế được sự tổn hao không cản thiết trên các phần tử thụ động, hơn nữa, hiệu suất cao, câu trúc tỉnh giản cho phép tạo ra một thẻ hệ bộ biên đổi co kich thước nhỏ gọn, hiệu suất cao, mật độ công suất lớn rát phủ hợp với sự nhỏ gọn và

linh hoạt của các hệ thông chiều sáng

Nhờ sự tiện lợi, tĩnh giản, khả năng hoạt déng link hoat ma cau trie multiport nếi bật hẫn lên so với cáo cầu trúc cên lại, đo đó ná được mg đụng rất nhiều trong các

hệ thông chiên sáng Bộ biến đối 3 cống thường được thiết kế theo 2 dạng cach ly va không cách ly Tham khảo một vải cầu trúc 3 cổng dưới đây:

Như hình 1.10-a Đây là một cấu trúc thông thường của ứng đụng năng lượng

mắt trời cho chiêu sáng Led sử dụng hai bộ chuyên đổi Một cái được sử dụng dé sac pin trong ban ngày được gọi là mạch sạc, Cái còn lại được sứ dụng để cung cấp đến đường T.ed từ pm vào bạn đêm được gọi là mạch xã Đề tiết kiêm chỉ phí, Hai bộ chuyên dỗi nên được tich hợp

Một sơ để câu trúc không cách ly khác được chỉ ra hình 1.10.b Tương tự như cấu trúc trên thì cầu trúc này cũng sẽ gồm 2 giai doạn chính là sao pin vào ban ngày lử

PY đến cổng pin vả xã năng lương cung cấp cho Led vào ban đêm tử cổng pm đến

Led, đựa theo nguyên lý của 2 mạch cơ bản là Buck và Boost

2A

Dựa vào 2 sơ dỗ mạch vừa dược nêu ra, ta thấy nhược nhiễm lớn nhất là các chế độ sạc, xả hoạt động riêng lẽ chua thẻ gọi là thông minh Hướng đến vẫn đề thực

†ế, việc chiêu sáng T.eđ cần thông minh hơn không chỉ những chế độ hoạt đông co bản Một cấu trúc mạch lực cách ly được để xuất TPHBC (Three port converter half

bridge) Dây là một câu trúc don giãn, cách ly một phân thuộc họ các bộ biến đối

nhiều công với đầy đủ những trụ điểm của những cấu trúc nhiều công, mà lại đơn giân

do sử dụng rất ít các phần tử chuyển mạch Câu trúc được xây dựng dựa trên nên tảng, của câu trúc nửa cầu nên phù hợp với giải công suất của những hệ thống chiều sáng sử

đụng năng lượng mội trời

Câu trúc không cách ly có ưu điểm hiệu suất cao, nhỏ gọn Tuy nhiên nhược

điểm có thể để dàng nhận thấy đó là không có sự cách ly giữa đầu vào và ra, dẫn đến

khó cho việc bão vệ, an toàn với nguồn diện áp ra Ngoài ra, chưa kể dến khi có sự có điện áp tăng vọt dễ dẫn đến hóng các phản tử bản dẫn, mặc dủ phương án lựa chọn phân tử có giới hạn cao hon là hợp 1ý, nhưng sẽ làm tăng giá thành sản phẩm, trong trường hợp yêu cầu vẻ kinh tế thì phương án nảy là không khả thị,

Nhằm khắc phục những nhược điểm của nguằn không cách ly, phương án cách 1y được đưa ra Chương tiếp theo chúng ta sẽ phân tích chỉ tiết một cầu trúc như vậy

tạ a

Chuong 2: XAV DUNG CAT TRUC TPHRC CHO UNG DỤNG CHIẾU SÁNG

2.1 Tang quan vé cau trie TPHBC

ác bộ biến đổi nhiều cổng

với dây đủ những ưu điểm của những, cầu trúc nhiều công, mẻ lại dơn giản do sử dụng tắt it các phần tử chuyển mạch Cầu trúc được xây dựng đựa trên nền tảng của câu trúc tiữa cầu nên phủ hợp với giải công suất của những hệ thống chiếu sáng sử dụng năng

Giả sử ở chế độ xác lập, các giả trị Vụ, Vụ, V2 là hằng số Bồ qua tốn hao trong

các quả trình chuyển mạch, ta cổ: pia = pe + De

Trong dé pia, ps, ps lin luợt là công suất trên PV, ắc quy va dau ra BG TPIIBC

có 3 chế độ hoạt dòng cụ thẻ là

- Ché d6 DO (Dual-output): pin pa, cd ắc quy và tải đầu ra đều nhận năng

lượng từ PV, lúc này c quy trong quá trình nạp

- Chế độ DT (Dual-impul): pu< po pia Ô, lúc này Be quy xã, cỗ ắc quy và PV

truyền năng lượng sang tải

- Chế dé SISO: Ban ngay mach sé hoat déng 6 tinh trang khéng ti, khi dé ning Tượng từ PV được sạc cho ắc quy Dan đêm pin = 0, lúc này chỉ ắc quy truyền năng, Tượng sang tãi

2.1.2 Đặc điểm của cấu trúc TPHBC

Thực tế, các cầu trúc truyền thông vẫn đản ứng được các mục đích sử dụng và khả năng tích hợp các nguồn năng lượng nhưng lại tổ rõ nhược điểm cổ hữu như công, kênh, hiệu suất thấp Theo sơ đỏ hệ thông đạng nổi tiếp, để truyền tải năng lượng đến

bộ đền cân qua hai lang biển đổi, sơ đỗ song song đầu vào để đèn sử dụng năng lượng lưu trữ trong pin cũng, cân qua hai ting biển dỗi, hay với sơ dỗ song song dau ra thi quả trình sạc pin từ tâm thu năng lượng mặt trời cứng cần phải qua hai tâng biến đối tir

đó gây tôn hao công suất rất lớn Ngoài ra, khi chế tao các bộ nguồn dược thiết kế theo những cầu trúc nảy cần bỗ sung một lưởng linh kiện lớn, làm tăng giá thành sản phim,

giảm độ tin cậy và đương nhiên là giảm hiệu suất chuyển đổi năng lượng Iệ thông sử

đụng cấu trúc ba công nửa cầu đơn giản, tình gọn hơn với chỉ một cau trúc duy nhất,

sử dụng một lượng nhễ linh kiện nhưng vẫn cho khá năng vận hảnh linh hoạt, ning

lượng giữa hai oông bất kỉ có thể được truyền tải qua một giai đoạn, từ đó nâng cao hiệu quả chuyển đổi cũng như su én dịnh trong, quá trình vận hành so với các câu trúc truyền thống

2.2 Phân tích các chế độ huạt động của cầư trúc TPHBC

Phân tích kĩ vào sơ đổ mạch lực, ta có thẻ thây cẫu trúc của bệ biển đối là sự

a tric nia cau, Buck va, Forward

kết hợp của các mạch có chức wing cơ bản cũ

Tlyback như trong hình 2.2 Với ứng dụng cho việc chiếu sáng sử dụng ánh sáng mặt

trời có tích hợp thêm pin lưu trữ, ba cống của câu trúc nữa câu kết hợp này có thể được

mắc nổi độc lập với pin rrặi trời, pín và đến ở các vị trí như trên hình 2.2

Năng lượng truyền tái từ PV xuống pm dược thực hiện qua chức năng của bộ Buok, đo đó tại cổng đầu vào PV phải có điện áp lớn hơn điện áp làm việc tại công

pìn Khi hoại động như chức năng của câu trắc nỗa cầu, nẵng lượng truyền đến đến cỏ

thể được lây từ PV hoặc cả PV va pin, phy thuée vao mute ning hong ma tim pin mat

tạ b

trời thu được Khi không còn ảnh sáng mặt trời, vai trỏ của bộ Forward- Flyback được

thể hiện, năng lượng sẽ truyền một chiều tử pin sang đèn Các chức năng chuyên đổi năng lượng của câu trúc ba cổng nửa cau két hop này rất đa dạng, phủ hợp với các

chức năng can thiết của một bỏ nguồn phục vụ cho việc chiếc sảng sử dụng năng, lượng mặt trời

Phân tích quá trình làm việc ở chê độ DO qua 3 mode:

- Mode 1 [4-4]: Trude thoi diém to: Ms, My dang bat van Mi, M2 dang tit

Dòng điện trong mạch chạy mỏc vòng qua các van Mạ, Mụ, Tại tạ, Mì được bật và Mạ

tắt, dòng điện chay qua cuộn sơ cập của biên áp như trên hình 2.3

Hình 2.3 Dạng in hiệu đòng điện, điện áp trong bộ biên đãi ở chả đã 1O

- Mode 2 [4 —£,]: Sau khi Mù, Ms tắt, hai van Mà, Mà được mở, dòng diện chấy

qua cuộn sơ cấp của biến áp theo chiều ngược lại so với mode 1

- Mode 3£ 4, |: Hai van Mi, Mo déu tat, điện áp đặt lên cuộn sơ cấp tiến về 0,

đông điện bên thứ cấp muốc vòng qua tâi và 2 van Ms, Ma

Nguyễn lý hoạt động: Quá trình chuyển mạch gồm 3 trạng thải:

- Trạng thái I: Van MI, M3 mỏ, van M2, M4 đóng: Vụi = Vy — Vua> 0, dòng

điện chạy từ PV qua sơ cấp vào pm, mội phẩn nắng lượng được chuyển qua thứ cấp dùng cho tải Van À3 được mở để giảm tổn hao trên điode

Vy = Vev — Vear (Vear® VỤ

Ute ~ 2(Vev — Vat) — Veo

Lue nay dong bén thir cap duoc chinh hm qua diode ndi van M3, ta sé mé M3

- Trạng thai 3: Van M1, M2 dong, van M3, M4 mé: Vpa = 0, khong có dong chạy trong sơ cấp, tài được nuôi bằng năng lượng tích trữ trên cuộn cảm và tụ điện

Tiởng qua T.¿ được duy trì

Chế độ SĨ: quả trình chuyên mạch ở chế độ này gồm 2 trạng thải:

- Trạng thai 1: MI mé, đóng từ PV và tự C¡ qua Lan vào Có, Cá, cấp cho tái

Hinh 2.8 Trang thai M1 me

- Trạng thái 2: Van MI đóng (ngắt ngudén PV): Khi đó trong cuộn cảm tích

lúy năng lượng từ trường và tụ điện được tích lũy hước đó sẽ phỏng qua tải kết hợp

diode nội M2 tạo thanh dòng như hình vẽ (có thể điều khién van M2 mở trong giai

đoạn này đề giảm tôn hao)

Hình 2.9 Trạng thái MI đóng

Chế độ SO hoạt động tương tự trạng thai 2 6 che d6 DI

Đôi với các thiết bị bản dẫn, thì bộ nguồn sử dụng câu trúc TPHBC có tính chất

tương tự với các bộ nguồn xung truyền thông truyền thông Nhưng điềm khác nhau co bản giữa chủng là cuôn cảm chính của biển áp Lạ, nó có thẻ hoạt đông như 1 cuộn cảm riêng biệt trong mạch, cụ thẻ đối với câu trúc TPHBC, cuộn sơ cấp của biển áp dong vai tro như cuộn cam trong mach Buck

Dựa vào méi quan hé gitta céng suat vao pin, cong suat pin pp va céng suat tai po

Mat khae, dong dién ctia pin I, bang gia tri trung bình của dòng qua cuộn sơ cấp

của máy biển áp:

trình bảy trong chương sau

2.3 Phân tích chuyển mạch ZVS

Quá trình chuyển mạch trong chẻ đô hoạt động DO, kẻ từ thời điểm van Miđồng đến thời điểm van Mạ mở được thể hiệngua hình 2.10

Van M chỉ đạt ZVS khi và chỉ khi năng lượng tích trữ trong điện cảm rò của

máy biển áp đủ để xả tụ kí sinh trên M› vả nạp tủ kí sinh trên Mị

Hinh 2.11 Méi quan hệ giữa dòng điện và thoi gian deadtime

Van M, dat ZVS khi va chi khi dién ap trén tu ki sinh gid te V, vé 0, dit

~e 1a có đồ thị như trên hình

Tý —(ị„ +nly¿)— bvả các giả trị đồng điện khác ä >

2.5 Vay, van M sẽ đạt chuyển mạch ZVS khi thỏa măn điều khiện thời gian chết

Trong đỏ T‹ là chủ kì công hưởng giữa điện cảm rò và tụ kí sinh Trong chế độ

DI, các quả trinh điển ra tương tự, thời gian đeadtime được lựa chọn tương tự như ở

chế độ DO Trong một chủ ki hoạt động, tổng thời gian mở của van MỊ và Ms luôn bé

hơn một, với đặc diễm điện áp dầu vào pin mặt trời luôn lớn hơn pin lưu trữ, diện áp

trên van MỊ là Vos luôn lớn hơn 0 Do đó, van M¡ không thế đạt ZVS trong chế độ

hoại động TA và DO Trong chế độ STSO, bộ nguồn hoạt động nhà ruột bộ Forward - Flyback, qua trinh chuyển mạch diễn ra thể hiện trong hình 2.12

35

Trong ché d6 SISO, van Mụ làm việc như một diot chỉnh lưu tích cực, do đỏ nó

đạt chuyển mạch ZV§ một cách tự nhiên Đổi với van Mb, mọi quả trình về năng, lượng diễn ra như trong chế đỏ hoạt động DI và DO Thời gian deadtime cần thiết

được xác định theo công thức (2.13)

Hình 2.12 Quá trình chuyễn mạch ZVS cia M1, M2 trong ché dé SISO

2.4 Tính chọn thông số linh kiện cho TPHBC

Bộ thông số yêu cầu đề thiết kế bộ điều khiên cho cau tric TPHBC sir dung tam

pin mặt trời Mono 200W của hãng Solarhouse

Bảng 2.1 Thông số thiết kế hệ thông năng lượng mặt trời

pin lòng điện tại Pmax (Limp)

Loai té bao: Silicon dom tinh thé 125x125 mm

Kích thước mö đun (dài x rộng x cao) 1580x808%35 mum

2.4.1 Tinh chon may bién ap

Bién ap xung là thành phần quan trọng của bộ biến đổi Có nhiệm vụ truyền năng lượng từ phía sơ cấp sang thứ cập và cách ly Lựa chọn biển áp sao cho đảm bão

vé mat kich thước vả công suất của mạch

Do cuộn sơ cấp của máy biến áp xung được sử đụng như cuộn câm mach Buek,

tiên giá Irị cẩm cuộn sơ cấp được lính toán như sau:

Ppy

Al, = 5%lou = 5% (2.14)

Ypin

Trong đó: Công suất tâm pin Pp.= LOOW, dign ap battery Vyin = Vaequy =12V

Mit khac ta lại có:

= Vein pv-Vpia) _ Vpin¥pe—Vpin)

L AIL V pets DY

LV pe fsvs lo = 67.6 (MH) (2.15)

Trong dó: Vpv la điện áp tắm pm mặt trời Trong dây ta chọn Vụ—18V, fsw là

tân sể hoạt động (chuyền mạch) Thay số vào ta tính được L = 67.6uLL

Ta di tinh toán số vòng đây sơ cấp bằng công thức:

Nis

pane

Trong đó:

1: Là hệ số tự căm của cuồn day, don vi la Lenrry (1D

N¡: Là số vẻng dây của cuộn đây (vòng)

£: Tả chiều đài của cuộn đây (m)

s: Là tiết điện của lỗi (mổ), s — rˆ — 0.013"

Iị: Tà hệ số lừ thẩm của vật liệu làm lôi, „ — 3.10”

L1 _ [376.10-6.9,01 _

= = =272 (vò

Suy ra: Số vòng đây cuộn thứ cấp Nạ —n.Nị— 3 * 2.72 — 5.4 Wong)

- Thông số biên áp xung tục tế đạt được

+ Sơ cấp: Là = 70011, Lạ» = 0.08 pl

+ Thử cấp: Lụ — 31001, La = 3.4 HH1

38,

2.4.2 Tinh chan van mosfel cho phía sơ cấp

Déng dién dau vao tai céng PV:

- Đối với văn MỊ, đồng điện chây qua van trong thời gian siate 1 ở chế độ TT,

DO, dòng chảy qua van chính là đồng điện sơ cắp MBA lạ

- Đối với van Mạ, dong điện chây qua ở siate 2 trong chế 46 DI, DO và trong,

chế độ SISO, dòng diệu qua van được tính

I= han,

Deng qua van lớn nhát khi Trụ < Ô (trạng thái PTN xa) vậy nên dong điện cục

đại qua van M: là khi mạch hoạt động ở chế dộ SISO vào thời điểm ban dêm, năng,

lượng cấp cho Led lấy hoàn toàn từ PIN:

1A đối với MỊ và1 = 18A đổi với Mạ, dién ap Vps tdi thiéu 60V

Từ đó tx chọn được van mnosfet TRF4620, vì đây là mosfeL kênh N với các thông, số: l„« = 24A, điện áp ngược cực đại Vns va = 200V, Prax = 144W

39