Máy biến áp tích hợp điện cảm cho bộ biến đổi cộng hưởng LLC

Tóm tắt

Nhu cầu ngày càng tăng về mật độ công suất cao và hiệu suất cao trong các bộ biến đổi DC-DC đã đề xuất bộ biến đổi cộng hưởng LLC như một cấu trúc tiềm năng cho các ứng dụng như hệ thống quang điện, mạng phân phối điện một chiều và hệ thống sạc xe điện. Thành phần máy biến áp có những ảnh hưởng đáng kể đến mật độ công suất, chi phí và hiệu suất của bộ biến đổi LLC, do đó việc tối ưu hóa thiết kế từ tính là rất đáng quan tâm. Cấu trúc máy biến áp dạng phẳng (planar transformer) mang lại các ưu điểm như kích thước thấp, cải thiện khả năng tản nhiệt và mật độ công suất cao hơn so với máy biến áp quấn dây truyền thống. Trong khi đó, máy biến áp truyền thống thường bao gồm các thành phần từ tính riêng lẻ lại làm tăng thể tích, trọng lượng và tổn hao của hệ thống. Tích hợp từ hóa (magnetic integration) tận dụng độ rò từ của máy biến áp như một cuộn cảm cộng hưởng là một giải pháp hấp dẫn nhằm nâng cao độ nhỏ gọn và hiệu suất. Tuy nhiên, các phương pháp tích hợp hiện tại còn gặp phải nhiều thách thức, bao gồm độ tự cảm rò rỉ bị giới hạn, tổn hao lõi từ cao và tính toán thiết kế phức tạp. Bài báo này đề xuất một bộ biến đổi cộng hưởng LLC tích hợp từ mới sử dụng các cuộn dây cuộn cảm được tách biệt, kết hợp cuộn cảm cộng hưởng và cuộn cảm từ hóa trong cùng một lõi từ bằng phương pháp tích hợp dòng từ phân tách (split-integration magnetic flux). Phân tích chi tiết động học dòng từ cho phép xây dựng các phương trình thiết kế tối ưu, được xác thực thông qua mô phỏng phần tử hữu hạn về mật độ và phân bố từ thông. Các kết quả thực nghiệm ở tần số cộng hưởng 250 kHz và công suất đầu ra 180 W cho thấy thiết kế đề xuất vượt trội hơn so với các cấu trúc máy biến áp riêng biệt truyền thống và cấu trúc tích hợp với cuộn dây bất đối xứng trước đây, đạt được mật độ công suất cao hơn, giảm thiểu tổn hao và cung cấp quy trình thiết kế đơn giản.