3-phase 6-switches rectifier (mạch chỉnh lưu 3 pha 6 khóa).

TS. Trần Ngọc Hải

Mạch này được xử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp và xe điện (on-board charger, inverter, các cây fast charger cho xe điện cũng có thể dùng cấu hình này....) có chức năng chuyển đổi điện áp xoay chiều 3 pha sang điện áp DC. Ngoài ra, mạch còn có khả năng điều khiển công suất theo cả 2 chiều (bidirectional) nghĩa là nó có thể sử dụng như 1 inverter, chuyển đổi điện áp DC sang AC để hòa lưới hoặc chạy tải động cơ 3 pha.

Đây cũng là dự án đầu tiên mình làm cho một công ty Hàn Quốc vào năm 2017. Yêu cầu đưa ra là rất khó khăn so với công nghệ tại thời điểm 2017.

- Công suất: 7kW

- Power density,mật độ công suất phải lớn hơn 2kw/L (hầu hết các sản phẩm thương mại tại thời điểm đó đều dưới 1kW/L.

- Thời gian hold-up time >= 8ms (cái này làm giảm power density vì tụ dc-link phải có năng lượng đủ lớn để giữ cho hệ thống duy trì được thêm 8ms sau khi đã tắt khỏi nguồn).

- On-response time < 20ms.

- Điện áp ngõ ra dao động rộng (wide range): 70V-420V (phải dùng thêm mạch Buck phía sau nên hệ thống là 2 stages)

- Đặc biệt là điện áp ngõ vào cũng wide range: 187V-528V (L-L,rms),

Ngoài ra, vì đây là sản phẩm thương mại nên các yêu cầu về THD, PF, EMI đều phải tuân theo chuẩn.

Thông thường những dự án thế này công ty Hàn chỉ cho mình 1 năm, nhưng lúc đó họ đặt hàng dự án kép nên tụi mình có 18 tháng để hoàn thành 2 bộ, 7kW và 40kW (có dịp mình sẽ viết về bộ này sau, nó sử dụng cấu hình khác hoàn toàn, Vienna Rectifier).

Và mình là người được giao design chính toàn bộ mạch rectifier này.

Vì hold-up time là bắt buộc nên tụ dc-link không thể giảm, mình chỉ có thể giảm volume của bộ lọc ngõ vào (input filter).

Đối với những mạch rectifier 3 pha công suất cao thì volume của input filter thường là lớn nhất, nếu chỉ sử dụng cuộn L truyền thống thì không đạt yêu cầu nên mình phải chọn LCL filter.

Ngay cả khi dùng LCL filter, tần số đóng cắt cũng phải được đẩy lên đến 90kHz với thỏa được yêu cầu. Chính vì vậy SiC mosfet đã được sử dụng để đáp ứng được với yêu cầu đóng cắt tần số cao như thế (tại thời điểm 2017, tất cả những sản phẩm thương mại đều là Si-based fet/igbt, SiC devices chưa mature nên chỉ xuất hiện tại phòng thí nghiệm). Cuối cùng thì dự án cũng thành công, đáp ứng được mọi yêu cầu của khách hàng đưa ra.

Thời đó, vừa qua Hàn là mình đã được giao ngay cho dự án này, thế là cắm đầu cắm cổ làm, học, hầu như ngày nào cũng ngồi lab từ 9h sáng đến 2h sáng, cái gì cũng mới, cái gì cũng phải học. Đến lúc xong và nhìn lại thì rất vui vì đã học được nhiều thứ.

- Lần đầu tiên được tiếp xúc và sử dụng SiC fet, cái mà mình thậm chí không biết là cái gì khi ở VN.

- Design được 1 bộ LCL filter hoàn chỉnh, từ chọn core, đến các giá trị L,C, tần số, volume, stability, không thừa, không thiếu công suất... sau này thì magnetic design cũng trở thành 1 hướng nghiên cứu của mình.

- Ngoài ra còn nhưng vấn đề về lựa chọn switches, sensor mình cũng học được rất nhiều, đặc biệt là lập trình DSP với style code chuyên nghiệp hơn so với hồi ở VN.