Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho bộ biến đổi boost theo chế độ dòng điện đỉnh

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ
CÔNG SUẤT
Đề tài: “Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho bộ biến đổi Boost theo chế độ
dòng điện đỉnh”
GVHD : PGS. TS. Trần Trọng Minh
Nhóm : 1
Họ tên : Vũ Trí Thành - 20209501
Phạm Đức Long- 20209502
Phạm Đình Đức - 20209583
Trần Ngọc Diệu
- 20209578

download by :


NỘI DUNG
1. U CẦU THIẾT KẾ
2. MƠ HÌNH HĨA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST CONVERTER
3. CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN
4. TỔNG HỢP CÁC BỘ ĐIỀU CHỈNH (BỘ BÙ)
4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
6. KẾT LUẬN

download by :


1. YÊU CẦU THIẾT KẾ:

Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho bộ biến đổi Boost theo chế độ dòng
điện đỉnh
+ Nội dung thiết kế: Mơ hình hóa, Cấu trúc điều khiển và cách thức

tính tốn bộ điều chỉnh (bộ bù).
+ Mô phỏng cấu trúc điều khiển:
- Tải thay đổi
- Nguồn thay đổi ±10%
- Nhận xét kết quả mô phỏng

download by :


TÍNH TỐN MẠCH LỰC
• Điện áp vào Uin = 5V
• Điện áp ra Uo =18V
• Tải
R = 10
• rL=rC=0; fs = 200khz

Từ các thông số trên:
Hệ số điều chế : D = 1= 0.72
Dịng điện trung bình qua cuộn cảm:
IL= = = 6.4 (A)

download by :


TÍNH TỐN MẠCH LỰC
TÍNH CHỌN L,C
- Đối với bộ biến đổi boost:
+ Điện cảm được tính theo cơng thức:
L=
+ Điện kháng được tính theo cơng thức:

C=
Với là độ đập mạch dòng điện qua cuộn cảm: = 10%-20% IL
: = 0.1% - 1% Uo
Chọn =15% IL và =0.5% Uo ta tính được L và C:
L = 5.25e-06 (H)
C = 260.00e-06 (F)

download by :


2. MƠ HÌNH HĨA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST CONVERTER
Mạch lực BBĐ Boost

(1-D):1

Mơ hình BBĐ DC/DC tại điểm xác lập

Mơ hình trung bình

download by :


2. MƠ HÌNH HĨA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST CONVERTER
MƠ HÌNH HĨA BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRUNG BÌNH MẠNG PHẦN TỬ
ĐĨNG CẮT
 Trạng thái 1 van ON (D=1)

 Trạng thái 2 van OFF (D=0)

Þ U1=0

=>

Từ mơ hình điểm làm việc xác lập

U1=U2
Từ mơ hình trung bình

𝑢1 (𝑡)=[1−𝑑(𝑡)]𝑢2 (𝑡)
download by :


2. MƠ HÌNH HĨA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST CONVERTER
MƠ HÌNH HĨA BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRUNG
BÌNH MẠNG PHẦN TỬ ĐĨNG CẮT
Ta có sơ đồ bộ biến đổi boost converter với tín
hiệu nhỏ

Tuyến tính hóa tại điểm
làm việc cân bằng:

download by :


2. MƠ HÌNH HĨA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST CONVERTER
Thay (2) vào (1) ta có:

Với :

Từ (4) ta có:

download by :


2. MƠ HÌNH HĨA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST CONVERTER
Viết phương trình mạch vịng dịng điện qua cuộn cảm:

Thay (5) vào (7):

Từ PT trên ta có hàm truyền điện áp ra và hệ số điều chế:

download by :


2. MƠ HÌNH HĨA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST CONVERTER

Thay (6) vào (7) ta có:

Từ PT trên ta cũng có hàm truyền giữa hệ số điều chế và dòng điện:

download by :


2. MƠ HÌNH HĨA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST CONVERTER
MƠ HÌNH HĨA BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRUNG BÌNH
MẠNG PHẦN TỬ ĐĨNG CẮT

Hàm truyền giữa điện áp ra và dòng điện của bộ biến đổi Boost:
Với:

download by :


3. CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN:
SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN THEO NGUYÊN LÝ DÒNG ĐỈNH

download by :


3. CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN:
- Thiết kế theo chế độ dòng điện đỉnh ta cần chọn hệ số bù khi D>
0.5 thỏa mãn:
Với:

+
+
- Ngồi ra, có thể chọn =
 Ở bài thiết kế này, chọn =

download by :


3. CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN:
Từ m file trong matlab ta có hàm truyền giữa điện áp đầu ra và dịng điện :

wRHP=1.5e+5
wP =769.2308

download by :

3. CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN:
Đồ thị Bode của hàm truyền Gvi :

Nhận xét : Tần số cắt là 118 , độ dự trữ pha là 136. Hệ ổn định nhưng có sai
lệch tĩnh. Để giảm độ dự trữ pha và tăng tần số cắt ( đáp ứng nhanh hơn) ta
sử dụng “bộ bù loại II”, khâu tích phân để triệt tiêu sai lệch tĩnh.

download by :


4. TỔNG HỢP CÁC BỘ ĐIỀU CHỈNH (BỘ BÙ) :
Bộ bù loại II: Sử dụng 1 điểm không và 1 điểm cực kết hợp với khâu tích phân để triệt
tiêu sai lệch tĩnh.
- Độ dự trữ pha của bộ bù được tính bởi:
= (-90) + PM –phase1
với + PM: là độ dự trữ pha hệ hở
= -306.0597
+ phase1: góc pha của đối tượng
tại tần số fc.
+ : góc pha của bộ bù loại II tại tần số cắt
- Tần số điểm 0 và điểm cực được xác định bởi công thức:
fz = fc* = 488.2434
fp = fc* = 4.6084e+03
- Tần số cắt chọn nhỏ hơn 1/10 tần số phát xung
- Tần số cắt fc nên nhỏ hơn 1/5 tần số f_RHP
- Hệ số khuếch đại kc= 1/(mag1*mag2)

download by :

4. TỔNG HỢP CÁC BỘ ĐIỀU CHỈNH (BỘ BÙ) :
 Hai khâu Lead conpensator có tác dụng bù pha

Bộ bù loại II:

cho hệ thống tại tần số cắt mong muốn.​
  Khâu Lag compensator có tác dụng làm tăng
biên độ của hệ thống tại vùng tần số thấp để
giảm sai lệch tĩnh.​

Ta thiết kế bộ bù để :
+ Hệ hở có fc=1500hz
+Độ dự trữ pha PM=55

download by :


4. TỔNG HỢP CÁC BỘ ĐIỀU CHỈNH (BỘ BÙ) :
Đồ thị bode hệ hở khi có bộ bù:

Ta thấy hệ hở ổn định và tần số fc và độ dự trữ pha PM đúng như thiết kế.

download by :


4. TỔNG HỢP CÁC BỘ ĐIỀU CHỈNH (BỘ BÙ) :
Ta có hàm truyền đạt của bộ điều khiển ( bộ bù loại II):

download by :

5. KẾT QUẢ MƠ PHỎNG:
Sơ đồ khối mơ phỏng cấu trúc dịng điện đỉnh trên Matlab Simulink :

Kết quả mơ phỏng khi xét tới các ảnh hưởng :
Điện áp đặt thay đổi.
Tải thay đổi.
Điện áp vào dao động.

download by :


5. KẾT QUẢ MƠ PHỎNG:
Kết quả mơ phỏng khi xét tới các ảnh hưởng :
Thay đổi điện áp đặt từ 15V lên18V

Ta thấy khi thay đổi điện áp đặt thì điện áp ra bám giá trị đặt. Điên áp đập mạch
nhỏ hơn 1% điện áp ra.

download by :


5. KẾT QUẢ MƠ PHỎNG:
Kết quả mơ phỏng khi xét tới các ảnh hưởng :
Khi điện áp đầu vào dao động 0.5V với tần số 2 khz:

download by :

5. KẾT QUẢ MƠ PHỎNG:
Kết quả mơ phỏng khi xét tới các ảnh hưởng :
Khi tải thay đổi:

R’=1/2 R

R’=2 R

 Điện áp ra đập mạch lớn hơn

 Điện áp ra đập mạnh nhỏ hơn

download by :


6. KẾT LUẬN:
•
•
•
•
•

Phù hợp với đa số bộ biến đổi DC/DC.
Bộ điều khiển ở trên cho chất lượng điện áp ra khá tốt.
Khơng có độ q điều chỉnh
Thời gian đáp ứng nhanh ( 0.06s)
Điện áp đạp mạch nhỏ cỡ (1.6%)

download by :