(TIỂU LUẬN) thiết kế bđk điện áp buck boost converter
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.5 MB, 31 trang )
Thiết kế BĐK điện áp
Buck-Boost Converter
GVHD : PGS.TS. Trần Trọng Minh
Sinh viên:
Lương Minh Hiếu
Dương Minh Tiến
Vũ Mạnh Trường 20174304
Trần Văn Chiến 20173680
MỤC LỤC
1.
2.
3.
4.
5.
u cầu thiết kế
Mơ hình đóng cắt (chính xác)
Mơ hình trung bình tín hiệu lớn DC
Mơ hình trung bình tín hiệu nhỏ AC
Thiết kế mạch điều khiển
1. YÊU CẦU THIẾT KẾ
Thiết kế mạch lực : - Đầu vào : Vg = 30V
-
Đầu ra : Vo = 20V
D=0.4
Điện trở : R = 8 Ω
Tần số đóng cắt fs = 100kHz
Tính tốn :
- Giá trị dịng xác lập qua cuộn cảm :
- Độ đập mạch của dòng điện ra:
- Cuộn cảm:
- Tụ điện :
C
2. MƠ HÌNH ĐĨNG CẮT
Mạch buck-boost converter
Khi van dẫn
Khi van đóng
2. MƠ HÌNH ĐĨNG CẮT
Trạng thái thứ nhất: V on, D off :
Phương trình Kirchoff mơ tả mạch điện :
=
¿ .
−
{
¿ .
=
2. MƠ HÌNH ĐĨNG CẮT
Trạng thái thứ hai: V off, D on :
Phương trình Kirchoff mơ tả mạch điện :
¿ .
¿ .
=−
= −
{
2. MƠ HÌNH ĐĨNG CẮT
- Đưa vào hai hàm chứng nhận h1, h2 ta gộp 2 phương trình (1) và (2):
˙
[
-
0
] ([
=
˙
− 1
0
Đưa vào hàm đóng cắt u ={0,1}. Khi u = 1 thì V on ; u = 0 thì V off:
˙
[
0
] ([
=
˙
- Biến đổi phương trình trên thành dạng bilinear:
˙
0
][
−1
0
−
[
˙
1 − 1
2. MƠ HÌNH TRUNG BÌNH TÍN HIỆU LỚN DC
Từ phương trình mơ hình đóng cắt có dạng:
˙
[
]
˙
=
[
Lấy trung bình hai vế) ta được phương trình có dạng:
Mơ hình trung bình tín hiệu lớn chỉ tính tới giá trị DC trong phân tích Fourier, nghĩa là lấy các hệ số với k= 0.
và các ma trận A, Bi, bi, không phụ thuộc
thời gian, p/t trên chuyển thành:
0
−
1 − 1
3. MƠ HÌNH TRUNG BÌNH TÍN HIỆU LỚN DC
Đặt : ; ; . Ta được mơ hình trung bình tín hiệu lớn DC của Buck-Boost Converter.
˙
[]
˙
=
[
1
0
][ ] [
.
. d+
3. MƠ HÌNH TRUNG BÌNH TÍN HIỆU LỚN DC
Mơ hình chính xác và mơ hình trung bình tín hiệu lớn DC
3. MƠ HÌNH TRUNG BÌNH TÍN HIỆU LỚN DC
Mơ hình đóng cắt
Mơ hình trung bình
Kết quả mơ phỏng iL mơ hình đóng cắt và mơ hình trung bình
3. MƠ HÌNH TRUNG BÌNH TÍN HIỆU LỚN DC
Mơ hình đóng cắt
Kết quả mơ phỏng Vc mơ hình đóng cắt và mơ hình trung bình
Nhận xét: Do mơ hình đóng cắt thể hiện trạng thái on/off nên tín hiệu có dạng đập m.
Giá trị của tín hiệu mơ hình trung bình là trung bình của giá trị tín hiệu mơ hình đóng
cắt
4. MƠ HÌNH TRUNG BÌNH TÍN HIỆU NHỎ AC
Mơ hình trung bình:
Giá trị xác lập:
Tuyến tính hóa quanh điểm làm việc cân bằng với các biến động nhỏ:
xi
xi
xie 0 , i 1,..., n
0
uk uk
0
u ke 0 , k 1,..., p
~
1= 1+ 1
~
2= 2+ 2
x
i
u
k
xie
0,
i 1,..., n
u ke 0 , k 1,..., p
4. MƠ HÌNH TRUNG BÌNH TÍN HIỆU NHỎ AC
Thay các biến động vào phương trình trạng thái ta được:
Bỏ qua tích các biến động nhỏ và chú ý điểm làm việc cân bằng ta được:
~ ~
˙
( −1)+(
1= 2.
2
+
).
~ ~
{
˙
=
2 1
Viết lại dưới dạng ma trận hệ phương trình trạng thái :
~
˙
x=
[
¿
(1 −
)
−
1
x
y
Ax Bu
Cx Du
4. MƠ HÌNH TRUNG BÌNH TÍN HIỆU NHỎ AC
Chuyển sang dạng hàm truyền:
Xét 2 biến đầu ra : điện áp đầu ra và dòng điện cuộn cảm ta thu được 2 hàm truyền :
Hàm truyền điện áp :
() −.
()= =
..
+(
−
.(
)
()
+
Điểm zero: s = nằm bên phải trục ảo
Hàm truyền dòng điện :
()
()= =
( )
Điểm zero: s = < 0 nằm bên trái trục ảo
+
+¿¿
)
4. MƠ HÌNH TRUNG BÌNH TÍN HIỆU NHỎ AC
Chương trình nhập dữ liệu và tính tốn hàm truyền Gvd(s) và Gid(s):
4. MƠ HÌNH TRUNG BÌNH TÍN HIỆU NHỎ AC
Đồ thị Bode của Gvd(s)
Bode Diagram
Magnitude (dB)
Từ đồ thị Bode ta thu được các thông số :
- Tần số cắt : f = = 19,9 kHz
- Độ dự trữ pha : - 58o
(deg)
Hệ khơng ổn định
Mục tiêu thiết kế bộ bù có tần số cắt fc
= 5kHz và độ dự trữ pha 50o
Phase
•
90
10
Frequency (rad/s)
5. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Sử dụng bộ bù loại II có 1 điểm khơng và 1 điểm cực bộ bù này hay được sử dụng trong cấu trúc điều
khiển trực tiếp cho bộ biến đổi Buck-Boost. Hàm truyền bộ bù PID loại này có dạng như sau:
-
G
k .
C(s)
-
c
Ta sẽ thiết kế bộ bù sao cho hệ có: fc = 5kHz và PM = 50o ( trong khoảng 45o – 75o )
Tần số các điểm cực
Và fL = fc = 250Hz
5. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Chương trình tính tốn bộ bù và hàm truyền sau khi có bộ bù :
Hàm truyền bộ bù:
