Tìm hiểu và thiết kế mạch buck boost converter

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
----------

BÁO CÁO
ĐỒ ÁN II
Đề tài:Tìm hiểu và thiết kế mạch Buck Boost converter

Giáo viên hướng dẫn:PhD.Nguyễn Tùng Lâm

Hà Nội, 6/2016

1


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU
Trong kỹ thuật hiện đại ngày nay, việc chế tạo ra các bộ chuyển đổi nguồn có
chất lượng điện áp cao, kích thước nhỏ gọn cho các thiết bị sử dụng điện là hết sức
cần thiết.
Hiện nay bộ biến đổi nguồn DC-DC đang được sử dụng ngày càng rộng rãi. Bộ
biến đổi nguồn DC-DC là một thiết bị công suất, biến đổi điện áp một chiều thành
điện áp một chiều với các mức điện áp mong muốn nhằm cung cấp điện cho các
thiết bị sử dụng nguồn một chiều. bộ biến đổi DC-DC còn là một phần quan trọng
của bộ lưu điện UPS. Bộ biến đổi BUCK-BOOST được sử dụng trong các bộ ổn áp
công suất. Đặc biệt là các hệ thống điện sử dụng năng lượng tái tạo(sức gió, mặt
trời…).Cấu trúc của mạch vốn không phức tạp nhưng vấn đề điều khiển nhằm đạt
được hiệu suất biến đổi cao và bảo đảm ổn định luôn là mục tiêu của các công trình
nghiên cứu.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Tùng Lâm đã tận tình quan

tâm hướng dẫn chúng em trong suốt thời gian qua. Do còn việc hạn chế về trình độ
ngoại ngữ,chuyên môn và thiếu kinh nghiệm làm bài nên đồ án của chúng em còn
2


nhiều khiếm khuyết, sai sót. Chúng em mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp
cũng như những lời khuyên hữu ích từ các thầy, cô để có thể thấy rõ những
điều cần nghiên cứu bổ sung, giúp cho việc xây dựng đề tài đạt đến kết quả hoàn
thiện hơn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ BIẾN ĐỔI BUCK-BOOST
1. Mục đích

Mục đích của bộ biến đổi DC-DC là tạo ra điện áp một chiều được điều
chỉnh để cung cấp cho các phụ tải biến đổi. Trong một số trường hợp điện áp một
chiều được tạo ra bằng cách chỉnh lưu từ lưới có điện áp biến thiên liên tục.BỘ biến
đổi DC-DC thường được sử dụng trong các yêu cầu điều chỉnh được công suất
nguồn một chiều ,ví dụ như máy tính, thiết bị đo lường, thông tin liên lạc , nạp điện
cho ắc quy ngoài ra bộ biến đổi DC-DC còn được sử dụng để điều chỉnh tốc độ
động cơ một chiều.
2. Nguyên tắc hoạt động
 Sơ đồ bộ biến đổi

3


Hình 1.1: Sơ đồ bộ biến đổi buck-boost
Bộ buck- bost gồm có 1 cuộn dây,1 tụ điện, 1 transistor loại mosfet và 1 diode để
điều khiển bộ biến đổi cuộn dây. Mosfet hoạt động như 1 công tắc (van) nó đóng
cắt bằng xung điều khiển (xung vuông) với một bộ điều khiển tạo xung điều khiển

có tần số đóng cắt lớn cấp cho mosfet. Nó làm việc ở 2 chế độ: liên tục và không
liên tục.

Nguyên lý làm việc
Khi khóa (van) đóng, điện áp ngõ vào đặt lên điện cảm, làm dòng điện trong
điện cảm tăng dần theo thời gian. Khi khóa (van) ngắt, điện cảm có khuynh hướng
duy trì dòng điện qua nó sẽ tạo điện áp cảm ứng đủ để diode phân cực thuận. Tùy
vào tỷ lệ giữa thời gian đóng khóa (van) và ngắt khóa (van) mà giá trị điện áp ra có
thể nhỏ hơn, bằng, hay lớn hơn giá trị điện áp vào. Trong mọi trường hợp thì dấu
của điện áp ra là ngược với dấu của điện áp vào, do đó dòng điện đi qua điện cảm sẽ
giảm dần theo thời gian dòng điện qua điện cảm sẽ thay đổi tuần hoàn và điện áp rơi
trung bình trên điện cảm trong một chu kỳ sẽ bằng 0 nếu dòng điện qua điện cảm là
liên tục (nghĩa là dòng điện tải có giá trị đủ lớn).
Gọi T là chu kỳ chuyển mạch (switching cycle), T 1 là thời gian đóng khóa
(van), và T2 là thời gian ngắt khóa (van). Như vậy, T = T 1 + T2. Giả sử điện áp rơi
trên diode, và dao động điện áp ngõ ra là khá nhỏ so với giá trị của điện áp ngõ vào
và ngõ ra, điện áp rơi trung bình trên điện cảm khi đóng khóa (van) là (T 1/T)×Vin,
còn điện áp rơi trung bình trên điện cảm khi ngắt khóa (van) là − (T2/T)×Vout.
Điều kiện điện áp rơi trung bình trên điện cảm bằng 0 có thể được biểu diễn:
(T1/T)×Vin − (T2/T)×Vout = 0
Như vậy:
(T1/T)×Vin = (T2/T)×Vout ⇔ D×Vin = (1 − D)×Vout
Khi D = 0.5, Vin = Vout. Với những trường hợp khác, 0 < V out < Vin khi 0 < D
< 0.5, và 0 < Vin < Vout khi 0.5 < D < 1 (ở đây ta chỉ xét về độ lớn, vì V in và Vout là
ngược dấu). Như vậy, bộ biến đổi này có thể tăng áp hay giảm áp, và đó là lý do mà
nó được gọi là bộ biến đổi buck-boost.

Cách xác đinh C,L
Xét bài toán: cho biết phạm vi thay đổi của điện áp ngõ vào V in, giá trị điện
áp ngõ ra Vout, độ dao động điện áp ngõ ra cho phép, dòng điện tải tối thiểu I out,min,

xác định giá trị của điện cảm, tụ điện, tần số chuyển mạch và phạm vi thay đổi của
chu kỳ nhiệm vụ, để đảm bảo ổn định được điện áp ngõ ra.
Phạm vi thay đổi của điện áp ngõ vào và giá trị điện áp ngõ ra xác định phạm
vi thay đổi của chu kỳ nhiệm vụ D: D min = Vout/(Vin,max + Vout), và Dmax = Vout/
(Vin,min + Vout).
Thông thường, các bộ biến đổi buck- boost chỉ nên làm việc ở chế độ dòng
điện liên tục qua điện cảm. Tại biên của chế độ dòng điện liên tục và gián đoạn, độ
thay đổi dòng điện sẽ bằng 2 lần dòng điện tải. Như vậy, độ thay đổi dòng điện cho
phép bằng 2 lần dòng điện tải tối thiểu. Điện cảm phải đủ lớn để giới hạn độ thay
4


đổi dòng điện ở giá trị này trong điều kiện xấu nhất ứng với độ lớn của điện áp
trung bình đặt vào điện cảm khi khóa (van) ngắt đạt giá trị lớn nhất, tức là khi D =
Dmin. Như vậy đẳng thức dùng để chọn chu kỳ (tần số) chuyển mạch và điện cảm
L
(1 − Dmin)×T×Vout = Lmin×2×Iout,min tần số chuyển mạch), thì Lmin cũng
cần phải lớn.
Thành phần xoay chiều của dòng điện qua điện cảm sẽ đi qua tụ điện ngõ ra.
Với dòng điện qua điện cảm có dạng tam giác, điện áp trên tụ điện ngõ ra sẽ là các
đoạn đa thức bậc hai nối với nhau (xét trong một chu kỳ chuyển mạch). Lượng điện
tích được nạp vào tụ điện khi dòng điện qua điện cảm lớn hơn dòng điện trung bình
sẽ là ΔI×T/8. Nếu biểu diễn theo điện dung và điện áp trên tụ điện thì lượng điện
tích này bằng C×ΔV. Trong đó, ΔI là biên độ của thành phần xoay chiều của dòng
điện qua điện cảm, còn ΔV là độ thay đổi điện áp trên tụ khi nạp (cũng như khi xả,
xét ở trạng thái xác lập). Như vậy, chúng ta có thể xác định giá trị của tụ điện dựa
vào đẳng thức sau:
ΔI×T/8 = C×ΔV
ΔI đã được xác định ở trên, bằng 2 lần dòng điện tải tối thiểu, và T đã được
chọn ở bước trước đó. Tùy theo giá trị độ dao động điện áp ngõ ra cho phép ΔV mà

chúng ta chọn giá trị C cho thích hợp
3.
Mô hình bộ biến đổi

Hình1.2:Mô hình biến đổi của bộ chuyển đổi Buck Boost
Tín hiệu điều khiển δ(t) là hình dạng của xung và cả độ rộng của xung ở trạng
thái ổn định. Transistor ở trạng thái mở trong khoản thời gian t on và ở trạng thái
khóa trong khoảng thòi gian toff. Điện áp qua cuộn dây VL(t) bằng điện áp vào Vg(t)
trong khoảng thời gian ton. Trong quá trình mô phỏng điện áp vào Vg(t) là không
đổi. Dòng điện của cuộn dây i L(t) thì tỷ lệ với tích phân của điện áp v L(t) và iL
khoảng thời gian ton. Transistor không dẫn trong khoảng thời gian t off thay vì vậy
diot sẽ dẫn và điện áp qua diot bằng không. Do vậy điện áp v L(t) bằng -v0(t), nghĩa
là điện áp đầu ra mang dấu âm.ở trạng thái ổn định, i L(t) phải giảm trong khoảng
thời gian toff khi nó tăng trong khoảng thời gian ton. Kết quả là VL(t) phải âm trong
khoảng thời gian toff và v0(t) phải dương . Để xác định chiều phân cực cho điện áp
5


Vo(t) ở hình 1.2 , nó được xác định theo chiều ngược lại của các bộ biến đổi buck
và boost. Điện áp vL(t) luôn là hằng số trong khoảng thời gian t off nếu bộ biến đổi
được thiết kế một cách hợp lý. Nghĩa là độ nhấp nhô điện áp của Vo(t) là thấp, tuy
nhiên trong mỗi khoảng thời gian độ dốc của ỈL(t) luôn là hằng số.
Điện áp qua diot, Vdiot(t) bằng vg(t)+ v0(t) trong khoảng thời gian t on, do đó
dòng điện qua diot bằng không trong khoảng thời gian t on và dòng điện qua
transistor itrans(t) bằng iL(t). idiot(t) bằng iL(t) trong khoảng thời gian toff khi dòng
itrans(t) bằng không.
Khi điện áp v0(t) luôn là hằng số thì dòng tải itải(t) cũng luôn là hằng số. dòng
qua tụ điện itụ(t) bằng sự chênh lệch giữa idiot(t) và itải(t)- Ở trạng thái ổn định giá trị
trung bình của itụ(t) bằng không và do đó giá trị trung bình của itải(t) bằng giá trị
trung bình của idiot(t).

Điện áp lý tưởng qua tụ vL(t) thì tỷ lệ với tích phân của dòng điện i tụ(t). điện
áp qua ESR của tụ ,vESR thì tỷ lệ với itụ. Điện áp đầu ra vo(t) bằng tổng vL(t) và vESR.

Mô tả không gian trạng thái cho mỗi khoảng thời gian

Hình 1.3: Mô hình bộ biến đổi trong khoảng thời gian ton (u=1)
Trong khi transistor mở , điện áp qua transistor bằng không và diot không
dẫn. Do đó mạch ở hình 1.3 là mô hình của bộ biến đổi buck-boost trong khoảng
thời gian ton . Mô hình trạng thái của bộ biến đổi trong thời gian ton:
Áp dụng định luật Kirchoff về dòng và áp cho mạch điện trên ta thu được các
phương trình sau:
(3.1)
(3.2)
�0(t)=+RC

(3.3)

Từ (3.3) ta có :
�0(t)+

(3.4)
(3.5)
(3.6)

Thay (3.6) vào (3.2) ta được :
(3.7)
Đơn giản hóa ta được :
6

(3.8)
Kết hợp (3.1),(3.6) và (3.8) ta được hệ thống không gian trạng thái sau đây :
(3.9)

Với:
(t)=

Trong khi transistor bị khóa, điện áp qua diot bằng 0.mạch hình 1.4 là mô hình
của bộ biến đổi trong thời gian toff.

Hình 1.4 Mô hình của bộ biến đổi Buck-Boost trong thời gian toff
Áp dụng định luật kirchoff cho dòng và áp của mạch điện trên ta có các phương
trình sau:
(3.10)
(3.11)
(3.12)
(3.13)
(3.14)
(3.15)
Thay (3.15) vào (3.10) và (3.11) ta được:
(3.16)
(3.17)
Đơn giản (3.17) ta được:
(3.18)
Kết hợp (3.15), (3.16) và (3.18) ta thu được hệ thống không gian trạng thái sau:
(3.19)
Với:

7

 Phương pháp không gian trạng thái trung bình

Xấp xỉ hệ thống có thời gian biến đổi ta có:
(3.20)
Duty d(t) là tín hiệu đầu vào được bổ sung vào.khi đó một vecto đầu vào được
xác định:
(3.21)

Điều này không được trình bày ở không gian trạng thái trung bình, khi mà các tín
hiệu điều khiển d(t) được tách ra từ các tín hiệu nhiễu Vg(t) và iinj(t). Tuy nhiên , ở
hệ thống lý thuyết, tất cả các tín hiệu điều khiển và tín hiệu nhiễu đều được đặt ở
vecto đầu vào. Khi chu kỳ duty được xem xét là một tín hiệu gián đoạn cùng với
thời gian trích mẫu Ts, không thể mong đợi hệ thống ở (3.20) có hiệu lực cho tần số
cao hơn một nữa tần số chuyển mạch
Hệ thống ở (3.20) là hệ thống phi tuyến có thời gian bất biến. Nó là một hệ thống
phi tuyến khi có sản phẩm là hai tín hiệu đầu vào và nó là hệ thống bất biến với thời
gian khi tất cả các hệ số độc lập với thời gian.
Một hệ thống phi tuyến bất biến với thời gian cùng với vecto trạng thái x(t) vecto
đầu vào u’(t) và vecto đầu ra y(t) được viết như sau:
(3.22)

Một sự tuyến tính hóa được áp dụng , ở đó chúng ta xác định sai số từ điểm hoạt
động như sau:

(3.23)

8

Các chữ hoa mô tả các giá trị điểm hoạt động (trạng thái ổn định, dc) và ký biểu
tượng (^) mô tả tín hiệu xoay chiều , Giả thiết rằng điểm hoạt động là điểm cân bằng
khi đó ta có:
(3.24)
Điểm hoạt động của giá trị đầu ra:
(3.25)
Hệ thống tuyến tính sau thu được từ (3.24):
(3.26)
Với:
(3.27)
(3.28)
(3.29)
(3.30)
(3.26) là xấp xỉ của hệ thống phi tuyến và một tên biến mới đã được sử dụng. (3.20)
là trường hợp đặc biệt của (3.22). Phương trình (3.23) và (3.24)-(1.30) bây giờ sẽ
được viết cho trường hợp đặc biệt này. Các phương trình sau thu được nếu (3.23)
được ứng dụng cho (3.21)
(3.31)
Sau đây xác định các biến:
(3.32)
Biến d’(t) bằng phần thời gian transistor khóa. D’ là giá trị điểm hoạt động của
d’(t). (3.24) và (3.25) được viết bằng cách sử dụng (3.20):
(3.33)
Với
( 3.34 )
Từ (3.33) ta có thể viết lại:
(3.35)
(3.36)

Phương trình (3.26) bây giờ có thể viết:

(3.37)
và được xác định như sau:
(3.38)
Khi đó:
9


(3.39)
Kết quả của phương pháp không gian trạng thái trung bình là mô hình dc (3.35)
hoặc (3.33) và (3.37). Phương pháp không gian trạng thái trung bình được áp dụng
cho bộ biến đổi Buck-Boost. Các phương trình sau đây thu được bằng cách mở rộng
(3.34).

Mở rộng (3.33) ta thu được các phương trình sau:
(3.40)
Biến đổi ta có:
(3.41)
Mở rộng và đơn giản hóa (3.38) ta được:
(3.42)
(3.43)
Thay thế IL và V vào (3.42) và (3.43) ta được:
(3.44)
(3.45)
Hàm truyền đạt của bộ biến đổi Buck-Boost
Hàm truyền đạt đầu ra, trở kháng đầu ra và độ nhạy cảm bây giờ được suy ra từ hệ
thống tuyến tính ở (3.37). Giả thiết rằng các điều kiện đầu bằng 0. Biến đổi laplace
của (3.26) ta được:
(3.46)
(3.47)
Phương trình đầu tiên mở rộng của (3.47):

(3.48)
Từ phương trình (3.48) ta thu được:
(3.49)
Từ đó ta rút ra được hàm truyền đạt của bộ biến đổi Buck-Boost:
(3.50)
Bỏ qua điện trở của tụ điện ta thu được hàm truyền đạt có dạng sau:
(3.51)

10


CHƯƠNG 2:THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
1 Đặt vấn đề
Sơ đồ bộ biến đổi buck-boost mạch hở:

Hình 2.1:Sơ đồ biến đởi Buck-Boost
Với thông số của bộ biến đổi Buck-Boost như sau: Điện áp vào V=24V, điện trở tải
R=52Ω, độ tự cảm của cuộn dây L=15.91mH, điện dung của tụ điện C=50.
Mô hình mô phỏng trên matlab:

11


Discrete,
Ts = 1e-007 s.
powergui

-5 .1 9 1
P u lse
G e n e ra to r

D i sp la y

Diode
g

m

m

D

S

k

a

Mosfet

+v
-

Voltage MeasurementS c o p e
Series RLC Branch

Series RLC Branch1 Series RLC Branch2

DC Voltage Source

Hình 2.2: Sơ đồ mô phỏng bộ biến đổi mạch trên simulink
-Với D=0.2 =>V0=Vin*D/(1-D)=-6V
Kết quả mô phỏng:

Hình 2.3: Kết quả mô phỏng với D=0.2
Ở trạng thái xác lập V0~-5.2V
-Với D=0.5 =>V0=Vin=-24V
Kết quả mô phỏng :

12


Hình2.4: Kết quả mô phỏng với D=0.5
Ở trạng thái xác lập V0~-23,24V
-Với D=0.8 ta có V0=VinxD/(1-D)=-96V
Kết quả mô phỏng:

Hình 2.5: Kết quả mô phỏng với D=0.8
Trạng thái xác lập V0~95V
Nhận xét:
Từ 3 trường hợp trên ta thấy có sự sai lệch giữa giá trị đặt và kết quả đo được
Vì vậy để giảm thiểu sự sai lệch ta phải thiết kế bộ điều khiển cho đối tượng này. ở
đây ta dùng bộ điều khiển PI cho hệ thống
2 Thiết kế bộ điều khiển cho bộ biến đổi Buck-Boost
2.1 Cấu trúc hệ thống
Hệ thống bộ biến đổi DC-DC giữ một vai trò rất quan trọng trong các hệ thống
năng lượng tái tạo, để ổn định điện áp đầu ra cho có bộ DC-DC đòi hỏi bộ điều
khiển phải hoạt động một cách tin cậy. Do điện áp đầu ra của các hệ thống PV, pin
13

nhiên liệu không đủ lớn để có thể cung cấp cho đầu vào của bộ nghịch lưu do đó ta
phải sử dụng các bộ biến đổi DC-DC để nâng điện áp lên mức yêu cầu, để điện áp
đầu ra thỏa mãn thì cấu trúc của hệ thống thường gồm có hai mạch vòng chính là
mạch vòng dòng điện và mạch vòng điện áp.

Hình 2.6: Cấu trúc điều khiển chung của bộ biến đổi DC-DC
Trong cấu trúc trên thì các bộ điều khiển được thực hiện trên máy tính hoặc vi
điều khiển, tín hiệu ra là các xung PWM dùng để mở các van bán dẫn như mosfet
để thay đổi điện áp cho các bộ biến đổi DC-DC. Các tín hiệu phản hồi áp và dòng
trước khi đưa vào máy tính được xử lý trước để đưa tín hiệu dạng số vào máy tính
2.2 Cấu trúc bộ điều khiển PID
Bộ điều khiển PID là một bộ điều khiển thông dụng được sử dụng từ rất lâu
trong công nghiệp. Đây được coi là những bộ điều khiển cổ điển, tuy nhiên hiện nay
vẫn được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp do tính ưu việt của nó. Lý do bộ điều
khiển này được sử dụng rộng rãi là vì tính đơn giản của nó cả về cấu trúc lẫn
nguyên lý làm việc, bên cạnh đó nó còn có khả năng triệt tiêu sai số xác lập, tăng
đáp ứng quá độ, giảm độ quá điều chỉnh nếu các tham số bộ điều khiển được chọn
lựa thích hợp. Do sự thông dụng của nó nên nhiều hãng sản xuất thiết bị điều khiển
đã cho ra đời các bộ điều khiển thương mại rất thông dụng. Một bộ điều khiển PID
nói chung là một bộ điều khiển bao gồm vòng điều chỉnh và vòng phản hồi tín hiệu.
Một bộ điều khiển PID có thể bao gồm đầy đủ 3 thông số P, I, D hoặc tùy theo
yêu cầu của hệ thống mà có thể là bộ điều khiển I, P, PI, PD. Việc tính toán điều

14


khiển PID bao gồm tính toán riêng biệt các tham số: khâu tỷ lệ, khâu tích phân,
khâu vi phân.
-

Khâu tỷ lệ có nhiệm vụ phục tùng và thực hiện chính xác nhiệm vụ được

-

giao.
Khâu tích phân: thực hiện công việc và có tích lũy kinh nghiệm để thực hiện

-

tốt nhiệm vụ.
Khâu vi phân: luôn có sáng kiến và phản ứng nhanh với sự thay đổi tình
huống trong qua trình thực hiện nhiệm vụ.
Bộ điều khiển PID thường được sử dụng để điều khiển đối tượng SISO theo
nguyên lý hồi tiếp. Bộ điều khiển PID có nhiệm vụ đưa sai lệch tĩnh e(t) của
hệ thống về 0 sao cho quá trình quá độ thỏa mãn yêu cầu sau:

-

Nếu sai lệch tĩnh e(t) càng lớn thì thông qua thành phần U p(t), tín hiệu điều

-

chỉnh U(t) càng lớn
Nếu sai lệch tĩnh e(t) chưa bằng 0 thì thông qua thành phần U i(t), PID vẫn

-

còn tạo tín hiệu điều chỉnh
Nếu sự thay đổi của sai lệch tĩnh e(t) càng lớn thì thông qua thành phần

Ud(t), phản ứng thích hợp của u(t) sẽ càng nhanh.

Từ việc điều chỉnh 3 thông số trong các thuật toán điều khiển PID, bộ điều khiển
có thể kiểm soát quá trình cụ thể mà hệ thống yêu cầu. Tùy từng đối tượng khác
nhau mà trong bộ điều khiên PID có thể có các thành phần P, I, D nếu như đối
tượng đã có khâu tích phân rồi thì trong bộ điều khiển ta không cần phải đưa thêm
khâu tích phân vào nữa, lúc đó ta chỉ cần sử dụng bộ điều khiển PD, hay khi tín hiệu
trong đối tượng thay đổi tương đối chậm và bản thân bộ điều khiển cũng không nhất
thiết phải có sự thay đổi thật nhanh với sự thay đổi của đối tượng thì trong bộ điều
khiển không cần phải có khâu D, lúc đó ta chỉ cần sử dụng bộ điều khiển PI là được.
2.3 Bộ điều khiển cho bộ biến đổi Buck-Boost
Để tổng hợp bộ điều khiển cho bộ biến đổi Buck-Boost, ở đây ta tổng hợp bộ
điều khiển theo tiêu chuẩn tích phân bằng cách sử dụng công cụ Rltool của
MATLAB. Với việc sử dụng tiêu chuẩn tích phân có nhiều tiêu chuẩn như tiêu
chuẩn tích phân bình phương sai lệch ISE (Integral of Square Error), tiêu chuẩn tích
phân của tích số giữa thời gian và giá trị tuyệt đối của sai lệch ITAE (Integral of
Time multiplied by Absolute value of Error),vv… Trong đồ án ta sẽ tổng hợp bộ
điều khiển theo tiêu chuẩn tích phân giá trị tuyệt đối của sai lệch vì theo tiêu chuẩn
này thì việc tính toán các tham số của bộ điều khiển là đơn giản nhất.

15


16


CHƯƠNG 3:MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB SIMULINK
3 Mô phỏng điều khiển bộ biến đổi Buck-Boost trên MATLAB-SIMULINK

3.1 Sơ đồ mô phỏng mô hình toán của bộ biến đổi Buck-Boost

Hình3.1Sơ đồ mô phỏng mô hình toán của bộ biến đổi Buck-Boost
3.2 Sơ đồ mô phỏng sơ đồ khối của bộ biến đổi Buck-Boost
Thông số của bộ biến đổi Buck-Boost như sau: Điện áp vào V=24V, điện trở tải
R=52Ω, hệ số duty D=0.6, độ tự cảm của cuộn dây L=15.91mH, điện dung của tụ
điện C=50.
Sau khi tổng hợp ta thu được bộ điều khiển có các thông số như sau:
Bộ điều khiển dòng: Kp=0.0028; Ki=1.0189

17


Bộ điều khiển áp: Kp=0.9066; Ki=47.1173

S cope
D i sp l a y 1
Discrete,
Ts = 1e-007 s.

-0 .4 5 8 7

Diode

powergui
g

m

m

D

S

k

2 3 .8 5

Current Measurement

Mosfet
R e p e a ti n g
S e q u en ce

D i sp l a y

i
+-

a

>=
R e l a ti o n a l
O p e ra to r

+v
-

Series RLC Branch2
Series RLC Branch

Voltage Measurement

Series RLC Branch1

DC Voltage Source

P ID C o n tro l le r1
P I(s)
P ID C o n tro ll e r
P I(s)

24
C o n sta n t1

18

S co p e 1


Hình3.2 Sơ đồ mô phỏng sơ đồ khối của bộ biến đổi Buck-Boost
-Ta đã dảo chiều điện áp nên U0, Ud sẽ dương

3.3 Kết quả mô phỏng
-Với Ud=24v ta có:

Hình3.3 Kết quả mô phỏng điện áp Uo với Ud=24V
Ta thấy Uo~24v,Ir=Uo/R=24/52=0.4578

19

Hình3.4 Kết quả mô phỏng dòng điện với Ud=24V
-Với Ud=12V ta có:

Hình3.5 : Kết quả mô phỏng điện áp Uo Với Ud=12V

20


Hình3.6 :Kết quả mô phỏng điện áp Ir với Ud=12V
Ta thấy Uo~12V,Ir=12/52=0,231

KẾT LUẬN
Sau một thời gian tìm hiểu thiết kế bộ điều khiển cho biến đổi Buck-boost thì ta
đã đưa ra được mô hình mô phỏng cho bộ biến đổi,tính toán bộ điều khiển dùng
phần mềm Matlap& Simulink khảo sát các kết quả ta nhận thấy bộ biến đổi có đáp
ứng khá tốt.Do sự hạn hẹp về kiến thức và kinh nghiệm nên trong quá trình làm vẫn
có nhiều thiếu sót cần được khắc phục,rất mong được sự đóng góp bổ sung ý kiến
của thầy để bài làm của em được hoàn thiện hơn.Em xin chân thành cảm ơn !!!

21


TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Bính , Điện tử công suất, Nhà xuất bản khoa học - kỹ thuật.
[2] Nguyễn Văn Liễn - Bùi Quốc Khánh, Điều chỉnh tự động truyền
động điện, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật.

[3] PGS.TS. Nguyễn Phùng Quang, MATLAB - Simulink dành cho kỹ sư
điều khiển tự động , NXB KH&KT Hà Nội, 2006.

[4] Bengt Johansson, Improved Models for DC-DC Converters
[5] J. David Irwin, Power electronics the handbook
[6] w.Kramer, s. Chakraborty, B. Kroposki, and H. Thomas, Advanced
Power Electronic Interfaces for Distributed Energy Systems

[7] Abdelhafid El Bouhal, Isolated Bi-directional DC-DCConverter for a
PEM Fuel Cell nergy Management System EPE 2005-05

[8] RERUCHA Vladimir, BI-DIRECTIONAL DC- DC CONVERTERS
FOR SUPERCAPACITOR BASED ENERGY BUFFER FOR
ELECTRICAL GEN- SET

22