Tính toán và thiết kế Boost Converter

CURRENT MODE CONTROL
BOOST CONVERTER

Sinh viên thực hiện
Phạm Quang Chiến
Lê Tất Thắng

20101162
20102213


Nội Dung
I. Giới thiệu phương pháp điều khiển theo dòng điện và mô hình
hóa bộ biến đổi boost converter.

1. Cấu trúc và nguyên lý làm việc

2. Tính toán và lựa chọn các tham số cơ bản

3. Phương pháp điều khiển theo dòng điện- Mô hình hóa
II. Thiết kế bộ điều khiển

1. Thiết kế mạch vòng dòng điện

2. Thiết kế mạch vòng điện áp
III. Mô phỏng kiểm nghiệm


Yêu cầu thiết kế

1. Cấu trúc và nguyên lý làm việc


Ts

v

L

(t)dt  Vg .D.Ts  (Vg  V).D'.Ts  0

0

= Vg .(D+D')-V.D'= 0

(D+D’ = 1)


2. Tính toán và lựa chọn các tham số cơ bản
 Tính toán L

Dạng sóng dòng điện qua cuộn cảm

 Tính toán C

Dạng sóng điện áp đầu ra


 Tính toán điện trở R

Các giá trị cụ thể
Linh kiện

Yêu cầu

Giá trị

L
41,6uH
C

Q

D

Ids = 100 A
Vds = 40V

IRF540

Iv = 5A

SB580


.3. Phương pháp điều khiển theo dòng điện- Mô
hình hóa
 Điều khiển theo dòng điện

Mạch vòng điều chỉnh dòng điện Boost Converter

 Thiết kế mạch vòng dòng điện (mạch vòng trong)
 Thiết kế mạch vòng điện áp (mạch vòng ngoài)
 Thiết kế chu kì Tng >= 10 Ttr


vˆg  0

Gvg: Hàm truyền từ điện áp
đầu vào đến điện áp đầu ra
Gvd: Hàm truyền từ điều khiển
đến điện áp đầu ra
Gig: Hàm truyền giữa điện áp
đầu vào với dòng điện qua
cuộn cảm IL
Gid: Hàm truyền giữa đầu vào
điều khiển và dòng điện qua
cuộn cảm
Gcv: hàm truyền khồi bù mạch
vòng áp
Gci: Hàm truyền khối bù mạch
vòng dòng điện
Hi, Hv : Hàm truyền khối phản
hồi dong và áp

vˆ( s)  Gvg ( s).vˆg ( s)  Gvd ( s ).dˆ ( s )

iˆL ( s )  Gig ( s ).vˆg ( s )  Gid ( s ).dˆ ( s )

 Phương pháp trung bình hóa mạng đóng cắt
 Thay thế phần mạch có phần tử đóng cắt bằng một mạng 2
cửa
 Chuyển mạng đóng cắt phi tuyến bằng một mạng tuyến tính
qua phép lấy trung bình


<v1(t)>=d’(t).<v0(t)>
<i2(t) > =d’(t).<i1(t)>
d’(t)=1-d(t)

 Tuyến tính hóa mô hình
bên khi đưa vào các tín
hiệu nhỏ
 vg (t )  Vg  vˆg (t )
 iL (t )  I g  iˆL (t )
 v0 (t )  V0  vˆ0 (t )
 v1 (t )  V1  vˆ1 (t )
 vg (t )  Vg  vˆg (t )
 i2 (t )  I 2  iˆ2 (t )
d  D  dˆ (t ); d '  1  dˆ (t )  D ' dˆ (t )


 Bỏ qua các biến động nhỏ bậc cao
 v1 (t)  d '(t )  v2 (t)  D '(V2  vˆ2 (t )) V2dˆ(t )
 i (t)  d '(t )  i (t)  D '(I  iˆ (t ))  I dˆ(t )
2

1

1

1

1

 Áp dụng định luật Kihoff viết phương trình cho mạch vòng dòng
điện qua cuộn cảm và điện áp trên tụ
(sL  RL )iˆL (s)  Vodˆ(s)  D ' vˆo (s)  vˆg (s)
sCvˆo (s) 

R
R
vˆ (s)
.I L dˆ(s)  D ' iˆL (s)
 o
R  RESR
R  RESR R  RESR

(1)
(2)


Từ phương trình (1)& (2) ta có:
s
s
s
)(1 
)

(1 
)
 z1
 z er o ˆ
 z1
d ( s )  G vgo .
vˆ ( s )
s
s2
s
s2 g
1

1

 o .Q  0 2
 o .Q  0 2

(1 
vˆ o ( s )  G vd o

s
C ( R  R E S R ))
2
ˆ ( s )  G (1  sC ( R  R E S R )) vˆ ( s )
d
ig o
g
s
s2

s
s2
1

1

 o .Q  0 2
 o .Q  0 2

(1 
iˆL ( s )  G ido

(1 
Gvd ( s )  Gvdo

s

 z1

)(1 

s

 zero

s
s2
1

o .Q 0 2

)

(1 
; Gvg ( s )  Gvgo .

s

 z1

)

s
s2
1

o .Q 0 2

s
C ( R  RESR ))
(1  sC ( R  RESR ))
2
;
G
(
s
)

G
ig

igo
s
s2
s
s2
1

1

o .Q 0 2
o .Q 0 2

(1 
Gid ( s )  Gido

Gvdo 

Vo
2V
o
1
1
;Gvgo  ; Gid 0  2o ;Givo  2 ; Q 
RL
1
D'
D'
D' R
D' R


L C(R  RESR )

(1 D)(R  RL) D'2 R
1
1 RL  (1 D)R D'
zero 

;z1 
;o 

L
L
RESRC
R
LC
LC


Phương pháp trung bình hóa hệ phương
trình trạng thái

d i L
d t
d v c
d t
v

o



1
L
1
C




R



( 
( 
R
R

R

L

i



L

V

g

R
R



R
v

)
) v

c

E S R

c

E S R

 RL

R 

0

1
 L


0

 ; B1   L  ; C1  
R  RESR  ; D1  0
A1  


1
 
0 

0  0

0 

C( R  RESR ) 


di L
1
R
RR E SR
 (  R L iL  V g 
vc 
)
dt
L
R  R ESR
R  R ESR
dv c

1
R
1
 (
iL 
vc )
dt
C R  R ESR
R  R ESR
vo 

R
( v c  R ESR i L )
R  R ESR

R 
1 RRESR
(

R
)....
R 
 RRESR
L
1
 L RR

....
LR
(


R
)
ESR
ESR
;B1 L;C1 RRESR RRESR ;D2 0
A2 


 
 R
1 
0
__0________0 
 
C(RR )............CR

(

R
)
ESR
ESR 



Phương pháp độ dự trữ ổn định


Summary

• Define your challenges
– Technological as well as personal

• Set realistic expectation
– Mastery is not achieved overnight

• Keep your eye on the goal
– Mentorship programs


Resources
• <Intranet site text here>
<hyperlink here>
• <Additional reading material text here>
<hyperlink here>
• This slide deck and related resources:
<hyperlink here>


QUESTIONS?


APPENDIX