Thiết kế bộ biến đổi DCDC tăng áp (Boost Converter) (PID controller)

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Viện Điện
----------

BÁO CÁO ĐỒ ÁN I
Đề tài: Thiết kế bộ biến đổi DC - DC tăng áp

Giảng viên hướng dẫn:
Nhóm sinh viên thực hiện:

Hà Nội 5-2019


Mục lục
LỜI MỞ ĐẦU..............................................................................................................4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI...........................................................................6
1.1. Mục đích đề tài..................................................................................................6
1.2. Đối tượng nghiên cứu........................................................................................6
1.3. Phương pháp và kế hoạch nghiên cứu...............................................................6
1.4. Ứng dụng của đề tài...........................................................................................6
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.............................................................................8
2.1. Bộ biến đổi DC – DC tăng áp (Boost Converter)..............................................8
2.1.1. Cấu trúc bộ Boost Converter......................................................................8
2.2.2. Không gian trạng thái của bộ boost converter..........................................10
2.2. Cấu trúc bộ điều khiển PID..............................................................................17
2.3. Vi điều khiển Pic16F877A...............................................................................19
2.3.1. Khái quát về vi điều khiển Pic16F877A...................................................19
2.3.2. Sơ đồ chân và chức năng của PIC16F877A..............................................20
2.4. Giải thuật sử dụng............................................................................................23
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH LỰC VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID....24
3.1. Tính toán mạch lực bộ Boost Converter..........................................................24

3.2. Tính toán thông số bộ điều khiển PID.............................................................25
CHƯƠNG 4. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG....................................................................29
4.1. Mô phỏng hệ thống trên Matlab&Simulink.....................................................29
4.2. Mô phỏng trên phần mềm Proteus...................................................................31
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI........................32
5.1. Những kết quả đã đạt được..............................................................................32

2


5.2. Hướng phát triển của đề tài..............................................................................34
KẾT LUẬN................................................................................................................36
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................36

3


LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu khí đang suy
giảm về số lượng, hơn nữa chúng còn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, trong
khi nhu cầu sử dụng lại ngày càng tăng. Chính vì vậy, việc phát triển các nguồn năng
lượng tái tạo là một hướng đi hiện đại, đảm bảo sự phát triển lâu dài. Ở nước ta,
nguồn năng lượng mặt trời rất dồi dào và là một lĩnh vực tiềm năng.
Trong lĩnh vực kỹ thuật hiện đại, điện năng lượng mặt trời là điện được tạo ra
từ việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện bằng cách sử dụng tấm pin năng
lượng mặt trời hoặc từ nhà máy năng lượng mặt trời dựa trên nguyên lý phản xạ ánh
sáng. Với đặc trưng của nguồn điện năng lượng mặt trời là không ổn định, điện áp
đầu ra của chúng liên tục thay đổi và có giá trị nhỏ, nên chúng thường được liên kết
với phụ tải hoặc lưới điện nhờ một bộ biến đổi công suất. Vì vậy, việc chế tạo ra các
bộ chuyển đổi nguồn có chất lượng điện áp cao, kích thước nhỏ gọn cho các hệ thống

pin năng lượng mặt trời là hết sức cần thiết. Quá trình xử lý biến đổi điện áp 1 chiều
thành điện áp một chiều khác gọi là quá trình biến đổi DC - DC. Một bộ nâng điện
áp là một bộ biến đổi DC - DC có điện áp đầu ra lớn hơn điện áp đầu vào. Các bộ
biến đổi DC - DC trong các hệ thống năng lượng lưu trữ giúp cho các hệ thống năng
lượng tái tạo, điển hình là năng lượng mặt trời, giúp khắc phục được các hạn chế của
nó. Cấu trúc mạch của bộ biến đổi vốn không phức tạp nhưng vấn đề điều khiển
nhằm đạt được hiệu suất biến đổi cao và đảm bảo ổn định luôn là mục tiêu của các
công trình nghiên cứu.
Để nâng cao chất lượng của điện áp đầu ra trong hệ thống pin năng lượng mặt
trời, với đề tài “Thiết kế bộ biến đổi DC - DC tăng áp cho mạch sạc pin năng lượng
mặt trời”, chúng ta có rất nhiều phương pháp như: tuyến tính hóa nhờ phản hồi vào
ra, sử dụng các luật điều khiển PID, điều khiển trượt, điều khiển mờ,… Trong đó, sử
dụng bộ điều khiển PID là phương pháp được sử dụng khá rộng rãi, dễ thực hiện,
đảm bảo hiệu suất biến đổi và độ ổn định khá cao.
4


Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn cô giáo TS. Vũ Thị Thúy Nga - giảng
viên trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình hướng dẫn nhóm chúng em trong
suốt thời gian một học kì vừa qua, giúp đỡ và chia sẻ cho chúng em rất nhiều kinh
nghiệm quý báu trong quá trình đi từ lý thuyết đến thực tế.
Trong quá trình thực hiện đề tài, do hạn chế về hiểu biết cũng như chưa có
kinh nghiệm làm việc thực tiễn nên nhóm em còn có nhiều thiếu sót. Nhóm chúng
em mong nhận được những ý kiến đóng góp cũng như những lời khuyên của cô cùng
các bạn để bổ sung và hoàn thiện đề tài hơn nữa.
Chúng em xin chân thành cảm ơn !

5

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1. Mục đích đề tài
Điện năng phát ra từ nguồn năng lượng mặt trời ít được cấp trực tiếp cho các
phụ tải, điện áp luôn biến thiên theo các yếu tố khách quan như cường độ bức xạ,
nhiệt độ, thời tiết tại vị trí đặt tấm pin mặt trời bởi đặc trưng của nguồn này là không
ổn định và điện áp có giá trị nhỏ, nên cần một bộ biến đổi DC - DC tăng áp để có thể
ổn định đầu ra theo yêu cầu chất lượng điện áp mong muốn.
1.2. Đối tượng nghiên cứu
- Thiết kế mạch lực bộ biến đổi DC - DC tăng áp.
- Thiết kế bộ điều khiển PID cho bộ biến đổi DC - DC tăng áp.
- Vi điều khiển PIC 16F877A.
1.3. Phương pháp và kế hoạch nghiên cứu
- Sử dụng bộ điều khiển PID để nâng cao chất lượng điện áp ra.
- Tìm hiểu cấu trúc bộ biến đổi DC - DC tăng áp và bộ biến đổi PID, xây
dựng mô hình và mô phỏng bằng phần mềm Matlab&Simulink và Proteus.
- Thiết kế phần cứng.
1.4. Ứng dụng của đề tài

 Ứng dụng của bộ biến đổi DC - DC tăng áp trong hệ thống pin năng lượng
mặt trời:
Ngày nay, cùng với sự phát mạnh mẽ của thế giới, nhu cầu sử dụng năng
lượng của con người ngày càng tăng. Nguồn năng lượng tái tạo nói chung, nguồn pin
mặt trời nói riêng là dạng nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường,
đồng thời tiềm năng về trữ lượng ở nước ta rất lớn.
Tuy nhiên, để khai thác, sử dụng nguồn năng lượng pin mặt trời sao cho hiệu
quả, giảm phát thải các chất gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là khí (CO2) đang là
mục tiêu nghiên cứu của nhiều quốc gia. Bộ biến đổi DC - DC tạo ra điện áp một
6

chiều (DC) được điều chỉnh để cung cấp cho các tải thay đổi. Ngoài ra, để giữ ổn
định cho mạch một chiều và đưa điện áp xoay chiều (AC) ra lưới, người ta còn sử
dụng thêm bộ nghịch lưu DC – AC.
Các bộ biến đổi công suất có nhiệm vụ như sau: Pin mặt trời cho ra điện áp
một chiều, tất cả điện áp một chiều này sẽ đi qua bộ nghịch lưu để đưa điện áp xoay
chiều tới lưới điện.

Hình 2.8: Sơ đồ điều khiển pin mặt trời
Do điện áp đầu ra của pin mặt trời không đủ lớn và ổn định để cung cấp cho
đầu vào của bộ nghịch lưu nên đòi hỏi phải có một bộ điều khiển tin cậy để điện áp
đầu ra đạt yêu cầu. Chính vì vậy, điều khiển bộ biến đổi DC - DC tăng áp là một bài
toán vô cùng quan trọng.

 Ứng dụng khác
Ngoài ứng dụng trong các hệ thống pin năng lượng mặt trời nói riêng và năng
lượng tái tạo nói chung, bộ biến đổi DC - DC tăng áp được sử dụng rất rộng rãi trong
công nghiệp, chúng có thể được sử dụng để điều khiển động cơ trong xe điện, cầu
trục, các thiết bị khai thác mỏ,…

7


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Bộ biến đổi DC – DC tăng áp (Boost Converter)
2.1.1. Cấu trúc bộ Boost Converter
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 tao ra bằng cách chỉnh lưu từ lưới có các điện áp biến thiên liên tục. Bộ biến
đổi DC - DC thường được sử dụng trong các yêu cầu điều chỉnh 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 các bộ biến đổi DC - DC còn được sử dụng để điều khiển động cơ một
chiều. Bộ biến đổi DC - DC là bộ biến đổi công suất bán dẫn, có hai các thực hiện
kiểu chuyển mạch: dùng các tụ điện chuyển mạch và dùng các điện cảm chuyển
mạch. Dùng tụ điện chuyển mạch thì chúng ra phải tạo được nguồn dòng là tiến hiệu
vào, còn dùng điện cảm chuyển mạch thì đầu vào là nguồn áp. Dễ dàng nhận thấy, sử
dụng điện cảm chuyển mạch sẽ đơn giản hơn, vì tạo ra một nguồn áp sẽ dễ hơn tạo ra
một nguồn dòng, hơn nữa nó còn có thể sử dụng ở các mạch có công suất lớn.
Bộ biến đổi DC - DC tăng áp có tác dụng điều chỉnh điện áp đầu ra lớn hơn
điện áp đầu vào. Điện áp DC đầu vào mắc nối tiếp với một cuộn cảm khá lớn có vai
trò như một nguồn dòng. Một khóa chuyển mạch mắc song song với nguồn dòng này
đóng mở theo chu kỳ. Năng lượng cung cấp từ cuộn cảm và nguồn làm cho điện áp
đầu ra tawg lên. Nó thường dùng để sử dụng điều chỉnh điện áp nguồn cup cấp và
hãm tái sinh động cơ DC. Vấn đề điều khiển bộ biến đổi tăng áp là một vấn đề phức
tạp vì nó có tính phi tuyến và dễ bị ảnh hưởng của các tác động bên ngoài.

8


Hình 2.5: Bộ biến đổi tăng áp đóng cắt bằng thiết bị bán dẫn
Ta giả thiết rằng các thiết bị bán dẫn là lý tưởng, nghĩa là transistor Q phản
ứng nhanh khi diode D có giá trị ngưỡng bằng 0. Điều này cho phép trạng thái dẫn
và trạng thái khóa được kích hoạt tức thời không mất thời gian. Như đã biết, ta có:
khi transistor ở trạng thái mở, diode D sẽ bị phân cực ngược. Do đó, sẽ hở mạch giữa
nguồn áp E và tải R. Ta có thể thấy điều này trên hình 2.6(a). Mặt khác, khi transistor
Q ở trạng thái khóa, diode D phân cực thuận, tức là D dẫn. Nó cho phép dòng năng
lượng truyền từ nguồn E tới tải R, như hình 2.6(b).

(a) Chuyển mạch ở vị trí u = 1

(b) Chuyển mạch ở vị trí u = 0

Hình 2.6: Sơ đồ thay thế của bộ biến đổi
Hai sơ đồ mạch ghép nối với bộ biến đổi có thể được kết hợp thành một sơ đồ
mạch đơn bằng cách sử dụng ý tưởng của chuyển mạch lý tưởng như trên hình 2.7:
Hình 2.7: Sơ đồ lý tưởng đóng cắt cho mạch tăng áp

9


2.2.2. Không gian trạng thái của bộ boost converter

Hình 2.8: Bộ biến đổi boost trong khoảng thời gian ton
Trong khi transitor mở thì điện áp transitor về không và điode thì không dẫn.
Mạch ở hình 2.8 có thể được sử dụng như là một mô hình của bộ biến đối Boost
trong thời gian ton. Ở trong hình, một nguồn dòng được thêm vào. Từ hình 2.8 ta thu
được các phương trình sau :

Biến đổi công thức (2.3) ta được:

10


Thay thế (2.2) vào (2.6)

Rút gọn (2.7)

Bằng cách sử dụng (2.1),(2.6),(2.8) ta thu được hệ thống không gian trạng thái
dưới đây

11

Hình 2.9: Bộ biến đổi boost trong khoảng thời gian toff

12


Trong khi các transitor khóa, điện áp qua diode thì vê 0. Do đó mạch trong
hình 2.9 thể hiện mô hình của bộ biến đôi boost trong thời gian t off .Một mô hình
không gian trạng thái được trình bày như sau:

:
Ứng dụng không gian trạng thái trung bình, ta được các phương trình :

13


Các biểu thức một chiều bây giờ sẽ được nghiên cứu, ta thu được :

Đơn giản (2.27)
V =RD’IL

(2.29)

Thay (2.29) vào (2.28)

14


Thay (2.29) vào (2.26)

Điện áp một chiều qua ESR của tụ về 0 và kết quả này được chứng minh ở
(2.30). Giá trị trung bình của dòng tải sẽ băng giá trị trung bình của dòng qua diode.
Dòng qua diode sẽ băng dòng của cuộn dây trong khoảng thời gian D' và nêu không
thì bằng 0. Do đó giá trị trung bình của dòng qua diode (xấp xỉ) bằng D'IL, và kết quả
này được giải thích ở (2.29), (2.32) cho thấy biên độ một chiều của bộ biến đổi boost
và nó cao hơn 1.
Rút ra hàm truyền của bộ biến đổi boost :

Trở kháng đầu ra và độ nhạy cảm bây giờ sẽ được suy ra từ hệ thống tuyến
tính ở (2.33). giả thiết răng các điều kiện đầu bằng không. Biến đổi laplace của
(2.33) ta được :

15


Phương trình đầu tiên của mở rộng (2.35)

Rút gọn (2.36), ta thu được:

Ta thu được hàm truyền của bộ biến đổi boost :

Nếu bỏ qua tụ điện, ta được :

16


2.2. Cấu trúc bộ điều khiển PID
Bộ điều khiển PID là một bộ điều khiển thông dụng được sử dụng từ lâu trong
công nghiệp. Đây được coi là những bộ điều khiển cổ điền, 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 đợn 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 . Cấu trúc
chung của bộ PID được trình bày như sau:

Hình 2.10: Cấu trúc chung của bộ điều khiển PID
Một bộ điều chỉnh PID có thể bao gồm đây đủ 3 thông số P,I,D hoặc tùy yêu
cầu của hệ thông mà có thể là bộ điều khiển I, P, PI, PD. Việc tính toán điều khiển
PID bao gồm tính toán riêng biệt các tham số: khâu tỷ lệ, khâu tích phân và khâu vi
phân:
- Khâu tỷ lệ (P): có nhiệm vụ phục tùng và thực hiện chính xác nhiệm vụ
được giao. Nếu đặt giá trị này càng cao thì tốc độ đáp ứng (đạt tới giá trị
17


đặt mong muốn) càng nhanh. Tuy nhiên nó cũng làm độ chính xác giảm đi
và tổn hao năng lượng tăng lên. Nếu giá trị này quá lớn thì hệ quả là hệ
thống sẽ mất ổn định.
- Khâu tích phân (I): thực hiện công việc và có tích lũy kinh nghiệm đề thực
hiện tốt nhiệm vụ. Nếu đặt giá trị này càng cao thì quá trình loại trừ sai số
do tham số P gây ra (tức là đưa về giá trị yêu cầu) càng nhanh. Tuy vậy nó
cũng gây ra hiện tượng quá độ càng lớn.
- Khâu vi phân (D): luôn có sáng kiến và phản ứng nhanh với sự thay đối
tình huống trong quá trình thực hiện nhiệm vụ. Nếu giá trị này càng cao thì
càng làm giảm sự quá độ do tham số I gây ra. Đồng thời nó cũng làm cho
quá trình đáp ứng bị chậm đi. Nếu quá lớn sẽ gây ra sự mất ổn định hệ

thống.
Bộ điều khiển PID thường được sử dụng để điều khiển đối tượng SISO theo
nguyên lý hồi tiếp như trên. 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 câu sau:
- Nếu sai lệch e(t) càng lớn thì thông qua thành phần

U p (t )

, tín hiệu điều

chỉnh u(t) càng lớn.
- Nếu sai lệch e(t) chưa bằng 0 thì thông qua thành phần U i (t ) , PID vẫn còn
tạo tín hiệu điều chỉnh.
- Nếu sự thay đối của sai lệch e(t) càng lớn thì thông qua thành phần U d (t ) ,
phản ứng thích hợp của u(t) sẽ càng nhanh.
Vì là một bộ điều khiển khá đơn giản, dễ thực hiện, có thể triệt tiêu sai số cũng
như đảm bảo về hiệu suất biến đổi cùng độ ổn định cao, nên với đồ án này, bộ điều
khiển PID là một lựa chọn phù hợp.

18


2.3. Vi điều khiển Pic16F877A
2.3.1. Khái quát về vi điều khiển Pic16F877A
PIC là tên viết tắt của “ Programmable Intelligent computer” do hãng General
Instrument đặt tên cho con vi điều khiển đầu tiên của họ. Hãng Micrchip tiếp tục
phát triển sản phầm này và cho đến hàng đã tạo ra gần 100 loại sản phẩm khác nhau.

Hình 2.11: Vi điều khiển PIC16F877A
PIC16F887A là dòng PIC khá phổ biến, khá đầy đủ tính năng phục vụ cho hầu

hết tất cả các ứng dụng thực tế. Đây là dòng PIC khá dễ cho người mới làm quen với
PIC có thể học tập và tạo nền tản về họ vi điều khiển PIC của mình.
Cấu trúc tổng quát của PIC16F877A như sau:
- 8K Flash Rom
- 368 bytes Ram
- 256 bytes EFPROM
- 5 port vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập
- 2 bộ định thời Timer0 và Timer2 8 bit
- 1 bộ định thời Timer1 16 bit có thể hoạt động ở cả chế độ tiết kiệm năng
lượng với nguồn xung clock ngoài
- 2 bộ Capture/ Compare/ PWM
- 1 bộ biến đổi Analog -> Digital 10 bit, 8 ngõ vào
19


- 2 bộ so sánh tương tự
- 1 bộ định thời giám sát (Watch Dog Timer)
- 1 cổng song song 8 bit với các tín hiệu điều khiển
- 1 cổng nối tiếp
- 15 nguồn ngắt
2.3.2. Sơ đồ chân và chức năng của PIC16F877A

Hình 2.12: Sơ đồ chân của PIC16F877A

20


Hình 2.13: Sơ đồ nguyên lý của PIC16F877A
Từ sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lý ở trên, ta rút ra các nhận xét ban đầu như
sau:

- PIC16F877A có tất cả 40 chân
- 40 chân trên được chia thành 5 PORT, 2 chân cấp nguồn, 2 chân GND, 2
chân thạch anh và một chân dùng để RESET vi điều khiển.
- 5 port của PIC16F877A bao gồm:
 Port A
Port A gồm có 6 chân. Các chân của port A, ta lập trình để có thể thực hiện
được chức năng “hai chiều” : xuất dữ liệu từ vi điều khiển ra ngoại vi và nhập dữ
liệu từ ngoại vi vào vi điều khiển.
Muốn xác lập các chân nào của port A là nhập (input) thì ta set bit tương ứng
chân đó trong thanh ghi TRISA. Ngược lại, muốn chân nào là output thì ta clear bit
tương ứng chân đó trong thanh ghi TRISA. Điều này hoàn toàn tương tự đối với các
port còn lại.
21


Ngoài ra, port A còn có các chức năng quan trọng sau :
- Ngõ vào Analog của bộ ADC : thực hiện chức năng chuyển từ Analog sang
Digital.
- Ngõ vào điện thế so sánh.
- Ngõ vào xung Clock của Timer0 trong kiến trúc phần cứng : thực hiện các
nhiệm vụ đếm xung thông qua Timer0…
- Ngõ vào của bộ giao tiếp MSSP (Master Synchronous Serial Port)
 Port B
Port B có 8 chân. Cũng như port A, các chân port B cũng thực hiện được 2
chức năng : input và output. Hai chức năng trên được điều khiển bới thanh ghi
TRISB.
Thanh ghi TRISB còn được tích hợp bộ điện trở kéo lên có thể điều khiển
được bằng chương trình.
 Port C
Port C có 8 chân và cũng thực hiện được 2 chức năng input và output dưới sự

điều khiển của thanh ghi TRISC tương tự như hai thanh ghi trên.
Ngoài ra Port C còn có các chức năng quan trọng sau :
- Ngõ vào xung clock cho Timer1 trong kiến trúc phần cứng
- Bộ PWM thực hiện chức năng điều xung lập trình được tần số, duty cycle: sử
dụng trong điều khiển tốc độ và vị trí của động cơ v.v….
- Tích hợp các bộ giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART
 Port D

22


Port D có 8 chân. Thanh ghi TRISD điều khiển 2 chức năng input và output
của port D tương tự như trên. Port D cũng là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao tiếp
song song PSP (Parallel Slave Port).
 Port E
Port E có 3 chân. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISE. Các
chân của port E có ngõ vào analog. Bên cạnh đó port E còn là các chân điều khiển
của chuẩn giao tiếp PSP.
Trong nội dung môn học này, ta sử dụng 2 chức năng chính là ADC để đọc về
vi xử lý điện áp đầu ra sau bộ biến đổi và chức năng PWM để điều chế độ rộng xung
điều khiển việc đóng mở van MOSFET.
2.4. Giải thuật sử dụng
Processing data
Start
PI controller
Setup PWM,
ADC
PWM

Get data

Control Voltage

Hình 2.14. Lưu đồ thuật toán
23


CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH LỰC VÀ BỘ
ĐIỀU KHIỂN PID
3.1. Tính toán mạch lực bộ Boost Converter
Thông số yêu cầu của mạch cần thiết kế:
- Điện áp vào phụ thuộc vào cường độ ánh sáng mặt trời, ở đây giả sử là 5V
để tính toán thông số mạch lực.
- Điện áp ra: 24V
- Tần số hoạt động của mạch: f=20kHz
1

Vin
5
 1
 0.8
Vout
24

- Duty Cycle:
- Rload  220() , khi đó dòng điện qua tải I o  0.1A .
- Độ đập mạch dòng qua cuộn cảm khoảng 30%.
- Độ đập mạch điện áp <1% .
Tính toán mạch lực cho bộ boost converter:
a) Cuộn cảm L

D(1  D) 2 R 0.8(1  0.8) 2 * 220
3
2f
= 2* 20*10
 176 H

Lmin 

Lmin

Dòng trung bình qua cuộn cảm

IL 

1
1
* Io 
*0.1  0.5( A)
1 D
1  0.8

Để mạch hoạt động tốt, cuộn cảm thường chọn sao cho có giá trị lớn hơn,
do đó ta chọn cuộn cảm có giá trị 180  H , độ đập mạch dòng qua cuộn cảm
0.15A và dòng điện cực đại qua cuộn cảm chọn bằng 3A.
b) Tụ lọc C
 Độ đập mạch điện áp trên tụ

Vcpp %  1%

 Tính toán giá trị tụ điện:

24


Cmin 

D
0.8

RfVr % 220* 20*103 *0.01

� Cmin  18.2  F

Thực tế, để điện áp đầu ra được phẳng cần tăng giá trị của tụ điện thêm
nữa. Chọn tụ điện có C=470  F , chịu điện áp 50V.
c) Diode D
 Dòng ước tính qua diode

ID 

(1  D)* I L (1  0.8) *0.5

� I D  5(  A)
f
20000

I D max  I L 

I L
30% *0.5
 0.5 

 0.575( A)
2
2

 Dòng đỉnh qua diode
� Để dự phòng ta cần chọn diode tần số cao có giá trị dòng điện lớn hơn
1A, điện áp chịu đựng 50VDC.
d) Tính toán chọn van mạch lực
Iv 

DI L 0.8*0.5

f
20000 � I v  20  A

 Dòng trung bình qua van
 Dòng đỉnh qua van I v max  I D max  0.575( A)

 Điện áp chịu đứng qua van lớn hơn Vo =24V, chọn bằng 50VDC
� Chọn MOSFET kênh N: IRFZ44N

3.2. Tính toán thông số bộ điều khiển PID

Hình 3.1. Mô hình hệ điều khiển bộ biến đổi
Hàm truyền bộ biến đổi Boost là :
25