Mô hình hóa và thiết kế bđk điện áp cho buck boost converter

Mơ hình hóa và thiết kế BĐK điện áp
cho Buck-Boost Converter

Mã lớp học: 118961

GVHD : PGS.TS. Trần Trọng Minh
THÀNH VIÊN :

Nguyễn Minh Hào
Vũ Hải Đăng
Đặng Ngọc Lực

20209521
20160994
20209579
1


MỤC LỤC

1. Mơ hình đóng cắt (chính xác)
2. Mơ hình trung bình tín hiệu lớn DC
3. Mơ hình trung bình tín hiệu nhỏ AC
4. Thiết kế bộ bù cho mạch vòng điều khiển điện áp


1. MƠ HÌNH ĐĨNG CẮT

Sơ đồ Buck-Boost Converter:

Trạng thái thứ nhất: V on, D off

D

 

 
 
(1)


1. MƠ HÌNH ĐĨNG CẮT

Sơ đồ Buck-Boost Converter:

Trạng thái thứ hai: V off, D on

D

 

D

 

 
(2)


1. MƠ HÌNH ĐĨNG CẮT

- Đưa vào hai hàm chứng nhận h1, h2 ta gộp 2 phương trình (1) và (2) về 1 phương trình :
 

- Đưa vào hàm đóng cắt u ={0,1}
- Khi u = 1 thì V on ; u = 0 thì V off:
 

- Biến đổi phương trình trên thành dạng bilinear:
 
(3)

A

B

b


1. MƠ HÌNH ĐĨNG CẮT

Thiết kế mạch lực
Vg = 12V, Vo = 10V, f = 100kHz, D = 0.45, R = 5Ω

∆I L = 15%I L
∆U C = 0.5%U o
+ Giá trị dòng xác lập qua cuộn cảm.

IL =

Vo

10
=
= 3.63A
(1 − D)R (1 − 0.45).5

+ Giá trị cuộn cảm.

L=
+ Giá trị tụ điện.

Vg .D
f s .∆I L

=

12x0.45
= 100µH
105 x0.15x3.63


1. MƠ HÌNH ĐĨNG CẮT

- Xây dựng mơ hình đóng cắt trên Matlab

Xây dựng khối MHDC trên Matlab Function:

 
(3)

A

B

b


1. MƠ HÌNH ĐĨNG CẮT

Kết quả mơ phỏng iL và Vc của mơ hình đóng cắt.


2. MƠ HÌNH TRUNG BÌNH TÍN HIỆU LỚN DC

- Từ phương trình mơ hình đóng cắt có dạng:

(4)
 
(3)

- Lấy trung bình hai vế của phương trình (4) ta được pt có dạng:
(5)

- 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:

(6)

- Phương trình (6) là dạng của mơ hình tín hiệu lớn DC.

2. MƠ HÌNH TRUNG BÌNH TÍN HIỆU LỚN DC

- Áp dụng các bước trên cho phương trình 3, ta được mơ hình trung bình tín hiệu lớn DC của Buck-Boost Converter.

 - Mơ

hình trung bình có dạng giống mơ hình đóng cắt, nhưng các biến , , d ở đây phải được hiểu là các giá trị trung bình

tức là:
 

;;.

 

Mơ hình trung bình tín hiệu lớn DC
 

Mơ hình đóng cắt


2. MƠ HÌNH TRUNG BÌNH TÍN HIỆU LỚN DC

Xây dựng khối MHDC trên Matlab Function:

 

;;.

 

A

B

b


2. MƠ HÌNH TRUNG BÌNH TÍN HIỆU LỚN DC


2. MƠ HÌNH TRUNG BÌNH TÍN HIỆU LỚN DC

So sánh iL và Vc của mơ hình đóng cắt và mơ hình trung bình tín hiệu lớn


2. MƠ HÌNH TRUNG BÌNH TÍN HIỆU LỚN DC

Nhận xét: Do mơ hình đóng cắt thể hiện trạng thái on/off nên tín hiệu có dạng nhấp nhơ. Giá trị của tín hiệu mơ hình trung bình là trung bình của giá trị tín hiệu mơ hình đóng cắt.


3. 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:

 
 


3. MƠ HÌNH TRUNG BÌNH TÍN HIỆU NHỎ AC

 Thay các biến động vào phương trình trạng thái ta được:

(7)

Bỏ qua tích các biến động nhỏ và chú ý điểm làm việc cân bằng ta được:
 
(8)

Viết lại dưới dạng ma trận hệ phương trình trạng thái :

 =

 
(9)


3. MƠ HÌNH TRUNG BÌNH TÍN HIỆU NHỎ AC

Biểu diễn lại dưới dạng hàm truyền: G(s) = C[sI-A]

-1

.B + D

 = .

= .
Điểm zero: s = < 0 nằm bên trái trục ảo, dễ điều khiển mạch vòng.

(10)

 

.

= .
Điểm zero: s = nằm bên phải trục ảo, khó khăn điều khiển trực tiếp điện áp ra.

(11)


3. MƠ HÌNH TRUNG BÌNH TÍN HIỆU NHỎ AC

Hàm truyền đạt giữa điện áp đầu ra và hệ số điều chế

Hàm truyền đạt giữa dòng điện qua cuộn cảm và hệ số điều chế


3. MƠ HÌNH TRUNG BÌNH TÍN HIỆU NHỎ AC


3. MƠ HÌNH TRUNG BÌNH TÍN HIỆU NHỎ AC

Mơ phỏng mơ hình tín hiệu nhỏ.

3. MƠ HÌNH TRUNG BÌNH TÍN HIỆU NHỎ AC

Đồ thị Bode

GvC(s)


3. MƠ HÌNH TRUNG BÌNH TÍN HIỆU NHỎ AC

Đồ thị Bode
GiL(s)


4. Thiết kế bộ bù.

- Bộ bù loại có 2 điểm không 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:

(1 +
G C(s) = k c .

w
s
).(1 + L )
wz
s
s
(1 +

)
wp

- Ta sẽ thiết kế bộ bù sao cho hệ có: fc = 1kHz và PM = 55.
- Tần số các điểm cực

Và fl = 1/20 fc


4. Thiết kế bộ bù.

File Matlab.m

Hệ thống sau khi có bộ bù


4. Thiết kế bộ bù.

Mơ hình mơ phỏng

Mơ hình Buck-Boost