Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho bộ biến đổi Flyback theo chế độ điện áp

VIỆN ĐIỆN - TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HĨA CƠNG NGHIỆP

THIẾT KẾ MẠCH VỊNG ĐIỀU CHỈNH
CHO BỘ BIẾN ĐỔI FLYBACK THEO CHẾ ĐỘ ĐIỆN ÁP

SV. Thực hiện (Nhóm 16):
Trần Anh Dũng

20173770

Nguyễn Quang Thiều 20174236

GVHD: TS. Vũ Hoàng Phương


GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ BỘ BIẾN ĐỔI FLYBACK

MƠ HÌNH HĨA BỘ BIẾN ĐỔI

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN

MƠ PHỎNG

KẾT LUẬN


GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ BỘ BIẾN ĐỔI FLYBACK

Bộ biến đổi flyback

rc=50e-3; L=20e-6;
C=500e-6; R=20;
Uin=10 ; Uo =30;
Fs = 100000 Hz


GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ BỘ BIẾN ĐỔI FLYBACK

FLYBACK CÓ 2 TRẠNG THÁI LÀM VIỆC

TRẠNG THÁI 1: VAN Q1 THÔNG VÀ DIODE D1 KHÔNG THÔNG
TRẠNG THÁI 2: VAN Q1 KHÔNG THÔNG VÀ DIODE D1 THÔNG


MƠ HÌNH HĨA BỘ BIẾN ĐỔI FLYBACK

TRẠNG THÁI 1: Q ON, D1 OFF


MƠ HÌNH HĨA BỘ BIẾN ĐỔI FLYBACK

TRẠNG THÁI 2: Q OFF, D1 ON

CHỌN n = 1:


MƠ HÌNH HĨA BỘ BIẾN ĐỔI FLYBACK

Phương trình trạng thái

MƠ HÌNH HĨA BỘ BIẾN ĐỔI FLYBACK
 Để dễ dàng trong việc tính tốn cho =0 & = 0

 diL
L
= uU in − (1 − u )uC

 dt

C duC = u −uC + (1 − u )(i − uC ) = (1 − u )i − uC
L
L

R
R
R
 dt
Tuyến tinh hóa quanh điểm làm việc

, là các tín hiệu nhỏ
 

Điểm làm việc cân bằng của mơ hình
 


MƠ HÌNH HĨA BỘ BIẾN ĐỔI FLYBACK

 di%

L
%
%
L
=
(
D
+
d
)
U
−
(1
−
D
−
d
)(U C + u%
in
C)
 dt
⇔
U C + u%
C
C
C du%
%
%
= (1 − D − d )( I L + iL ) −
 dt

R
 di%
L
%
%
% %
%
L
C + DU C + DuC + dU C + duC
 dt = DU in + dU in − U C − u%
⇔
u%
UC
C
C
C du%
%− d%
%
%
= I L + i%
−
D
I
−
Di
−
I
d
i
−

−
L
L
L
L
 dt
R
R
 di%
L
%
C
 L dt = d (U in + U C ) − (1 − D)u%
⇔
u%
C
C du%
%
%
= (1 − D)iL − I L d − C
 dt
R


MƠ HÌNH HĨA BỘ BIẾN ĐỔI FLYBACK

%
 Lsi%
(
s

)
=
d
( s )(U in + U C ) − (1 − D )u%
L
C (s)


u%
C (s)
%
%
Csu%
C ( s ) = (1 − D )iL ( s ) − I L d ( s ) −

R
−1

1− D 
1− D 
 Ls
 Ls
U + U U + U 
U + U U + U 
C
in
C
C
in
C

 in
 i%
 in
 1  %
i%
1  %
L (s) 
L (s) 
⇔
1 
1    d (s)
 =   d ( s) ⇒ 
=
Cs +
Cs +
 −1
 −1
C ( s) 
C (s)
u%
u%
 D −1



D
−
1
R
R





I
I
I
I
 L
L

 L
L



MƠ HÌNH HĨA BỘ BIẾN ĐỔI FLYBACK

Tính tốn bằng matlab
clc
syms s Uin Uo D C L R IL

a = [(L*s)/(Uin+Uo) (1-D)/(Uin+Uo);((D-1)/IL) (C*s+1/R)/IL];
k= [1;-1];
g= inv(a)*k;

Gvd= simplify(g(2))

u%
− RI L Ls + R (U in + U C )(1 − D )

C ( s)
Gvd ( s ) = % =
2
2
d ( s)
RLCs + Ls + ( 1 − D ) R


THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN


THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN

Độ dự trữ pha -21.4 độ. Tần số cắt 5.23
kHz. Hệ kín chưa ổn định

=> lựa chọn bộ bù PID


THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN

Tính tốn bộ bù:

Bộ bù PID :

Lựa chọn tần số cắt:

 

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN

 Dùng lệnh Matlab để xác định biên độ tại tần số 1,3kHz của hàm truyền đạt như sau:
Sử dụng lệnh [mag,phase]=bode(Gvd,2*pi*1300) ta có:
[mag1,phase1]= bode(Gvd,2*pi*fc);


Tần số tại điểm khơng và điểm cực của bộ bù được tính như sau:


THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN

 Sử dụng lệnh [mag1, phase1] = bode(Gc1, 2*pi*1300) ta có biên độ và pha hàm truyền của bộ bù G (s) tại tần số 1.3kHz
c


 

Hệ số Kc được xác định:

0.0162

2
7.359. .s + 0.01921.s + 6.618

 

Gc =

3.301. + s

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN

Hàm truyền Gc.Gvd có tần số cắt
1.3kHz và độ dự trữ pha 52.1 độ. Hệ
ổn định


MƠ PHỎNG MATLAB

Sơ đồ mơ phỏng bộ biến đổi flyback điều khiển theo điện áp


MÔ PHỎNG MATLAB

Sơ đồ mạch lực bộ biến đổi flyback


MƠ PHỎNG MATLAB
Khi các thơng số khơng đổi

Nhận xét
Đầu ra bám theo giá trị đặt
Độ đập mạch ≈ 0,5%
Thời gian đáp ứng 0.016s


MÔ PHỎNG MATLAB
Khi giá trị đặt thay đổi từ 30->35->25

Nhận xét :
Đầu ra bám theo giá trị đặt thời gian đáp ứng tương đối nhanh
Độ đập mạch ≈ 0,8%


MƠ PHỎNG MATLAB
Khi đầu vào có nhiễu là nguồn xoay chiều có phương trình 0.5sin(2Π.100t)

Nhận xét :
Đầu ra bám giá trị đặt dao động có dạng của nguồn xoay chiều


MÔ PHỎNG MATLAB
Khi tăng tải từ 20Ω 10Ω

Nhận xét :
Đầu ra bám giá trị đặt
Độ đập mạch ≈ 0,5% tăng lên 1%


KẾT LUẬN

 Kết quả mô phỏng đúng với nguyên lý thiết kế mạch vòng theo chế độ điện áp cho bộ biến đổi flyback
 Hệ ổn định khi có sự thay đổi ở tải cũng như nguồn cấp
 Cũng có thể sử dụng bộ bù 3 trong trường hợp này


CẢM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN
ĐÃ LẮNG NGHE

THANK FOR LISTENING