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
20209521
Vũ Hải Đăng
20160994
Đặng Ngọc Lực
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:
D

Trạng thái thứ nhất: V on, D off

(1)


1. MƠ HÌNH ĐĨNG CẮT
Sơ đồ Buck-Boost Converter:
D

Trạng thái thứ hai: V off, D on
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

- 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  15%I
L

L

U C  0.5%U o

+ Giá trị dòng xác lập qua cuộn
cảm.
Vo
10
IL 

(1  D)R



(1  0.45).5

 3.63A

+ Giá trị cuộn cảm.
L

Vg .D
f s .I L



12x0.45
 100H
105 x0.15x3.63

+ Giá trị tụ điện.


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

a 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