Đề bài thiết kế mạch vòng điểu chỉnh boost theo chế độ dòng điện đỉnh
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (776.32 KB, 27 trang )
BÁO CÁO BTL NHĨM 5
ĐỀ BÀI: THIẾT KẾ MẠCH VỊNG ĐIỂU
CHỈNH BOOST THEO CHẾ ĐỘ DÒNG
ĐIỆN ĐỈNH
THÀNH VIÊN NHÓM 5
Vũ Đức Hiếu – 20191845
Đặng Hữu Bằng – 20191693
Trần Quốc An – 20191665
GVHD: Ts Vũ Hoàng Phương
NỘI DUNG
1.
2.
3.
4.
5.
MƠ HÌNH HĨA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST CONVERTER.
THIẾT KẾ MẠCH LỰC
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
MÔ PHỎNG
KẾT LUẬN
1. MƠ HÌNH HĨA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST CONVERTER
Mạch lực BBĐ
Boost
(1-D):1
Mơ hình BBĐ DC/DC
tại điểm xác lập
Mơ hình trung bình
1. MƠ HÌNH HĨA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST CONVERTER
MƠ HÌNH HĨA BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRUNG BÌNH MẠNG PHẦN TỬ
ĐĨNG CẮT
Trạng thái 1 van ON (D=1)
U1=0
⚫
Từ mơ hình điểm làm việc xác lập
U 1 (1 D )U
I 2 (1 D ) I 1
2
Trạng thái 2 van OFF (D=0)
=>
U1=U2
⚫
Từ mơ hình trung bình
u 1 (t ) [1 d (t )]u 2 (t )
i 2 (t ) [1 d (t )]u 1 (t )
1
1. MƠ HÌNH HĨA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST CONVERTER
MƠ HÌNH HĨA BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRUNG
BÌNH MẠNG PHẦN TỬ ĐĨNG CẮT
Ta có sơ đồ bộ biến đổi boost converter với tín
hiệu nhỏ
Tuyến tính hóa tại điểm
làm việc cân bằng:
d (t ) D dˆ (t )
u 1 (t ) U 1 uˆ 1 (t )
i1 (t ) I 1 iˆ1 (t )
u 2 (t ) U
2
uˆ 2
i 2 (t ) I 2 iˆ2 (t )
2
(t )
1. MƠ HÌNH HĨA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST CONVERTER
Thay (2) vào (1) ta có:
Với :
3
uˆ 1 (1 D )uˆ 2 U 2 dˆ
iˆ
(1 D)iˆ 4
I dˆ
2
1
1
Từ (4) ta có:
u 0 (1 D)iˆ I dˆ
1
Zˆ R C
1
Z RC
R
RCS 1
uˆ 2 uˆ 0 ;
U
2
U0
iˆ1 I1dˆ uˆ 0 ( R C s
1 D 1)
R(1 D)
u
ˆ0
[(1 Diˆ I dˆ ]R
1
1
RCs 1
5
6
1. MƠ HÌNH HĨA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST CONVERTER
Viết phương trình mạch vịng dịng điện qua cuộn cảm:
(3)
(7)
Thay (5) vào (7):
Từ PT trên ta có hàm truyền điện áp ra và hệ số điều chế:
uˆ 0
(s)
d ˆ (s)
uˆ in ( s ) 0
(1 D )U
I 1 L s R
R C L s 2 Ls (1 D ) 2 R
0
1. MƠ HÌNH HĨA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST CONVERTER
Thay (6) vào (7) ta có:
^ 𝑖𝑛 = 𝐿𝑠 𝑖^ 1
𝑢
( 1 − 𝐷 ) 𝑖^
[
− ( 1− 𝐷 )
[
1
− 𝐼1 ^
𝑑] 𝑅
𝑅𝐶𝑠 +1
] [
^
−𝑈 0 𝑑
]
( 1− 𝐷 ) 𝐼 1 𝑅 ^
( 1− 𝐷 )2 𝑅 ^
^
𝑢𝑖𝑛 = 𝐿𝑠+
𝑖 − 𝑈0+
𝑑
𝑅𝐶𝑠 +1 1
𝑅𝐶𝑠+1
Từ PT trên ta cũng có hàm truyền giữa hệ số điều chế và dòng điện:
d ˆ (s)
i1ˆ ( s )
uˆ i n ( s ) 0
U 0 ( R C s 1) (1 D ) I 1 R
1. MƠ HÌNH HĨA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST CONVERTER
MƠ HÌNH HĨA BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRUNG BÌNH
MẠNG PHẦN TỬ ĐĨNG CẮT
uˆ0 (s) uˆ0 (s)
d ˆ (s)
1
ˆ
i (s)
I1
U0
uˆ i n ( s ) 0
( s )0
1ˆ
i (s)
d ˆ (s)
uˆ in
(1 D ) R
Hàm truyền giữa điện áp ra và dòng điện của bộ biến đổi
Boost:
Với:
2
𝑅 ( 1 − 𝐷 ) − 𝐿𝑠
𝐺𝑣𝑖 ( 𝑠 )=
=
2+ 𝑅𝐶𝑠
(
( 1 − 𝐷 ) ∗ 𝑅 ∗ 1−
(
2 ∗ 1+
𝑠
𝑤𝑃
𝑠
𝑤 𝑅𝐻𝑍
)
( 1− 𝐷 )2 𝑅
𝑊 𝑅𝐻𝑍 =
𝐿
2
𝑊 𝑃=
𝑅𝐶
)
2. TÍNH TỐN MẠNH LỰC
• Điện áp vào U i n =
• Điện
7V áp ra U0 = 28V
• Tải
R = 14Ω
• RL=0;RC=8e-3; fs =100khz
Từ các thơng số trên:
Hệ số điều chế : D = 1− 𝑈𝑖𝑛⁄𝑈𝑜= 0.75
Dịng điện trung bình qua cuộn cảm:
𝐼0
𝑈0
𝐼 𝐿=
=
=6.4 ( 𝐴 )
1− 𝐷
(1− 𝐷) ∗ 𝑅
2. TÍNH TỐN MẠNH LỰC
TÍNH CHỌN L,C
-
Đối với bộ biến đổi boost:
+ Điện cảm được tính theo cơng thức:
+ Điện kháng được tính theo cơng thức:
Với ∆IL là độ đập mạch dòng điện qua cuộn cảm:
=10% -20% IL
là độ đập mạch điện áp trên tụ điện : = 0.1% - 1%
Chọn và = 1% ta tính được Lvà C:
L = 3.28125e-05 (H)
C = 5.3571e-05 (F)
3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN THEO NGUYÊN LÝ DÒNG ĐỈNH
3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
Từ m file trong matlab ta có hàm truyền giữa điện áp đầu ra và dòng
% Tham
so bo bien doi boost
điện
:
rC=8e-3; %esr
rL=0;
Ts=1/100000;
R = 14; %Tai thuan tro
Vo=28; %gia tri xac lap dien ap tren tu
Vg=7; %gia tri xac lap dien ap dau vao
D = 1-Vg/Vo; %He so dieu che
IL=Vo/((1-D)*R);%gia tri xac lap dong qua cuon cam
C = IL*D*Ts*(1-D)/(1*Vo/100); %tu dien
L = Vg*D*Ts/(IL*20/100); %cuon cam
m2=(Vo-Vg)/L;
%ham truyen giua dien ap dau ra va he so dieu che
w_esr=1/(rC*C);
w_RHP=R*(1-D)*(1-D)/L;
Gvio=(1-D)*R/2;
wp=2/(R*C);
num=Gvio*[-1/w_RHP 1];
den=[1/wp 1];
Gvi=tf(num,den);
p= bodeoptions('cstprefs');
p.FreqUnits = 'Hz';
bodeplot(Gvi,p),grid;
Gvi=
w_RHP=2.6667e+4
wp = 2.6667e+3
3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
Đồ thị Bode của hàm truyền Gvi :
Nhận xét: Tần số cắt là 619, độ dự trữ pha là 116. Hệ ổn định nhưng có sai lệch tĩnh. Để
giảm độ dự trữ pha và tăng tần số cắt ( đáp ứng nhanh hơn) ta sử dụng “bộ bù loại II”,
khâu tích phân để triệt tiêu sai lệch tĩnh.
3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
Bộ bù loại II:
- Một điểm cực được đặt ở gốc mặt phẳng phức.
- Độ dự trữ pha của bộ bù được tính bởi:
PM: là độ dự trữ pha hệ hở phase1:
theta= (-90) + PM – phase1
góc pha của đối tượng tại tần số fc.
- Tần số điểm 0 và điểm cực được xác định bởi công thức:
- Tần số cắt chọn nhỏ hơn 1/10 tần số phát xung
- Tần số cắt fc nên nhỏ hơn 1/5 tần số f_RHP
- Hệ số khuếch đại kc= 1/(mag1*mag2)
3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
Bộ bù loại II:
𝐺𝑐 ( 𝑠 )= 𝑘𝑐
1
𝑠
(
)
𝑠
1+
( 𝑤 )
1+
𝑠
𝑤𝑧
𝑝
Ta thiết kế bộ bù để :
+ Hệ hở có fc=1500hz
+Độ dự trữ pha PM=55
Thiết kế bộ bù như trên mfile:
3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
Đồ thị bode hệ hở khi có bộ bù:
Ta thấy hệ hở ổn định và tần số fc và độ dự trữ pha PM đúng như thiết kế.
3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
Ta có hàm truyền đạt của bộ điều khiển ( bộ bù loại II):
Gc
