Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho bộ biến đổi Buck theo chế độ dòng điện đỉnh

Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho bộ biến đổi Buck theo chế độ dòng điện đỉnh. Mô hình hóa, xây dựng cấu trúc điều khiển, tổng hợp bộ điều chỉnh, kết quả mô phỏng, kết luận. Điệna ps vào U= 32V, điện áp ra U0=20V, dòng điện tải định mức 5A, điện cảm L = 100uF, tần số đóng cắt fs= 100kHz, độ đạp mạch 1%

Đề tài Thiết kế mạch vòng điều chỉnh cho biến đổi Buck theo chế độ dịng điện đỉnh NHĨM Power Electronics Laboratory Cấu trúc 9/30/2021 Yêu Cầu Thiết Kế Mơ Hình Hóa Cấu Trúc Điều Khiển Tổng Hợp Bộ Điều Chỉnh Kết Quả Mơ Phỏng Kết Luận Nhóm u cầu thiết Kế Thiết kế biến đổi buck : U g  32V Điện áp đầu vào U  U c  20V Điện áp đầu Dòng điện tải đinh mức I dm  A( R  4) Điện cảm L  100 H Điện dung C  500 F Tần số đóng cắt f  100kHz s Đập mạch điện áp Đập mạch dòng điện 1% 15% L iL  Q1 iC  uC Ug 9/30/2021 D NHĨM C R Mơ hình hóa  Sử dụng phương pháp khơng gian trạng thái trung bình -Với giả thiết xét điều kiện : +Các phần tử thụ động L,C tuyến tính +Van bán dẫn đóng cắt lí tưởng 9/30/2021 NHĨM Mơ Hình Hóa  Sử dụng phương pháp khơng gian trạng thái trung bình -Trạng thái (van Q dẫn ,D Khóa ) : L iL  iC  uC Ug C R Vg vc  iL   L L  v  iL  v0  c C RC (1) -Trạng thái 2(van Q khóa ,D dẫn ): L iL  iC  uC Ug 9/30/2021 C R NHÓM vc  iL   L  v  iL  vc  c C RC (2) Mơ Hình Hóa =>Mơ hình trung bình chu kì điều chế biến đổi :  diL  L dt  d u g  uc   C duc  i  uc L  dt R 9/30/2021 NHÓM Mơ Hình Hóa -Do mơ hình trung bình biến đổi buck tuyến tính nên ta có hàm truyền điện áp tải dịng điện cuộn cảm sau: uc ( s ) R Gvi ( s)    iL ( s) RCs  2e  3s  Khâu quán tính bậc 9/30/2021 NHÓM Cấu Trúc Điều Khiển * Cấu trúc điều khiển gồm vòng điều chỉnh: - Vòng phản hồi dòng điện qua van - Vịng ngồi phản hồi điện áp tải 9/30/2021 NHĨM Tổng Hợp Bộ Điều Khiển Để đơn giản ta coi hàm truyền mạch vòng xấp xỉ =>hàm truyền điện áp dòng điện đặt : vc ( s) R Gvi* ( s)  *  k iv ( s)  s wp Với 1 wp   ;k 1 RC 2e  Do hàm truyền khâu quán tính bậc , nên sử dụng điều chỉnh PI wl G pi ( s)  kc (1  ) s Chọn 9/30/2021 wl  wp để khử số thời gian đối tượng điều khiển NHÓM Tổng Hợp Bộ Điều Khiển *Tìm Kc -Hàm truyền hệ kín mạch vòng điện áp : Gvi ( s)G pi ( s) v0 ( s) 1 Gk ( s)  *    v0 ( s)  Gvi ( s)G pi ( s)   Tqd s    s   kc Rw p  -chọn 9/30/2021 kc  Tqd  0.001s NHÓM C  5.105 Tqd 10 Tổng Hợp Bộ Điều Khiển • Tổng hợp bù độ nghiêng hệ số điều chế D  0.5 • -Lí phải bù độ nghiêng : • Xét dạng biến động dịng điện đầu chu kì iL (0)  I L  iL (0) • Xét khoảng  t  DT iL ( dTs )  ic  iL (0)  m1dTs • Xét khoảng DTs  t  T iL: (Ts )  iL (dTs )  m2 d 'Ts  iL (0)  m1dTs  m2 d 'Ts 9/30/2021 NHÓM 11 Tổng Hợp Bộ Điều Khiển Với buck-converter : m1 Trong chế độ xác lập  vg  v0 L vo 32  20   120.000; m2   200.000 100e  L iL (0)  iL (Ts ) , d  D, m1  M , m2  M M DTs  M D 'Ts   ,Ta có M2 D  ' M1 D Biến động dịng điện đầu chu kì cuối chu kì  m1   D  iL (Ts )  iL (0)    iL (0)  '  D   m2  9/30/2021 NHÓM 12 Tổng Hợp Bộ Điều Khiển Chu kì : Chu kì n :  D   D  iL (2Ts )  iL (Ts )  '   iL (0)  '   D   D   D   D  iL (nTs )  iL ((n  1)Ts )  '   iL (0)  '   D   D  Để biến động dòng điện qua cảm nhỏ biến động dịng qua cuộn cảm lớn n D  0.5 ,với D  0.5 Để khắc phục ta bù độ nghiêng vào chu kì điều chế 9/30/2021 NHÓM 13 Tổng Hợp Bộ Điều Khiển * Tìm độ nghiêng mc - Biến động dịng điện thời điểm thứ k: i ' L (k )  iL (k )  iL (k )  m1dTs  mc dTs - Biến động dòng điện thời điểm thứ k+1: i ' L (k  1)  iL (k  1)  iL (k  1)  m2 dTs  mc dTs - Tỉ số sai lệch dòng điện giai đoạn : iL (k  1) m2  mc   1 iL (k ) m1  mc m2  m1 mc   80000 Chọn mc  125.000 9/30/2021 NHÓM 14 Tổng Hợp Bộ Điều Khiển * Khâu điều chỉnh dòng điện phản hồi dịng điện qua van 9/30/2021 NHĨM 15 Kết Quả Mô Phỏng * Mô hoạt động mạch matlab , kiểm tra phản ứng mạch xảy điều kiện sau : - Giá trị đặt thay đổi ( D  0.5 D  0.5 ) - Nguồn đầu vào thay đổi 10% - Tải thay đổi (định mức-quá tải 80%) 9/30/2021 NHĨM 16 Kết Quả Mơ Phỏng 9/30/2021 NHĨM 17 Kết Quả Mô Phỏng * Giá trị đặt thay đổi (D0.5) Thay đổi điện áp đặt từ 15V lên 20V hay hệ số điều chế thay đổi từ 0.468 lên 0.625 Điện áp đầu bám theo sát giá trị đặt: 9/30/2021 NHÓM 18 Kết Quả Mơ Phỏng - Dịng điện cuộn cảm Dịng trung bình D=0.468 4A độ đập mạch 0.8A Khi D=0.625 (chưa có bù độ nghiêng mc ) dịng cảm ổn định 9/30/2021 NHĨM 19 Kết Quả Mơ Phỏng Khi có bù góc nghiêng mc=125.000 dịng điện tải dao động ổn định có giá trị trung bình 5A có độ đập mạch 0.8A 9/30/2021 NHÓM 20 Kết Quả Mơ Phỏng - Dạng tín hiệu khâu điều chỉnh dịng điện 9/30/2021 NHĨM 21 Kết Quả Mơ Phỏng *Nguồn đầu vào thay đổi (± 10%) -Điện áp tải bám theo giá trị đặt , dòng diện cuộn cảm ổn định, có độ đập mạch lớn 0.9A 9/30/2021 NHĨM 22 Kết Quả Mơ Phỏng * Tải thay đổi (từ định mức đến tải 80%) Tại thời điểm xảy tương tải áp sụt xuống 17V, sau khoảng thời gian 0.01s lại ổn định trở lại dịng điện tải tăng từ 5A đến 9A 9/30/2021 NHÓM 23 Kết Luận -Độ đập mạch điện áp dòng điện với yêu cầu đề - Bộ điều khiển dịng đỉnh buck converter có lợi khơng cần tạo chênh số thời gian mạch vịng mạch vịng ngồi - Thiết kế điều chỉnh đơn giản đối tượng điều khiển có dạng đơn giản - Có khả bảo vệ van dịng đỉnh qua van vượt q dịng đặt van khóa lại -Bộ biến đổi Buck mơ hình tuyến tính, việc mơ hình hóa với tín hiệu nhỏ khơng cần thiết 9/30/2021 NHĨM 24 Thank You 9/30/2021 NHÓM 25 ...  2e  3s  Khâu qn tính bậc 9 /30 /2021 NHĨM Cấu Trúc Điều Khiển * Cấu trúc điều khiển gồm vòng điều chỉnh: - Vòng phản hồi dịng điện qua van - Vịng ngồi phản hồi điện áp tải 9 /30 /2021 NHÓM Tổng... 9 /30 /2021 D NHÓM C R Mơ hình hóa  Sử dụng phương pháp khơng gian trạng thái trung bình -Với giả thiết xét điều kiện : +Các phần tử thụ động L,C tuyến tính +Van bán dẫn đóng cắt lí tưởng 9 /30 /2021... Ug 9 /30 /2021 C R NHÓM vc  iL   L  v  iL  vc  c C RC (2) Mơ Hình Hóa =>Mơ hình trung bình chu kì điều chế biến đổi :  diL  L dt  d u g  uc   C duc  i  uc L  dt R 9 /30 /2021