5 LỰA CHỌN, TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CÁC BỘ BIẾN ĐỔI
5.15 thị Bode của đối tượng điện áp
Gcv1(s)=1. Gpv1(s) = 1,3.10 −4s+3,91 2,69.10−2s+2,19.102
Từ đó suy ra đồ thị Bode của đối tượng vòng điện áp như Hình 5.15.
Hình 5.15 đồ thị Bode của đối tượng cho thấy hệ thống có độ dự trữ biên là 67,8. Hệ thống khó triệt tiêu sai lệch tĩnh. Tại tần số 10kHz đồ thị Bode có biên độ -51,5dB và pha 258o.
Tính toán bộ điều khiển:
• Điều kiện chọn tần số cắt là:5%fs≤ fc ≤20%fs.[7].
• Độ dự trữ pha chọn là60otại tần số cắt. Với tần số cắt chọn là: fc=10kHz.
Thay vào (5.25), (5.26), (5.27) ta tính được bộ điều khiển:
Gcv1(s) = 358,9s+2,07.10
6
Hình 5.16: Đồ thị Bode của mạch vòng điện áp sau khi được bù.
Hình 5.16 đồ thị Bode của mạch vòng điện áp sau khi bù. Đồ thị cho thấy độ dự trữ pha của đối tượng sau khi bù ở tần số6,07.104rad/s=9,67kHzlà 60,5 và độ dự trữ biên độ là 13,2dB; đạt yêu cầu thiết kế đã đề ra ở trên.
5.3 Bộ biến đổi cho tải LED
5.3.1 Lựa chọn cấu hình
Dựa vào việc phân tích bài toán thiết kế với đầu raVo >Vb do đó cấu hình boost được lựa chọn với ưu điểm đơn giản đối với công suất khoảng 40W.
5.3.2 Tính toán các phần tử mạch lực của bộ biến đổi
Mạch lực của bộ biến đổi Boost converter được miêu tả như Hình 5.17. Bộ biến đổi là có đầu vào là 2 ắc quy 12V mắc nối tiếp nênVb=24V, điện áp và dòng điện định mức đầu ra cấp cho LED làVo =40V,Io=1Atần số đóng cắt fs=100kHz. Giả sử bộ biến đổi là lý tưởng, suy ra:
• Công suất:Pin=Pout =40(W)
• Dòng điện qua cuộn cảm:IL2 = Pin
Vb = 40 24 =1,67(A). • Hệ số đóng cắt của van đóng cắt:D=1− Io IL2 =1− 1 1.67 =0,4.
Giá trị điện dung của tụ
Chọn độ dao động điện áp∆Vo=0,1%Vo=0,001.40=0,04(V). Giá trị tụ lọc đầu ra:
Co= Io.D
fs.∆Vo
= 1.0,4
100.103.0,04 =100(µF).
Chọn giá trị điện dung của tụ:Co=100uHµF và chịu được điện áp V=63V.
Chọn van bán dẫn
Chọn van đóng cắtQ1
Chọn van đóng cắt Q1 là MOSFET tần số cao. Dòng IL2 =1,67A nên chọn MOSFET IRF540N có thể chịu được dòng tối đa là 33A, điện áp tối đa là 100V.
Chọn Diode D1
Chọn loại diode tần số cao Schottky MUR860 chịu được dòng 8A và điện áp ngược 400V.
Tính toán cuộn cảm
Chọn độ dao động dòng điện trên cuộn cảm:∆IL2=5%IL2=0,05.1,67=0,0835(A). Với cấu hình Boost converter, giá trị cuộn cảmL2được tính theo công thức sau:
L2 = Vb.D
2∆IL2fs
= 24.0,4
5.3.3 Mô hình hóa bộ biến đổi nguồn LED
Hàm truyền GiL2d là hàm truyền giữa dòng điện chạy qua cuộn cảm L2 và hệ số đóng cắt d phải được tìm thấy để thiết kế được bộ điều khiểnGci1. Thực hiện mô hình hóa các phần tử mạch lực để tìm hàm truyềnGiL2d.
Khi mô hình hóa, để cho đơn giản tải đèn LED được thay thế bằng một tải trởR=40Ω.
• Khi MOSFET đóng.