đièu khien mạch buck

1. Thiết kế bộ điều khiển cho
DC-DC Buck Converter theo
nguyên lý điều khiển điện áp

2. 2
Yêu cầu thiết kế
• Điện áp đầu vào:
• Điện áp đầu ra:
• Dòng tải: 2.4A; tải:
• Tần số phát xung:
24
in
U V

12
o
U V

1
30 ( )
30000
s s
f kHz T s
 
5
R  
Tính toán chọn giá trị cho L, C:
- Chọn độ đập mạch dòng qua cuộn cảm
- Chọn độ đập mạch điện áp đầu ra
- Hệ số điều chế:
20%
L L
i I
 
1%
o o
u U
 
12
0.5
24
on o
S in
t U
D
T U
   

3. 3
Tính chọn giá trị L, C
   
1
24 12 0.5
30000 416.7
20% 2.4
in o s
L
U U DT
L H
i

  

  
 
1
20% 2.4 0.5
30000 66.7
1% 12
L s
o
i DT
C F
u

  

  
 
Chọn 470
L H

 68
C F



4. 4
Mô hình hóa bộ biến đổi DC-DC Buck Converter
• Sử dụng phương pháp không gian trạng thái trung bình, ở
đây bỏ qua ,
L C
r r

5. 5
Mô hình hóa bộ biến đổi DC-DC Buck Converter
• Trạng thái 1:
L
in c
c c
L
di
L u u
dt
du u
C i
dt R

 



  


• Trạng thái 2:
L
c
c c
L
di
L u
dt
du u
C i
dt R

 



  


• Xếp chồng hai mô hình
(1)
(2)
L
in c
c c
L
di
L du u
dt
du u
C i
dt R

 



  


Đây là mô hình tuyến tính.

6. 6
Mô hình hóa bộ biến đổi DC-DC Buck Converter
• Ở chế độ xác lập (cho đạo hàm bằng 0):
C
L
in C
U
I
R
D U U




  

Cần tìm hàm truyền đạt giữa điện áp đầu ra và hệ số điều chế
 
 
C
U s
D s
Sử dụng biến đổi Laplace:
• Từ phương trình (2) ta có:
( )
( ) ( )
1
( ) ( )
C
C L
L C
U s
CsU s I s
R
I s U s Cs
R
 
 
   
 
 

7. 7
Mô hình hóa bộ biến đổi DC-DC Buck Converter
• Từ phương trình (1) và thế ta thu được:
𝐼𝐿 𝑠
2
2
1
( ) ( ) ( )
( 1) ( ) ( )
( )
( ) 1
C C in
C in
C in
LsU s sC U s D s U
R
L
LCs s U s D s U
R
U s RU
D s RLCs Ls
 
   
 
 
     
 
 
Vậy, hàm truyền giữa điện áp đầu ra và hệ số điều chế là:
2
( )
( )
( ) 1
C in
vd
U s RU
G s
D s RLCs Ls
 
 

8. 8
Đồ thị Bode của hàm truyền hệ hở Gvd
• Hệ ổn định
• Tần số cắt
• Độ dự trữ pha
4.44
c
f kHz

6.27

9. 9
Cấu trúc điều khiển bộ buck
Cấu trúc điều khiển Bộ biến đổi DC-DC Buck Converter theo điện áp

10. 10
Thiết kế bộ điều khiển
Mục tiêu:
• Tần số cắt đạt được
• Độ dự trữ pha mong muốn là
Cấu trúc của bộ bù PID (Lead-Lag)
3
c
f kHz

50
PM
  
1
1
( ) 1 ( )
1
z L
c c c c
p
s
w w
G s k k G s
s
s
w
 

 
 
 
  
 
   

 
 
 

11. 11
Sơ đồ điều khiển bộ buck

12. 12
Tính toán thông số cho bộ điều khiển
• Pha của bộ điều khiển tại tần số cắt
• Tần số của điểm không và điểm cực của bộ bù
( ) | 180 ( ) |
43.73
c
c w wc PM vd w w
arcG jw arcG jw
 

 
    
  
1 sin 1 sin(43.73 )
3 1.28
1 sin 1 sin(43.73 )
z c
f f kHz


  
  
  
1 sin 1 sin(43.73 )
3 7.02
1 sin 1 sin(43.73 )
p c
f f kHz


  
  
  

13. 13
Tính toán thông số cho bộ điều khiển
• Chọn
• Tính
1
10
0.1 0.3
L c
L c
f f
f f kHz

  
1
1
( ) ( )
c
c vd
k
G s G s



14. 14
File thông số trong matlab
clear all
clc
C = 68e-6;
L = 470e-6;
R = 5; %Tai thuan tro
D = 12/24; %He so dieu che
Uc=12; %gia tri xac lap dien ap ra
Uin=24; %gia tri xac lap dien ap dau vao
IL=Uc/R;%gia tri xac lap dong qua cuon cam
%Ham truyen giua dien ap dau ra/he so dieu che
Gvd=tf(R*Uin,[R*L*C L R]);
%tan so cat 3kHz
fc=3000;
%do du tru pha la 50 degree
PM=50;
%bien do va goc pha cua ham truyen Gvd tai tan so cat f=3kHz
[mag1,phase1]=bode(Gvd,2*pi*3e+3);
%tinh pha cua bo bu
theta=PM-180-phase1;
fz=fc*sqrt((1-sin(theta*pi/180))/(1+sin(theta*pi/180)));
fp=fc*sqrt((1+sin(theta*pi/180))/(1-sin(theta*pi/180)));
fl=fc/10;
%tinh toan bo bu PID
tuso=[1/(2*pi*fz) 1];
mauso=[1/(2*pi*fp) 1];
Gc1=tf(tuso,mauso)*tf([1 2*pi*fl],[1 0]);
[mag2,phase2]=bode(Gc1,2*pi*fc);
kc=1/(mag1*mag2);
Gc=kc*Gc1;

15. Kết quả mô phỏng
15
• Độ dữ trữ pha:
• Tần số cắt:
44.3
3kHz