Buck converter

1. Điện tử công suất
Tính toán bộ biến đổi Buck converter
Kiểm nghiệm mô phỏng bằng phần mềm matlab
GVHD: TS.Vũ Hoàng Phương
Sv: Hoàng Thanh Tùng
Mssv: 20164511

2. Điện áp đầu vào bộ biến đổi 24VDC
Điện áp đầu ra bộ biến đổi 10VDC
Dòng tải 5A
Tần số chuyển mạch van MOSFET 30kHz
Độ đập mạch dòng điện cho phép 20%
Độ đập mạch điện áp đầu ra phép 0.5%
Tính toán bộ biến đổi Buck converter
• Yêu cầu thiết kế
Sơ đồ nguyên lý mạch Buck converter

3. Hai trạng thái đóng cắt của van
▪ Van V thông, Diot khóa: 0< t< tx
𝑣𝐿(t)= 𝑉𝑖𝑛-𝑣𝑜𝑢𝑡(t)
𝑖𝑐
ሶ
𝑡 = 𝑖𝐿 𝑡 − 𝑖𝑜𝑢𝑡 𝑡
▪ Van V khóa, Diot thông:
tx<t<Ts
𝑣𝐿(t)=-𝑣𝑜𝑢𝑡(t)
𝑖𝑐
ሶ
𝑡 = 𝑖𝐿 𝑡 − 𝑖𝑜𝑢𝑡 𝑡

4. • Lựa chọn L
D=
𝑉𝑜𝑢𝑡
𝑉𝑖𝑛
=
10
24
=0,42
D’=1-D=0,58
𝑣𝐿(t)= L
ⅆ𝑖(𝑡)
𝑑𝑡
‫׬‬0
𝑇2
ⅆ𝑖 𝑡 𝑑𝑡 =
1
𝐿
‫׬‬0
𝑡
𝑣𝐿(t)𝑑𝑡
‫׬‬0
𝐷𝑇s𝑤
ⅆ𝑖 𝑡 𝑑𝑡 =
1
𝐿
‫׬‬0
𝐷𝑇s𝑤
𝑣𝐿(t)𝑑𝑡
ሶ𝑖𝐿 𝐷𝑇s𝑤 - ሶ𝑖𝐿 0 =
(𝑉𝑖𝑛−𝑉𝑜𝑢𝑡)𝐷𝑇s𝑤
𝐿
Δ𝑖𝐿
=
(𝑉𝑖𝑛−𝑉𝑜𝑢𝑡)𝐷
2𝐿𝑓s𝑤
=
𝐷𝐷′𝑉𝑖𝑛
2𝐿𝑓s𝑤
L =
𝐷𝐷′𝑉𝑖𝑛
2Δ𝑖𝐿
𝑓s𝑤
=> L=
0,42.0,58.24
2.0,1.5.30000
= 0,19(𝑚𝐻)
Vin-Vout
𝐷𝑇s𝑤 𝐷′𝑇s𝑤
Vout
Δ𝑖𝐿
ሶ𝑖𝐿 𝐷𝑇s𝑤
𝐷𝑇s𝑤 𝑇s𝑤

5. • Lựa chọn C
c
𝑑𝑣𝑐 (𝑡)
𝑑𝑡
= 𝑖𝑐(t)
ධ
t1
𝑡2
𝑑𝑣𝑐
(𝑡)𝑑𝑡 =
1
𝑐
‫׬‬t1
𝑡2
𝑖𝑐(t) 𝑑𝑡
2Δ𝑣𝑐(𝑡)=
1
𝐶
(
Δ𝑖𝐿
2
𝑇s𝑤
2
)
Δ𝑣𝑐(𝑡)=
Δ𝑖𝐿
8𝐶𝑓s𝑤
C=
𝐷𝐷′𝑉𝑖𝑛
16Δ𝑣𝑐𝐿𝑓s𝑤
2
=> C=
0,42.0,58.24
16.0,0025.10.0,19.10^−3.30000^2
= 0,083(𝑚𝐹)
𝑡1 𝑡2
𝐷𝑇s𝑤 𝐷𝑇s𝑤
𝑇s𝑤/2
𝑉𝑚𝑖𝑛(𝑡)
𝑉𝑚𝑎𝑥(𝑡)
𝑡1
Δ𝑖𝐿
Δ𝑣𝑜𝑢𝑡(𝑡)

6. ▪ Chọn van theo dòng đỉnh qua van
ሶ 𝐼𝑝𝑒𝑎𝑘=𝐼𝐿 + Δ𝑖𝐿
= 5+5*0,1
=5,5(A)
𝐼𝑉= ሶ
𝐼𝐿 ∗ ሶ
𝑇𝑜𝑛/ 𝑇𝑠= D 𝐼𝐿
=
10
24
∗ 5
= 2,083(𝐴)
𝐼𝐷= ሶ
𝐼𝐿 ∗ ሶ
𝑇𝑜𝑓𝑓/ 𝑇𝑠= D’ 𝐼𝐿
=
14
24
∗ 5
=2,917(A)

7. Mạch mô phỏng kiểm nghiệm
Iout
Vout
L
C

8. Đồ thị điện áp lý thuyết và mô phỏng
Xung
PWM
UL
IL
Uc
Ic
Δ𝑖𝐿
Δ𝑖𝐿
Δ ሶ
𝑢𝑐
Δ ሶ
𝑢𝑐
𝐷𝑇s𝑤
𝐷′𝑇s𝑤

9. 𝐷𝑇s𝑤 𝐷′𝑇s𝑤
Xung
PWM
Uv
Iv
Ud
Id
Vin-Vout
Vin-Vout
Đồ thị điện áp lý thuyết và mô phỏng

10. Độ đập mạch dòng điện và điện áp
Xung
PSW
IL
UC
Δ ሶ𝑖𝐿
Δ𝑢𝑐

11. Thông số Lý thuyết Mô phỏng Sai số
Uo (v) 10 10 0%
Io (A) 5 5 0%
Id (A) 2,917 2,917 0%
Iv (A) 2,083 2,083 0%
Nhận Xét:
Vì các thành phần mạch mô phỏng là
lý tưởng nên không xảy ra sai số
So Sánh kết quả tính toán lý thuyết mà mô phỏng

12. Thông số Lý thuyết Mô phỏng Sai Số
Δ𝑖𝐿
0,5 0,5015 3%
Δ𝑢𝑐 0,025 0,0255 2%
Δ𝑖𝐿
=
𝐼𝐿𝑚𝑎𝑥−𝐼𝐿𝑚𝑖𝑛
2
=
5,5−4.497
2
=0,5015
Δ𝑢𝑐=
𝑈𝑐𝑚𝑎𝑥 − 𝑈𝑐𝑚𝑖𝑛
2
=
10,025−9,974
2
=0,023
So Sánh kết quả tính toán lý thuyết mà mô phỏng
Nhận xét:
sai số xảy ra do việc đọc kết quả

13. Thông số mạch mô Phỏng
Khối Trung Bình Tụ Điện
Cuộn Cảm
PWM Trở Tải Vin
Hệ Số Điều Chế

14. 𝑇ℎ𝑎𝑛𝑘𝑠 𝑌𝑜𝑢