11/2015 1 HỌC PHẦN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀUKHIỂN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT (EE4336) MÔ HÌNH HÓA BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TS Trần Trọng Minh, TS Vũ Hoàng Phương BM Tự động hóa CN – Viện Điện Trường đại học[.]
Trang 1MÔ HÌNH HÓA BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
TS Trần Trọng Minh, TS.Vũ Hoàng Phương
BM Tự động hóa CN – Viện Điện Trường đại học Bách khoa Hà Nội
Trang 2Phương pháp không gian trạng thái trung bình
(state space average)
Mạng phần tử đóng cắt (switching network
averaging)
Trang 3 Bộ biến đổi DC/DC được điều khiển theo phương pháp điều chế độ rộng xung (Pulse Width Modulation - PWM)
Giả thiết bộ biến đổi DC/DC làm việc trong chế độ dòng điện liên tục (Continuous current mode - CCM)
Van bán dẫn coi khóa đóng cắt lý tưởng
Trang 4Nội dung phương pháp trung bình
không gian trạng thái được thực hiện
tổng quát theo các bước dưới đây
Bước 1: Sử dụng các định luật
Kirhoff viết phương trình mạch điện
bộ biến đổi DC/DC trong trạng thái 1
dưới dạng chuẩn hóa
Bước 2: Sử dụng các định luật
Kirhoff viết phương trình mạch điện
bộ biến đổi DC/DC trong trạng thái 2
dưới dạng chuẩn hóa
d
d
u t
x
A x B
C x D
x
d
u dt
A B
C D
A1, A2, B1, B2, C1, C2,
D1, D2: Là ma trận
thuộc L, C
Trang 5Bước 3: Mô hình trung bình mô tả một bộ biến đổi DC/DC với
sự tham gia của hệ số điều chế d được viết như sau:
MÔ HÌNH PHI TUYẾN CẤU TRÚC!
Hoặc viết ở dạng tổng quát:
A, B, C, D: Là ma trận
tham số hàm
x
d
dt
d
u dt
x
=Ax+B
=Cx D
+ 1
+ 1
Trang 6Bước 4: Điểm cân bằng của mô hình được
xác định bằng cách cho đạo hàm bằng
không
Bước 5: Mô hình tín hiệu nhỏ của bộ biến
đổi DC/DC xác định bằng cách tuyến tính
hóa quanh điểm làm việc mô hình () và
được viết lại như sau
0 ss ss
U
=A X+B
ˆ ˆ
= x+
ˆ
ˆ= xˆ ˆ
d
dt
+ 1
+ 1
ss
ss
ss
ss
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PHẢN HỒI TRẠNG THÁI
Trang 7Mối quan hệ giữa giá trị trung bình, giá trị xác lập và tín hiệu nhỏ được chỉ ra:
ˆ ˆ ˆ ˆ
u U u
y Y y
x X x
ˆ ˆ ˆ ˆ
X x
1
ˆ
u s
y s
d s C I A A A X B B C C X D D
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TRONG CHẾ ĐỘ VOLTAGE MODE
Trang 8Hàm truyền đạt giữa đầu ra và đầu vào
1
ˆ
d s
y s
s
u s C I A B D
Hàm truyền đạt giữa biến trạng thái và hệ số đều chế
1
ˆ 0
ˆ
u s
s
d s
x
ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TRONG CHẾ ĐỘ CURRENT MODE
Trang 9U
1
2
U
1: D
1
u
1
2
u
1: d t
1
t
u
1
t
i
2
t
i
2
t
u
Hình 3.1 Mô tả bộ biến đổi DC/DC, a) mạch lực bộ biến đổi DC/DC, b) Mô hình bộ biến đổi DC/DC tại điểm xác lập, c) Mô hình trung bình bộ biến đổi DC/DC
U DU
I DI
u t d t u t
i t d t i t
Trang 10Mô hình bộ biến đổi DC/DC cần phải được tuyến tính hóa tại điểm làm việc cân bằng
ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ
d t D d t
u t U u t
i t I i t
i t I i t
ˆ
ˆ
u U d Du du
i Di I d di
2
I d t
1
U d t
1
ˆ
u t
1
2
ˆ
u t
1
u t
1
i t i t2
2
u t
1: d t
Trang 11Mô hình trung bình bộ biến đổi DC/DC Buck và Boost
1
i i L +
1: d t
+
a)
-D
1
t
i
t L
i
u in
t o
u C R
L
R C
t L
i
u in
t o
u C R L
L
i
R C
1 d t :1
b)
Hình 3.3 Mô hình trung bình bộ biến đổi DC/DC,
a)Bộ biến đổi Buck, b)Bộ biến đổi Boost
Trang 12Hình 3.5 Mạch điện mô tả bộ biến đổi Buck với tín hiệu nhỏ.
2
I d
1
U d
1
ˆ
u
2
i
2
ˆ
u
0
ˆ
u
1
ˆ
u
u Du U d
1
2
1 0
ˆ
ˆ
u s
u s
U
d s
2
ˆ
ˆ
u s Z Z
1
2
2 2
0 ˆ
ˆ
vd
u s
G s
u s R Ls RLCs
2
vg
d s
G s
ˆ
u U d Du
i Di I d
Trang 1311/2015 13
Hình 3.7 Mạch điện mô tả bộ biến đổi Boost với tín hiệu nhỏ
ˆin
1
I d
1
ˆ
u
0
ˆ
u
2
ˆ
u i2 1 D i 1 I d1
1
1 1
ˆ 1
ˆ
1
o RC
I d i D i
u
Z
1
1
RC
R
ˆ
ˆin o 1 ˆo
u sLi U d D u
1
1
I sL
0
o
in
G s
1
0
1
in
o o
I
