Báo cáo mô phỏng những bộ biến đổi tĩnh Bộ Buck

Báo cáo mô phỏng những bộ biến đổi tĩnh Bộ Buck

Mục lục

1 Bài toán 3

2 Thiết kế mạch 3

a) Sơ đồ mạch nguyên lí bộ buck 3

b) Tính toán các thông số 3

 Xác định R 3

 Xác định Lmin 3

 Xác định Cmin 4

3 Mô phỏng mạch 4

a) Các thông số của mạch thiết kế 4

b) Tiến hành mô phỏng 5

 Vẽ lại sơ đồ mạch nguyên lí 5

 Mô phỏng 7

4 Kết quả mô phỏng: 8

a) Các giản đồ 8

 Giản đồ xung điều khiển, áp và dòng nguồn: 8

 Giản đồ áp tải quá độ 8

 Giản đồ áp và dòng tải xác lập 9

 Giản đồ áp và dòng qua cuộn cảm 9

 Giản đồ áp và dòng qua diode 10

 Giản đồ áp và dòng qua tụ điện 10

 Các giản đồ khảo sát áp tụ (phía trên) và dòng qua cuộn cảm (phía dưới) 12

 Bảng tổng kết kết quả khảo sát 17

b) Khảo sát L 17

 Các lược đồ áp tụ (phía trên) và dòng qua cuộn cảm (phía dưới) 17

 Bảng kết quả 20

c) Khảo sát tụ C 20

 Các lược đồ áp tụ (phía trên) và dòng qua cuộn cảm (phía dưới) 20

 Bảng kết quả 22

d) Khảo sát tần số đóng cắt khóa 22

 Các lược đồ áp tụ (phía trên) và dòng qua cuộn cảm (phía dưới) 23

 Bảng kết quả 24

KHẢO SÁT BỘ BIẾN ĐỔI BUCK

1 BÀI TOÁN

Thiết kế bộ biến đổi Buck cung cấp cho tải thuần trở 80W điện áp 30V với điện áp nguồn

là 50V, độ nhấp nhô điện áp không lớn hơn 1%

Từ điều kiện dòng liên tục, ILmin=0 suy ra

a) Các thông số của mạch thiết kế

 Điện áp vào: Vin=50V

 Tần số đóng cắt khóa f=20kHz

 Tỉ số đóng cắt D=0.6

 Trở R= 11,25Ω

b) Tiến hành mô phỏng

1 Tạo một file mới và save lại

2 Lấy các linh kiện cần thiết từ thanh công cụ bên dưới hoặc từ menu Elements  Power trong

đó có các mục con để chọn linh kiện cụ thể

3 Thay đổi thông số linh kiện bằng cách double click linh kiện, bản tính chất linh kiện sẽ hiện

ra Ta có thể thay đổi tên và các thông số khác của linh kiện Ví dụ với cuộn cảm :

4 Để điều khiển khóa đóng ngắt là mosfet, ta sử dụng khối gating block Double click vào khối gating block ta được :

Trong đó

 Frequency là tần số biến đổi

 No of points là số điểm xung thay đổi trạng thái do ta chỉ muốn thay đổi 2 lần nên

set là 2 (ở đầu chu kì lên 1, tới 1 góc xác định xuống lại 0)

 Switching Points là các điểm thay đổi trạng thái tính theo độ Ở đầu chu kì là 1

Do D=0.6 nên góc đổi trạng thái xuống 0 là 0.6*360=216 Ta set giá trị như hình

5 Tiến hành mắc thêm các Ampère kế và Volt kế để đo các giá trị dòng và áp Có thể click đúp vào từng thiết bị đo để thay đổi tên thiết bị, thuận tiện cho việc kiểm tra kết quả mô phỏng

6 Dùng công cụ wire để nối dây, hoàn thiện mạch

 Mô phỏng

1 Thêm khối Simulation control bằng cách vào menu Simulation  Simulation control đặt

khối ở bất kì vị trí nào, double click khối để thiết lập cho việc mô phỏng

Trong đó :

 Time step là chu kì tính toán của việc mô phỏng, chọn nhỏ hơn chu kì đóng ngắt khóa

nhiều lần để đồ thị được mịn VD chu kì đang mô phỏng là 1/20000 = 5e-5

 Total time : là tổng thời gian mô phỏng Ta chọn là 0,6s để mạch đã đi vào xác lập.

 Print time : là thời điểm bắt đầu lưu số liệu cho việc vẽ đồ thị Ta vẽ khoảng 5 chu kì

nên set giá trị là 0.6-5*5e-5=0,59975

 Các giá trị khác giữ nguyên mặc định: Print step=1, Load flag=0, save flag=0,

Hardware Target = None

2 Nhấn F8 hoặc vào menu Simulation  Run Simulation để bắt đầu chạy mô phỏng Sau khi

kết thúc quá trình mô phỏng cửa sổ Sim View sẽ hiện ra: kèm với bảng hiện tên các thiết bị đo

ta đã đặt trên mạch Chọn các thiết bị từ khung trái sang khung phải để vẽ biểu đồ Có thể dùng khung phía dưới để tính toán các giá trị không đo được từ các máy đo (vd UL=VC-VD)

3 Ở đồ thị có thể dung thanh công cụ dưới cùng để đo một số giá trị từ đồ thị: Max, Min, trung bình, hiệu dụng…

4 Có thể thêm 1 đường biểu diễn vào đồ thị đang chọn bằng công cụ hoặc thêm 1 đồ thị khác bằng công cụ

4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG:

a) Các giản đồ

 Giản đồ áp và dòng tải xác lập

 Giản đồ áp và dòng qua diode

b) Kiểm tra các yêu cầu thiết kế:

Dựa vào Giản đồ áp ra xác lập và các công cụ đo đạc trong chương trình:

Áp trung bình: Voutavg = 2.9999913e+001V=29.999913V

Áp max Voutmax =3.0151607e+001=30.151607V

Áp min Voutmin= 2.9867098e+001= 29.867098V

Độ nhấp nhô áp:

Thỏa điều kiện nhấp nhô dòng

So sánh với lí thuyết: Voutavg=Vin*D=50*0.6=30V

Ta thấy các giá trị này đều gần với giá trị mô phỏng Có sai số nhỏ do việc lấy mẫu…

5 KHẢO SÁT MẠCH

Giữ nguyên các thông số mạch, chỉ thay đổi Duty cycle D Quan sát việc thỏa điều kiện dòng liêntục và độ nhấp nhô dông

a) Khảo sát Duty Cycle

 D=0.1

 D=0.2

 D=0.3

 D=0.4

 D=0.7

 D=0.8

 D=0.9

 D=0.99

Vout max (V)

Vout Min (V)

ΔVVout/Vout (%)

Thỏa điều kiện nhấp nhô áp

Nhận xét: Khi tăng Duty Cycle lên thì độ nhấp nhô giảm do thời gian xả của tụ giảm Điều kiện

dòng liên tục cũng sẽ đạt với duty cycle lớn

 L=200

 L=400

 L=60

 L=10

Vout max (V)

Vout Min (V)

ΔVVout/Vout (%)

Thỏa điều kiện nhấp nhô áp

 C=400µF

 C=60 µF

Vout max (V)

Vout Min (V)

ΔVVout/Vout (%)

Thỏa điều kiện nhấp nhô áp

d) Khảo sát tần số đóng cắt khóa

Giữ nguyên D, C, R, L Thay đổi một vài giá trị tần số đóng ngắt khóa quanh giá trị tần số

f=20kHz ban đầu và khảo sát điều kiện dòng liên tục và nhấp nhô điện áp tụ

 f=80kHz

Vout max (V)

Vout Min (V)

ΔVVout/Vout (%)

Thỏa điều kiện nhấp nhô áp

40 thỏa 30.000 30.038 29.967 0.2369% Có

80 thỏa 30.000 30.009 29.992 0.0592% Có

10 không 35.477 35.954 35.003 2.6817% Không

Nhận xét: Tần số khóa tăng sẽ làm giảm độ nhấp nhô điện áp và tăng dòng qua cuộn cảm Tần số khóa giảm sẽ làm dòng không liên tục và độ nhấp nhô tăng.