Mô phỏng bộ chuyển đổi DC sang DC Buck với Simulink
(Cơ điện tử Việt Nam - MATLAB) Bộ chuyển đổi DC sang DC là một bộ chuyển đổi trong đó điện áp một chiều được giảm xuống mức mong muốn bằng cách chuyển đổi tần số cao của các bộ chuyển mạch bán dẫn như MOSFET hoặc IGBT. Loại bộ chuyển đổi này còn được gọi là bộ chuyển đổi bước xuống. Nếu chúng ta nói về nguồn cung cấp được điều chỉnh thì không quá khó ở phía xoay chiều nhưng ở phía một chiều thì khó quá và điều này chỉ có thể thực hiện được với việc chuyển đổi tần số cao của các công tắc bán dẫn. Loại bộ chuyển đổi này được sử dụng chủ yếu trong các bộ nguồn chuyển đổi chế độ và hệ thống điều khiển động cơ một chiều. Sơ đồ sơ đồ của bộ chuyển đổi buck được thể hiện trong hình 1 bên dưới.
Nguyên lý làm việc của mô phỏng Bộ chuyển đổi DC sang DC Buck
Bộ chuyển đổi DC sang DC này hoạt động ở hai trạng thái, một là khi đóng công tắc và trạng thái thứ hai khi mở công tắc. Khi công tắc ở trạng thái đóng thì diode bị phân cực ngược khi đó nguồn đầu vào cung cấp năng lượng cho cuộn cảm cũng như tải đầu ra. Tương tự, khi công tắc ở trạng thái mở thì cuộn cảm được phóng điện qua diode và chuyển một phần năng lượng tích trữ của nó sang tải đầu ra. Bởi vì công tắc đóng mở ở tần số cao do đó bậc cao hơn của sóng hài được tạo ra được lọc qua bộ lọc thông thấp.
Để bật hoặc tắt công tắc ở tần số cao, kỹ thuật PWM (điều chế độ rộng xung) được sử dụng. Chu kỳ làm việc của PWM này được tính theo công thức, Trong đó D là chu kỳ làm việc, Vo là điện áp đầu ra và V in là điện áp đầu vào.Chúng ta có thể thấy rằng điện áp đầu ra tỷ lệ thuận với chu kỳ làm việc D có nghĩa là tỷ lệ nhiệm vụ được tăng lên sau đó điện áp đầu ra cũng tăng lên cũng như khi chu kỳ nhiệm vụ giảm thì điện áp đầu ra cũng giảm. Chúng tôi sẽ chứng minh điều này bằng cách sử dụng mô hình MATLAB Simulink. Mô hình Simulink đã được định nghĩa bên dưới.
Hình 2 MATLAB Simulink Mô hình mô phỏng Bộ chuyển đổi Dc sang Dc Buck
Trong mô hình MATLAB Simulink này, một công tắc lý tưởng được sử dụng để điều chỉnh điện áp một chiều 20V thành 10V một chiều. Công tắc lý tưởng được bật hoặc tắt thông qua bộ tạo xung cung cấp xung chuyển đổi biên độ 20V của tần số 20KHz ở tỷ lệ nhiệm vụ 50%, được tính theo công thức tỷ lệ nhiệm vụ. Đầu ra của bộ chuyển đổi này không thuần túy dc, nó chứa nội dung sóng hài tần số cao được loại bỏ qua bộ lọc thông thấp. Trong mô hình này, cuộn cảm 1mH và tụ điện 10μF đã được sử dụng như bộ lọc thông thấp. Điện trở 10 ohm đã được sử dụng như tải đầu ra. Khi mô hình này được mô phỏng trong MATLAB thì chúng ta có thể thấy rằng nó hiển thị điện áp đầu ra 9.562 và dòng điện dẫn .8292. Được hiển thị trong kết quả mô phỏng dưới đây.
Video mô phỏng
Kết quả mô phỏng chuyển đổi DC sang DC Buck:
Dòng điện cuộn cảm, điện áp đầu ra và xung chuyển đổi của bộ biến đổi buck dc sang dc được thể hiện bên dưới trong hình 3
Hình 3 Dòng điện cuộn cảm, điện áp đầu ra và xung chuyển mạch của bộ chuyển đổi DC sang DC Buck
Mỗi bộ chuyển đổi một chiều sang một chiều hoạt động ở hai chế độ hoạt động, một là CCM (chế độ dẫn liên tục), ở chế độ này, dòng điện dẫn không bao giờ về 0 và chế độ thứ hai là DCM (chế độ dẫn không liên tục), ở chế độ này, dòng điện dẫn về 0 tại mọi xung chuyển mạch. Ở đây chúng ta có thể thấy rằng trong hình 3, bộ chuyển đổi DC sang dc này hoạt động ở chế độ CCM vì dòng điện dẫn không bao giờ về 0. Khi xung chuyển mạch là tích cực thì cuộn cảm được sạc ở giá trị đỉnh của nó trong thời gian này, tụ điện đầu ra liên tục cung cấp điện áp cho tải đầu ra. Tương tự, khi xung chuyển mạch là âm thì cuộn cảm này được phóng điện qua diode và nạp điện cho tụ điện. Quá trình này được tiếp tục ở mọi xung chuyển đổi của bộ chuyển đổi DC sang DC Buck.
Bài viết liên quan về MATLAB
Mời các bạn đọc các bài viết được liệt kê dưới đây:
