Этот пример показывает, как управлять выходным напряжением двухтактного понижающего конвертера. Текущее течение через индуктор никогда не является нулем, поэтому конвертер DC-DC действует в Непрерывном режиме проводимости (CCM). Чтобы преобразовать и поддержать номинальное выходное напряжение, Подсистема контроллера PI использует простое интегральное управление. Во время запуска ссылочное напряжение сползается до желаемого выходного напряжения.
Конвертер действует в CCM только если
,
где:
.
.
индуктивность фильтра.
нагрузочное сопротивление.
переключающийся период для каждого MOSFET. Таким образом
, где
переключающаяся частота.
рабочий цикл входа PWM к логическому элементу каждого MOSFET. Таким образом
, где
На времени MOSFET.
open_system('ee_push_pull_converter_ccm.slx'); set_param(find_system('ee_push_pull_converter_ccm','FindAll', 'on','type','annotation','Tag','ModelFeatures'),'Interpreter','off');
Система требуется, чтобы генерировать и поддерживать выходное напряжение 80 В с возможностью степени предельной нагрузки 1 000 Вт. Входное напряжение составляет 400 В, и отношение поворотов преобразователя равняется 2. Предельная нагрузка включает постоянную загрузку и циклическую загрузку. 'ee_push_pull_converter_ccm_data.m' скрипт задает параметры проекта как переменные в рабочей области MATLAB®.
Input_Voltage = 400; % Input voltage to the push-pull converter [V] Output_Voltage = 80; % Desired output voltage from the push-pull converter [V] Output_Power = 1000; % Full load power output [W] fsw_Hz = 40000; % MOSFET switching frequency [Hz] primary_winding = 200; % Number of turns in the primary winding secondary_winding = 100; % Number of turns in the secondary winding TR = primary_winding/secondary_winding; % Turns ratio Kp = 0.01; % Proportional gain for PI controller Ki = 20; % Integral gain for PI controller del_I = 40; % Peak-peak inductor ripple current as a percentage of full load current del_V = 1; % Peak-peak output voltage ripple as a percentage of output voltage share_constload = 70; % Percentage of load current drawn by constant load share_cyclicload = 100-share_constload; % Percentage of load current drawn by cyclic load cyclic_load_period = 1/20; % Cyclic load period cyclic_load_pul_width = 50; % Pulse width of the current pulses drawn by the cyclic load Ts = 1e-7; % Sampling time for the solver
Рабочий цикл зависит от входного напряжения, отношения поворотов и желаемого выходного напряжения.
Duty = Output_Voltage/(Input_Voltage/TR);
I_fl_average = Output_Power/Output_Voltage; % Full load average current that flows through the load
R_const = Output_Voltage/I_fl_average;
Выберите значение индуктивности на основе спецификаций ввода и вывода конвертера. Значение индуктивности зависит от спецификаций ввода и вывода конвертера. В данном примере конвертер требуется, чтобы работать в CCM на 20-100% степени предельной нагрузки. Когда при условии нижней границы степень составляет 20% степени предельной нагрузки, средняя текущая загрузка составляет 20% текущего среднего значения предельной нагрузки, I_fl_average. В конце каждого цикла при условии нижней границы, индуктор текущие движения, чтобы обнулить. Текущая пульсация индуктора, del_I, в этой точке является дважды средней выходной текущей загрузкой, который составляет 40% среднего текущего вывода предельной нагрузки.
L_min = (Input_Voltage/TR)*Duty*(1-Duty)/(2*fsw_Hz*del_I*I_fl_average*...
0.01);
Сгенерируйте этот график, чтобы видеть, как индуктивность фильтра относится к текущей пульсации индуктора (выраженный как процент текущей предельной нагрузки). В данном примере маркер в 40% соответствует индуктивности 1.2e-04 H.
del_I_range = 20:0.1:50; % Percentage of full load current (20-50%) L_range = (Input_Voltage/TR)*Duty*(1-Duty)./(2*fsw_Hz*del_I_range*... I_fl_average*0.01); figure; hold on; plot(del_I_range,L_range); hold on; L_del_I = (Input_Voltage/TR)*Duty*(1-Duty)/(2*fsw_Hz*del_I*... I_fl_average*0.01); plot(del_I,L_del_I, '*'); xlabel('Inductor current ripple (% of full load current)'); ylabel('Inductance (H)'); title('Inductance Vs Inductor Current Ripple');
C_min = (Input_Voltage/TR)*Duty*(1-Duty)/(8*(2*fsw_Hz)^2*L_min*...
Output_Voltage*del_V*0.01);
Сгенерируйте этот график, чтобы видеть, как емкость для ограничения пульсации выходного напряжения отличается в зависимости от параметров проекта. В данном примере маркер в 1%-й Пульсации Выходного напряжения соответствует емкости 9.766e-06 F.
del_V_range = 0.5:0.1:5; C_range = (Input_Voltage/TR-Output_Voltage)*Duty./(8*(2*fsw_Hz)^2*L_min*... Output_Voltage*del_V_range*0.01); figure; hold on; plot(del_V_range,C_range); hold on; C = (Input_Voltage/TR-Output_Voltage)*Duty/(8*(2*fsw_Hz)^2*L_min*... Output_Voltage*del_V*0.01); plot(del_V,C,'*'); xlabel('Voltage Ripple (%)'); ylabel('Capacitance (F)'); title('Capacitance Vs Voltage Ripple');
sim('ee_push_pull_converter_ccm.slx');
Чтобы просмотреть итоговые результаты во время или после симуляции, откройте блок Circuit Scope от окна модели или путем ввода в подсказке команды MATLAB:
open_system('ee_push_pull_converter_ccm/Scopes/Circuit Scope');
Чтобы просмотреть управление и ошибочные данные во время или после симуляции, откройте блок Controller Scope PI от окна модели или, введите:
open_system('ee_push_pull_converter_ccm/Scopes/PI Controller Scope');
После симуляции, чтобы просмотреть регистрируемые данные Simscape™ с помощью Проводника Результатов Simscape, введите:
sscexplore (simlog_ee_push_pull_converter_ccm);