В этом примере показано, как управлять выходным напряжением двухтактного понижающего конвертера. Текущее течение через индуктор достигает нуля во время переключателя от цикла МОП-транзисторов, и поэтому конвертер DC-DC действует в Прерывистом режиме проводимости (DCM). Этот режим проводимости в основном используется в приложениях малой мощности. Чтобы преобразовать и обеспечить входное напряжение постоянного тока как номинальное выходное напряжение, подсистема ПИ-контроллера использует простое интегральное управление. Во время запуска ссылочное напряжение сползается до желаемого выходного напряжения.
Конвертер действует в DCM 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_dcm.slx');
Система требуется, чтобы генерировать и обеспечивать выходное напряжение 80 В с требованием к питанию 100 Вт. Входное напряжение составляет 400 В, и отношение поворотов преобразователя равняется 2. Загрузка включает постоянную активную нагрузку. 'ee_push_pull_converter_dcm_data.m' скрипт задает расчетные параметры 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_V = 1; % Peak-Peak Output Voltage Ripple as a percentage of Output Voltage K = 0.3; % Denotes trajectory that gives a relation between Output Voltage Ratio and Duty Cycle. Ts = 1e-7; % Sampling time for the solver
На основе ограничения, установленного K и Рабочим циклом, рабочий режим переключается между Прерывистым режимом проводимости (DCM) и Непрерывным режимом проводимости (CCM). Отношения Выходного напряжения CCM и DCM:
Непрерывный режим проводимости
Прерывистый режим проводимости
Рабочие режимы могут визуализироваться для различных значений K путем генерации графика между Отношением Выходного напряжения и Рабочим циклом. Из этого графика найдите, что соответствующий Рабочий цикл должен был достигнуть Отношения Выходного напряжения, как задано в Расчетных параметрах для особого значения выбранного K.
figure; D_range = 0:0.001:1; Voltage_ratio = zeros(length(D_range)); for i=1:length(D_range) K_crit = 1-D_range(i); if K < K_crit Voltage_ratio(i) = 2/(1+sqrt(1+4*K/D_range(i)^2)); else Voltage_ratio(i) = D_range(i); end end VR = Output_Voltage/(Input_Voltage/TR); Duty = sqrt(4*K/((2/VR-1)^2-1)); hold on; plot(Voltage_ratio,D_range); hold on; plot(VR,Duty,'*'); ylabel('Duty Cycle'); xlabel('Output to Input Voltage Ratio'); title('Discontinuous Mode Operating Region'); % The Open-Loop Duty Cycle required would be approximately 28.28% from the % graph.
I_average = Output_Power/Output_Voltage; % Average current that flows through the load
R_const = Output_Voltage/I_average;
Чтобы оценить индуктивность, требуемую для DCM, используйте это отношение между K, Сопротивлением и Периодом Времени переключения.
L_min = (K*R_const)/(2*2*fsw_Hz);
Проверьте предполагаемый результат значений индуктивности в операции DCM. Если результаты значения в операции CCM, выберите различное значение K и повторно вычислите. Выполните итерации, пока вы не находите значение индуктивности, которое приводит к операции DCM.
Отношение между емкостью и Пульсацией Выходного напряжения
C_min = (2-(Duty/(Output_Voltage/(Input_Voltage/TR))))^2/(4*R_const*2*fsw_Hz*del_V*0.01);
Сгенерируйте график видеть емкость, которая требуется для ограничения пульсации выходного напряжения, варьируется в зависимости от расчетных параметров. В данном примере маркер в 1%-й Пульсации Выходного напряжения соответствует емкости 8.157e-06 F.
del_V_range = 0.5:0.1:5; C_range = (2-(Duty/(Output_Voltage/(Input_Voltage/TR))))^2./(4*R_const*2*fsw_Hz*del_V_range*0.01); figure; hold on; plot(del_V_range,C_range); hold on; plot(del_V,C_min,'*'); xlabel('Voltage Ripple (%)'); ylabel('Capacitance (F)'); title('Capacitance Vs Voltage Ripple');
sim('ee_push_pull_converter_dcm.slx');
Чтобы просмотреть итоговые результаты во время или после симуляции, откройте блок Circuit Scope из подсистемы Осциллографов или путем ввода в командной строке MATLAB:
open_system('ee_push_pull_converter_dcm/Scopes/Circuit Scope');
Чтобы просмотреть управление и ошибочные данные во время или после симуляции, откройте блок Scope ПИ-контроллера из подсистемы Осциллографов или, введите:
open_system('ee_push_pull_converter_dcm/Scopes/PI Controller Scope');
После симуляции, чтобы просмотреть регистрируемые данные Simscape™ с помощью Проводника Результатов Simscape, введите:
sscexplore(simlog_ee_push_pull_converter_dcm);
%