Exponenta Banner

Buck Converter

Управляемый контроллерами регулятор напряжения понижения DC-DC

расширьте все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape / Электрический / Semiconductors & Converters / Конвертеры

Описание

Блок Buck Converter представляет конвертер, который понижает напряжение постоянного тока, как управлял присоединенный контроллер и генератор сигнала логическим элементом. Понижающие конвертеры также известны как регуляторы напряжения понижения, потому что они уменьшают величину напряжения.

Блок Buck Converter позволяет вам моделировать асинхронный конвертер с одним устройством переключения или синхронный конвертер с двумя переключающимися устройствами. Опции для типа переключающихся устройств:

  • GTO — Пропустите запираемый тиристор. Для получения информации о характеристике I-V устройства смотрите GTO.

  • Идеальный полупроводниковый переключатель — для получения информации о характеристике I-V устройства, смотрите Ideal Semiconductor Switch.

  • IGBT — Биполярный транзистор с изолированным затвором. Для получения информации о характеристике I-V устройства смотрите IGBT (Ideal, Switching).

  • MOSFET — Полевой транзистор металлооксидного полупроводника N-канала. Для получения информации о характеристике I-V устройства смотрите MOSFET (Ideal, Switching).

  • Тиристор — для получения информации о характеристике I-V устройства, смотрите Thyristor (Piecewise Linear).

Модель

Существует три варианта модели для блока. Чтобы получить доступ к вариантам модели, в окне модели, щелкают правой кнопкой по блоку. Из контекстного меню выберите Simscape> Block choices.

Варианты модели:

  • Порт управления PS — Асинхронный конвертер с портом физического сигнала. Этим выбором блока является значение по умолчанию.

  • Электрические порты управления — Асинхронный конвертер с одним положительным и одним отрицательным электрическим портом сохранения. Чтобы управлять переключающимися затворами устройства с помощью блоков Электроники и Механотроники Simscape™ Electrical™, выберите эту опцию.

  • Синхронный конвертер — Синхронный конвертер с электрическим портом сохранения.

Асинхронные модели понижающего конвертера содержат переключающееся устройство, диод, индуктор и выходной конденсатор.

Синхронная модель понижающего конвертера содержит два переключающихся устройства, индуктор и выходной конденсатор.

В каждом случае конденсатор приглаживает выходное напряжение.

Защита

Для синхронной модели конвертера можно включать интегральный защитный диод для устройства переключения S2. Интегральный диод защищает полупроводниковое устройство путем обеспечения пути к проводимости для противоположного тока. Индуктивная нагрузка может произвести высокий скачок противоположного напряжения, когда полупроводниковое устройство внезапно выключает предоставление напряжения к загрузке.

Чтобы включать и сконфигурировать внутренний блок защитного диода, используйте параметры Diode. Эта таблица показывает, как установить параметр Model dynamics на основе ваших целей.

ЦелиЗначение, чтобы выбратьИнтегральный защитный диод
Не включайте защиту.None'none'
Включайте защиту.Приоритизируйте скорость симуляции.Protection diode with no dynamicsБлок Diode
Приоритизируйте точность модели путем точного определения динамики заряда реверсного режима.Protection diode with charge dynamicsДинамическая модель блока Diode

Можно также включать схему демпфера для каждого устройства переключения. Схемы демпфера содержат подключенный последовательно резистор и конденсатор. Они защищают переключающиеся устройства от высоких напряжений, которые производят индуктивные нагрузки, когда устройство выключает предоставление напряжения к загрузке. Схемы демпфера также предотвращают чрезмерные уровни текущего изменения, когда включение устройства поворачивается.

Чтобы включать и сконфигурировать схему демпфера для каждого устройства переключения, используйте параметры Snubbers.

Контрольно-пропускная служба

Соединять сигналы напряжения контрольно-пропускной службы с портами логического элемента переключающихся устройств, для:

  • Модель порта управления PS:

    1. Преобразуйте сигнал напряжения контрольно-пропускной службы Simulink® в физический сигнал с помощью блока Simulink-PS Converter.

    2. Соедините блок Simulink-PS Converter с портом G.

  • Электрическая модель портов управления:

    1. Соедините электрическую область Simscape положительный сигнал напряжения постоянного тока с портом G+.

    2. Соедините электрическую область Simscape отрицательный сигнал напряжения постоянного тока с портом G-.

  • Синхронная модель конвертера:

    1. Преобразуйте каждый сигнал напряжения контрольно-пропускной службы Simulink в физический сигнал с помощью блоков Simulink-PS Converter.

    2. Мультиплексируйте конвертированные сигналы контрольно-пропускной службы в один вектор с помощью Two-Pulse Gate Multiplexer.

    3. Соедините векторный сигнал с портом G.

Порты

Входной параметр

развернуть все

Порт физического сигнала сопоставлен с выводами затвора переключающегося устройства.

Зависимости

Этот порт включен только для PS control port блокируйте выбор.

Типы данных: double

Сохранение

развернуть все

Электрический порт сохранения сопоставлен с выводами затвора переключающихся устройств.

Зависимости

Этот порт включен только для Synchronous converter блокируйте выбор.

Типы данных: double

Положительный электрический порт сохранения сопоставлен с положительным выводом затвора переключающегося устройства.

Зависимости

Этот порт включен только для Electrical control ports блокируйте выбор.

Типы данных: double

Отрицательный электрический порт сохранения сопоставлен с отрицательным выводом затвора переключающегося устройства.

Зависимости

Этот порт включен только для Electrical control ports блокируйте выбор.

Типы данных: double

Электрический порт сохранения сопоставлен с положительным терминалом первого напряжения постоянного тока.

Типы данных: double

Электрический порт сохранения сопоставлен с отрицательным терминалом первого напряжения постоянного тока.

Типы данных: double

Электрический порт сохранения сопоставлен с положительным терминалом второго напряжения постоянного тока.

Типы данных: double

Электрический порт сохранения сопоставлен с отрицательным терминалом второго напряжения постоянного тока.

Типы данных: double

Параметры

развернуть все

Переключение устройств

Эта таблица показывает, как видимость параметров Switching Devices зависит от Switching device, который вы выбираете. Чтобы изучить, как считать таблицу, смотрите Зависимости от Параметра.

Переключение зависимостей от параметра устройств

Параметры и опции
Переключение устройства
Ideal Semiconductor SwitchGTOIGBTMOSFETThyristor
Сопротивление на состоянииПередайте напряжениеПередайте напряжениеИсточник дренажа на сопротивленииПередайте напряжение
Проводимость несостоянияСопротивление на состоянииСопротивление на состоянииПроводимость несостоянияСопротивление на состоянии
Пороговое напряжениеПроводимость несостоянияПроводимость несостоянияПороговое напряжениеПроводимость несостояния
Пропустите триггерное напряжение, VgtПороговое напряжениеПропустите триггерное напряжение, Vgt
Логический элемент выключает напряжение, Вгт_оффЛогический элемент выключает напряжение, Вгт_офф
Текущее содержаниеТекущее содержание

Переключение типа устройства для конвертера. Для синхронной модели переключатели идентичны.

Зависимости

См. таблицу Switching Devices Parameter Dependencies.

Для различных типов устройства переключения Forward voltage взят как:

  • GTO — Минимальное напряжение потребовало через порты блока анода и катода для градиента устройства, чтобы характеристика I-V была 1/Ron, где Ron является значением On-state resistance

  • IGBT — Минимальное напряжение потребовало через коллектор и эмиттерные порты блока для градиента диода, чтобы характеристика I-V была 1/Ron, где Ron является значением On-state resistance

  • Тиристор — Минимальное напряжение, требуемое для устройства включать

Зависимости

См. таблицу Switching Devices Parameter Dependencies.

Для различных типов устройства переключения On-state resistance взят как:

  • GTO — Скорость изменения напряжения по сравнению с током выше прямого напряжения

  • Идеальный полупроводниковый переключатель — сопротивление Анодного катода, когда устройство работает

  • IGBT — Сопротивление эмиттера коллектора, когда устройство работает

  • Тиристор — сопротивление Анодного катода, когда устройство работает

Зависимости

См. таблицу Switching Devices Parameter Dependencies.

Сопротивление между дренажом и источником, который также зависит от напряжения логического элемента к источнику.

Зависимости

См. таблицу Switching Devices Parameter Dependencies.

Проводимость, когда устройство выключено. Значение должно быть меньше 1/R, где R является значением On-state resistance.

Для различных типов устройства переключения On-state resistance взят как:

  • GTO — Проводимость анодного катода

  • Идеальный полупроводниковый переключатель — проводимость Анодного катода

  • IGBT — Эмиттерная коллектором проводимость

  • MOSFET — Проводимость источника дренажа

  • Тиристор — проводимость Анодного катода

Зависимости

См. таблицу Switching Devices Parameter Dependencies.

Порог напряжения затвора. Устройство включает, когда напряжение затвора выше этого значения. Для различных типов устройства переключения напряжение устройства интереса:

  • Идеальный полупроводниковый переключатель — Эмиттерное логическим элементом напряжение

  • IGBT — Напряжение катода логического элемента

  • MOSFET — Напряжение источника логического элемента

Зависимости

См. таблицу Switching Devices Parameter Dependencies.

Порог напряжения катода логического элемента. Устройство включает, когда напряжение катода логического элемента выше этого значения.

Зависимости

См. таблицу Switching Devices Parameter Dependencies.

Порог напряжения катода логического элемента. Устройство выключает, когда напряжение катода логического элемента ниже этого значения.

Зависимости

См. таблицу Switching Devices Parameter Dependencies.

Порог тока затвора. Устройство остается, когда ток выше этого значения, даже когда напряжение катода логического элемента падает ниже триггерного напряжения логического элемента.

Зависимости

См. таблицу Switching Devices Parameter Dependencies.

Диод

Эта таблица показывает, как видимость параметров Diode зависит от того, как вы конфигурируете Block choice, Model dynamics и параметры Reverse recovery time parameterization. Чтобы изучить, как считать эту таблицу, смотрите Зависимости от Параметра.

Диодные зависимости от параметра

Параметры и опции
Блокируйте выбор
PS control port или Electrical control portsSynchronous converter
Динамика моделиДинамика модели
Diode with no dynamicsDiode with charge dynamicsNoneProtection diode with no dynamicsProtection diode with charge dynamics
Передайте напряжениеПередайте напряжениеПередайте напряжениеПередайте напряжение
На сопротивленииНа сопротивленииНа сопротивленииНа сопротивлении
От проводимостиОт проводимостиОт проводимостиОт проводимости
Емкость переходаЕмкость перехода
Пиковый противоположный ток, iRMПиковый противоположный ток, iRM
Начальная буква, вперед текущая при измерении iRMНачальная буква, вперед текущая при измерении iRM
Скорость изменения тока при измерении iRMСкорость изменения тока при измерении iRM
Противоположная параметризация времени восстановленияПротивоположная параметризация времени восстановления
Specify stretch factorSpecify reverse recovery time directlySpecify reverse recovery chargeSpecify stretch factorSpecify reverse recovery time directlySpecify reverse recovery charge
Противоположное время восстановления расширяет факторПротивоположное время восстановления, trrПротивоположный обратный заряд, QrrПротивоположное время восстановления расширяет факторПротивоположное время восстановления, trrПротивоположный обратный заряд, Qrr

Диодный тип. Опции:

  • None — Эта опция является значением по умолчанию для синхронного конвертера, но не доступна для асинхронного конвертера.

  • Diode with no dynamics — Выберите эту опцию, чтобы приоритизировать скорость симуляции с помощью блока Diode. Эта опция является значением по умолчанию для асинхронного конвертера.

  • Diode with charge dynamics — Выберите эту опцию, чтобы приоритизировать точность модели в терминах динамики заряда реверсного режима с помощью коммутационной диодной модели блока Diode.

Зависимости

См. таблицу Diode Parameter Dependencies.

Минимальное напряжение потребовало через положительные и отрицательные порты блока для градиента диода, чтобы характеристика I-V была 1/Ron, где Ron является значением On resistance.

Скорость изменения напряжения по сравнению с током выше Forward voltage.

Проводимость обратно-смещенного диода.

Диодная емкость перехода.

Зависимости

См. таблицу Diode Parameter Dependencies.

Пиковый противоположный ток измеряется внешней схемой тестирования.

Зависимости

См. таблицу Diode Parameter Dependencies.

Начальная буква, вперед текущая при измерении пикового противоположного тока. Это значение должно быть больше нуля.

Зависимости

См. таблицу Diode Parameter Dependencies.

Скорость изменения тока при измерении пикового противоположного тока.

Зависимости

См. таблицу Diode Parameter Dependencies.

Модель для параметризации времени восстановления. Когда вы выбираете Specify stretch factor или Specify reverse recovery charge, можно задать значение что использование блока, чтобы вывести противоположное время восстановления.

Зависимости

См. таблицу Diode Parameter Dependencies.

Значение, что использование блока, чтобы вычислить Reverse recovery time, trr. Определение фактора фрагмента является более легким способом параметризовать противоположное время восстановления, чем определение противоположного обратного заряда. Чем больше значение фактора фрагмента, тем дольше это берет для противоположного восстановления, текущего, чтобы рассеяться.

Зависимости

См. таблицу Diode Parameter Dependencies.

Интервал между временем, когда ток первоначально переходит к нулю (когда диод выключает), и время, когда текущие падения меньше чем к 10 процентам пикового противоположного тока.

Значение параметра Reverse recovery time, trr должно быть больше значения параметра Peak reverse current, iRM, разделенного на значение параметра Rate of change of current when measuring iRM.

Зависимости

См. таблицу Diode Parameter Dependencies.

Значение, что использование блока, чтобы вычислить Reverse recovery time, trr. Используйте этот параметр, если таблица данных для вашего диодного устройства задает значение для противоположного обратного заряда вместо значения в течение противоположного времени восстановления.

Противоположный обратный заряд является общим зарядом, который продолжает рассеиваться, когда диод выключает. Значение должно быть меньше −i2RM2a,

где:

  • iRM является значением, заданным для Peak reverse current, iRM.

  • a является значением, заданным для Rate of change of current when measuring iRM.

Зависимости

См. таблицу Diode Parameter Dependencies.

Фильтр LC

Индуктивность фильтра LC.

Емкость фильтра LC.

Серийное сопротивление конденсатора.

Демпферы

Таблица суммирует зависимости от параметра Snubbers. Чтобы изучить, как считать таблицу, смотрите Зависимости от Параметра.

Зависимости от параметра демпферов

Зависимости от параметра демпферов
Демпфер
NoneRC Snubber
Сопротивление демпфера
Емкость демпфера

Переключение демпфера устройства.

Зависимости

См. таблицу Snubbers Parameter Dependencies.

Сопротивление переключающегося демпфера устройства.

Зависимости

См. таблицу Snubbers Parameter Dependencies.

Емкость переключающегося демпфера устройства.

Зависимости

См. таблицу Snubbers Parameter Dependencies.

Примеры модели

Buck Converter Voltage Control

Управление напряжением понижающего конвертера

Управляйте выходным напряжением понижающего конвертера. Чтобы настроить рабочий цикл, подсистема Управления использует основанный на PI алгоритм управления. Входное напряжение рассматривается постоянным в течение симуляции. Переменный резистор обеспечивает загрузку для системы. Общее время симуляции (t) составляет 0,25 секунды. В t = 0,15 секунды, изменения загрузки.

Открытая модель
BLDC Speed Control

Регулировка скорости BLDC

Контролируйте скорость ротора в базирующемся электрическом диске BLDC. Идеальный источник крутящего момента обеспечивает загрузку. Подсистема Управления использует основанную на PI структуру каскадного регулирования с внешним циклом регулировки скорости и внутренним циклом управления напряжения dc-ссылки. Напряжение dc-ссылки настроено через понижающий конвертер DC-DC. BLDC питается управляемым трехфазным инвертором. Сигналы логического элемента для инвертора получены из сигналов Холла. Симуляция использует шаги скорости. Подсистема Осциллографов содержит осциллографы, которые позволяют вам видеть результаты симуляции.

Открытая модель
Surge Protection in Buck Converter

Защита от перенапряжения в понижающем конвертере

Как варистор может быть применен к понижающему конвертеру для того, чтобы защитить переключающиеся МОП-транзисторы от повышенных напряжений из-за дифференциального скачка.

Открытая модель

Ссылки

[1] Трзынадловский, утра введение в современную силовую электронику, 2-й выпуск. Хобокен, NJ: John Wiley & Sons Inc., 2010.

[2] Hedayati, M. H. П. Бхарадвадж и В. Джон. "Гибридный синхронный конвертер степени маркера DC-DC с помощью транзисторов Сайа и GaN". Международная конференция IEEE по вопросам Силовой электроники, Дисков и энергетических систем (PEDES). Тривандрам, Индия: 2016, стр 1-6.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Смотрите также

| | | | | | | | | | | | |

Темы

Введенный в R2018a

Документация Simscape Electrical
Поддержка