Exponenta Banner

Bidirectional DC-DC Converter

Управляемое контроллерами двунаправленное повышение DC-DC и регулятор напряжения понижения

расширьте все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape / Электрический / Semiconductors & Converters / Конвертеры

Описание

Блок Bidirectional DC-DC Converter представляет конвертер, который подходит или понижает напряжение постоянного тока с любой стороны конвертера к другому, как управлял присоединенный контроллер и генератор сигнала логическим элементом. Двунаправленные конвертеры DC-DC полезны для переключения между аккумулированием энергии и использованием, например, в электромобилях.

Блок Bidirectional DC-DC Converter позволяет вам моделировать неизолированный конвертер с двумя переключающимися устройствами или изолированный конвертер с шестью 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).

  • Усредненный переключатель.

Модель

Существует два 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:

  • Неизолированный конвертер — Двунаправленный конвертер DC-DC без электрического барьера. Этот вариант модели содержит индуктор, два конденсатора и два переключателя, которые имеют тот же тип устройства. Этим выбором блока является значение по умолчанию.

  • Изолированный конвертер — Двунаправленный конвертер DC-DC с электрическим барьером. Этот вариант модели содержит четыре дополнительных переключателя, которые формируют весь мост. Весь мост находится на входе или высоковольтной (HV) стороне конвертера. Другие два переключателя находятся на выходе или низковольтной (LV) стороне конвертера. Можно выбрать различные полупроводниковые типы для HV и устройств переключения LV. Например, можно использовать GTO в HV переключающиеся устройства и IGBT для устройств переключения LV. Чтобы обеспечить разделение между напряжениями ввода и вывода, модель использует высокочастотный трансформатор.

Защита

Блок содержит интегральный защитный диод для каждого устройства переключения. 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 сконфигурировать внутренний блок защитного диода, используйте параметры Protection Diode. Эта таблица показывает, как установить параметр Model dynamics на основе ваших целей.

ЦелиЗначение, чтобы выбратьИнтегральный защитный диод
Приоритизируйте скорость симуляции.Diode with no dynamicsБлок Diode
Приоритизируйте точность модели путем точного определения динамики заряда реверсного режима.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 Simulink® с портами логического элемента переключающихся устройств:

  1. Преобразуйте каждый сигнал напряжения использование блока Simulink-PS Converter.

  2. Мультиплексируйте конвертированные сигналы логического элемента в один вектор. Для неизолированной модели конвертера используйте блок Two-Pulse Gate Multiplexer. Для изолированной модели конвертера используйте блок Six-Pulse Gate Multiplexer.

  3. Соедините векторный сигнал с портом G.

Предположения

Исходный импеданс или ненулевое сопротивление эквивалентного ряда (ESR) соединяются с левой стороной блока Bidirectional DC-DC Converter.

Порты

Сохранение

развернуть все

Электрический порт сохранения сопоставлен с выводами затвора переключающихся устройств.

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

Эти таблицы показывают, как видимость параметров Switching Devices зависит от модели конвертера и переключающихся устройств, которые вы выбираете. Чтобы изучить, как считать таблицу, смотрите Зависимости от Параметра.

Неизолированный конвертер, переключающий зависимости от параметра устройств

Параметры и опции
Переключение устройства
Ideal Semiconductor SwitchGTOIGBTMOSFETThyristorAveraged Switch
Сопротивление на состоянииПередайте напряжениеПередайте напряжениеИсточник дренажа на сопротивленииПередайте напряжениеСопротивление на состоянии
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

Изолированный конвертер, переключающий зависимости от параметра устройств

Параметры и опции
Переключение устройства HV
Ideal Semiconductor SwitchGTOIGBTMOSFETThyristorAveraged Switch
Сопротивление на состоянии HVПередайте напряжению HVПередайте напряжению HVИсточник дренажа на сопротивлении HVПередайте напряжению HVСопротивление на состоянии HV
Проводимость несостояния HVСопротивление на состоянии HVСопротивление на состоянии HVПроводимость несостояния HVСопротивление на состоянии HV
Пороговое напряжение HVПроводимость несостояния HVПроводимость несостояния HVПороговое напряжение HVПроводимость несостояния HV
Пропустите триггерное напряжение HV, Vgt_hvПороговое напряжение HVПропустите триггерное напряжение HV, Vgt_hv
Логический элемент выключает напряжение HV, Vgt_off_hvЛогический элемент выключает напряжение HV, Vgt_off_hv
Содержание текущего HVСодержание текущего HV
Переключение LV устройства
Ideal Semiconductor SwitchGTOIGBTMOSFETThyristorAveraged Switch
LV сопротивления на состоянииПередайте LV напряженияПередайте LV напряженияИсточник дренажа на LV сопротивленияПередайте LV напряженияLV сопротивления на состоянии
LV проводимости несостоянияLV сопротивления на состоянииLV сопротивления на состоянииLV проводимости несостоянияLV сопротивления на состоянии
Пороговый LV напряженияLV проводимости несостоянияLV проводимости несостоянияПороговый LV напряженияLV проводимости несостояния
Пропустите триггерный LV напряжения, VgtПороговый LV напряженияПропустите триггерный LV напряжения, Vgt
Логический элемент выключает LV напряжения, Vgt_off_lvЛогический элемент выключает LV напряжения, Vgt_off_lv
Содержание текущего LVСодержание текущего LV

Переключение типа устройства для неизолированной модели конвертера.

Зависимости

См. таблицу Nonisolated Converter 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 i-v, чтобы характеристика была 1/Ron, где Ron является значением On-state resistance

  • Тиристор — Минимальное напряжение, требуемое для устройства включать

Зависимости

См. таблицу Nonisolated Converter 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

  • Усредненный переключатель — сопротивление Анодного катода, когда устройство работает

Зависимости

См. таблицу Nonisolated Converter Switching Devices Parameter Dependencies.

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

Зависимости

См. таблицу Nonisolated Converter 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 Nonisolated Converter 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 Nonisolated Converter Switching Devices Parameter Dependencies.

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

Зависимости

См. таблицу Nonisolated Converter Switching Devices Parameter Dependencies.

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

Зависимости

См. таблицу Nonisolated Converter 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 Nonisolated Converter Switching Devices Parameter Dependencies.

Переключение типа устройства для высоковольтной стороны изолированной модели конвертера.

Зависимости

См. таблицу Isolated Converter Switching Devices Parameter Dependencies.

Для различных типов устройства переключения Forward voltage HV 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 i-v, чтобы характеристика была 1/Ron, где Ron является значением On-state resistance

  • Тиристор — Минимальное напряжение, требуемое для устройства включать

Зависимости

См. таблицу Isolated Converter Switching Devices Parameter Dependencies.

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

Зависимости

См. таблицу Isolated Converter Switching Devices Parameter Dependencies.

Для различных типов устройства переключения On-state resistance HV 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

  • Усредненный переключатель — сопротивление Анодного катода, когда устройство работает

Зависимости

См. таблицу Isolated Converter Switching Devices Parameter Dependencies.

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

Для различных типов устройства переключения On-state resistance HV 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 Isolated Converter 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 Isolated Converter Switching Devices Parameter Dependencies.

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

Зависимости

См. таблицу Isolated Converter Switching Devices Parameter Dependencies.

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

Зависимости

См. таблицу Isolated Converter 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 Isolated Converter Switching Devices Parameter Dependencies.

Переключение типа устройства для низковольтной стороны изолированной модели конвертера.

Зависимости

См. таблицу Isolated Converter Switching Devices Parameter Dependencies.

Для различных типов устройства переключения Forward voltage LV 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 i-v, чтобы характеристика была 1/Ron, где Ron является значением On-state resistance

  • Тиристор — Минимальное напряжение, требуемое для устройства включать

Зависимости

См. таблицу Isolated Converter Switching Devices Parameter Dependencies.

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

Зависимости

См. таблицу Isolated Converter Switching Devices Parameter Dependencies.

Для различных типов устройства переключения On-state resistance LV 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

  • Усредненный переключатель — сопротивление Анодного катода, когда устройство работает

Зависимости

См. таблицу Isolated Converter Switching Devices Parameter Dependencies.

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

Для различных типов устройства переключения On-state resistance LV 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 Isolated Converter 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 Isolated Converter Switching Devices Parameter Dependencies.

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

Зависимости

См. таблицу Isolated Converter Switching Devices Parameter Dependencies.

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

Зависимости

См. таблицу Isolated Converter 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 Isolated Converter Switching Devices Parameter Dependencies.

Защитный диод

Видимость параметров Protection Diode зависит от того, как вы конфигурируете защитный диод параметры Reverse recovery time parameterization и Model dynamics. Чтобы изучить, как считать эту таблицу, смотрите Зависимости от Параметра.

Зависимости от параметра защитного диода

Параметры и опции
Динамика модели
Диод без динамикиДиод с динамикой заряда
Передайте напряжениеПередайте напряжение
На сопротивленииНа сопротивлении
От проводимостиОт проводимости
Емкость перехода
Пиковый противоположный ток, iRM
Начальная буква, вперед текущая при измерении iRM
Скорость изменения тока при измерении iRM
Противоположная параметризация времени восстановления
Specify stretch factorSpecify reverse recovery time directlySpecify reverse recovery charge
Противоположное время восстановления расширяет факторПротивоположное время восстановления, trrПротивоположный обратный заряд, Qrr

Диодный тип. Опции:

  • Diode with no dynamics — Выберите эту опцию, чтобы приоритизировать скорость симуляции с помощью блока Diode.

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

Примечание

Если вы выбираете Averaged Switch для параметра Switching Device в установке Switching Device этот параметр не отображается и Diode with no dynamics автоматически выбран.

Зависимости

См. таблицу Protection 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 Protection Diode Parameter Dependencies.

Пиковый противоположный ток измеряется внешней схемой тестирования.

Зависимости

См. таблицу Protection Diode Parameter Dependencies.

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

Зависимости

См. таблицу Protection Diode Parameter Dependencies.

Скорость изменения тока при измерении пикового противоположного тока.

Зависимости

См. таблицу Protection 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. Для получения дополнительной информации об этих опциях смотрите, Как Блок Вычисляет TM и Tau.

Зависимости

См. таблицу Protection Diode Parameter Dependencies.

Значение, что использование блока, чтобы вычислить Reverse recovery time, trr. Определение фактора фрагмента является более легким способом параметрировать 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 Protection 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 Protection 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 Protection Diode Parameter Dependencies.

Трансформатор

Параметры Transformer только отображаются, когда Block choice установлен в Isolated converter.

Самоиндукция первой обмотки трансформатора.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда Block choice установлен в Isolated converter.

Самоиндукция второй обмотки трансформатора.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда Block choice установлен в Isolated converter.

Задает взаимную индуктивность трансформатора.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда Block choice установлен в Isolated converter.

Параметры LC

Индуктивность конвертера. Для изолированного варианта модели конвертера эти два индуктора идентичны.

Емкость первого терминала DC.

Емкость второго терминала DC.

Серийное сопротивление конденсаторного C1.

Серийное сопротивление конденсаторного C2.

Демпферы

Вкладка параметров Snubbers не отображается, если вы устанавливаете Switching device на Averaged Switch.

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

Зависимости от параметра демпферов

Зависимости от параметра демпферов
Блокируйте выбор
Nonisolated ConverterIsolated Converter
ДемпферДемпфер HV
NoneRC SnubberNoneRC Snubber
Сопротивление демпфераСопротивление демпфера HV
Емкость демпфераЕмкость демпфера HV
LV демпфера
NoneRC Snubber
LV сопротивления демпфера
LV емкости демпфера

Демпфер для каждого устройства переключения.

Зависимости

См. таблицу Snubbers Parameter Dependencies.

Сопротивление демпферов.

Зависимости

См. таблицу Snubbers Parameter Dependencies.

Емкость демпферов.

Зависимости

См. таблицу Snubbers Parameter Dependencies.

Демпфер HV для каждого устройства переключения.

Зависимости

См. таблицу Snubbers Parameter Dependencies.

Сопротивление высоковольтных демпферов.

Зависимости

См. таблицу Snubbers Parameter Dependencies.

Емкость высоковольтных демпферов.

Зависимости

См. таблицу Snubbers Parameter Dependencies.

Демпфер LV для каждого устройства переключения.

Зависимости

См. таблицу Snubbers Parameter Dependencies.

Сопротивление низковольтных демпферов.

Зависимости

См. таблицу Snubbers Parameter Dependencies.

Емкость низковольтных демпферов.

Зависимости

См. таблицу Snubbers Parameter Dependencies.

Ссылки

[1] Салех, M., И. Эса, И. Манди, В. Брэндоер и А. Мохамед. Разработка и реализация испытательного стенда микросетки DC CCNY. Промышленное Общественное Годовое собрание Приложений. Портленд, OR: 2016, стр 1-7.

[2] Kutkut, N. H. и Г. Лакджифф. Текущее управление режимом полного конвертера от DC к DC моста с двумя выпрямителями индуктора. Конференция специалистов по Силовой электронике. Сент-Луис, MO: 1997, стр 203-209.

[3] Nene, H. Цифровое управление двунаправленного конвертера DC-DC для автомобильных приложений. Двадцать восьмой Ежегодный IEEE Прикладная Конференция по Силовой электронике и Выставка (АТЭС). Лонг-Бич, CA: 2013, стр 1360-1365.

Расширенные возможности

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

Смотрите также

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

Введенный в R2018a

Документация Simscape Electrical
Поддержка