exponenta event banner

Конвертер Buck-Boost

Инвертирующий регулятор постоянного тока с управлением контроллера или четырехконтурный повышающий или понижающий регулятор напряжения

  • Библиотека:
  • Simscape/Электрические/Полупроводники и преобразователи/Преобразователи

  • Buck-Boost Converter block

Описание

Блок Buck-Boost Converter представляет преобразователь DC-DC, который может либо повышать, либо понижать напряжение DC с одной стороны преобразователя на другую, управляемое подключенным контроллером и генератором сигнала затвора. Бак-повышающие преобразователи также известны как повышающие/понижающие регуляторы напряжения, поскольку они могут увеличивать или уменьшать величину напряжения.

Блок может также инвертировать напряжение так, чтобы полярность выходного напряжения была противоположной полярности входного напряжения. Величина выходного напряжения зависит от рабочего цикла.

Блок Buck-Boost Converter позволяет моделировать инвертирующий преобразователь buck-boost с одним переключающим устройством или преобразователь buck-boost с четырьмя переключающими устройствами. Варианты типа коммутационных устройств:

  • GTO - тиристор отключения затвора. Для получения информации о характеристике I-V устройства см. GTO.

  • Идеальный полупроводниковый переключатель - информацию о характеристиках I-V устройства см. в разделе Идеальный полупроводниковый переключатель.

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

  • МОП - N-канальный металл-оксидно-полупроводниковый полевой транзистор. Для получения информации о характеристике I-V устройства см. MOSFET (Ideal, Switching).

  • Тиристор - сведения о характеристике I-V устройства см. в разделе Тиристор (кусочно-линейный).

  • Усредненный коммутатор.

Модель

Существует три варианта модели для блока. Чтобы получить доступ к вариантам модели, в окне модели щелкните правой кнопкой мыши блок. В контекстном меню выберите «Simscape» > «Block choices».

Варианты модели:

  • Порт управления PS - инвертирующий преобразователь buck-boost с портом физического сигнала. Этот вариант блока используется по умолчанию.

  • Электрические управляющие порты - инвертирующий бак-повышающий преобразователь с одним положительным и одним отрицательным электрическими консервационными портами. Для управления затворами коммутационного устройства с помощью блоков Simscape™ Electrical™ выберите эту опцию.

  • Четырехконтурный преобразователь - Четырехконтактный бак-бустерный преобразователь с электрическим консервационным портом.

Модели инвертирующих преобразователей содержат переключающее устройство, диод, индуктор и выходной конденсатор.

Четырехконтурная преобразовательная модель содержит четыре переключающих устройства, индуктор и выходной конденсатор.

В каждом случае конденсатор сглаживает выходное напряжение.

Защита

Для каждого переключающего устройства можно включить схему snubber. Цепи сруббера содержат последовательно соединенные резистор и конденсатор. Они защищают переключающие устройства от высокого напряжения, которое создают индуктивные нагрузки, когда устройство отключает подачу напряжения на нагрузку. Схемы Snubber также предотвращают чрезмерные скорости изменения тока при включении переключающего устройства.

Для включения и конфигурирования схемы snubber для каждого коммутационного устройства используйте параметры Snubbers.

Управление затвором

Для подключения сигналов управляющего напряжения затвора к портам затвора коммутационных устройств:

  • Модель порта управления PS:

    1. Преобразование сигнала управляющего напряжения затвора Simulink ® в физический сигнал с помощью блока преобразователя Simulink-PS.

    2. Подключите блок преобразователя Simulink-PS к порту G.

  • Модель электрических портов управления:

    1. Подключите сигнал электрического напряжения постоянного тока Simscape к порту G +.

    2. Подключите электрический отрицательный сигнал постоянного напряжения Simscape к порту G-.

  • Модель синхронного преобразователя:

    1. Преобразуйте каждый сигнал управляющего напряжения затвора Simulink в физический сигнал с помощью блоков преобразователя Simulink-PS.

    2. Мультиплексирование преобразованных сигналов управления затвором в один вектор с использованием четырехимпульсного мультиплексора затвора

    3. Подключите векторный сигнал к порту G.

Переменные

Параметры «Переменные» используются для задания приоритетов и начальных целевых значений для переменных блока перед моделированием. Дополнительные сведения см. в разделе Установка приоритета и начальной цели для переменных блока.

Допущения и ограничения

Только преобразователь со усредненным переключением, управляемый ШИМ, захватывает как режим непрерывной проводимости (CCM), так и режим прерывистой проводимости (DCM). Преобразователь усредненного переключателя, управляемый рабочим циклом, захватывает только CCM.

Порты

Вход

развернуть все

Порт физического сигнала, связанный с клеммами затвора переключающего устройства.

Зависимости

Этот порт активирован только для PS control port выбор блока.

Типы данных: double

Сохранение

развернуть все

Электрический консервационный порт, связанный с клеммами затвора переключающих устройств.

Зависимости

Этот порт активирован только для Four-switch converter выбор блока.

Типы данных: double

Порт положительной электрической экономии, связанный с выводом положительного затвора переключающего устройства.

Зависимости

Этот порт активирован только для Electrical control ports выбор блока.

Типы данных: double

Отрицательный электрический порт сохранения, связанный с отрицательным выводом затвора переключающего устройства.

Зависимости

Этот порт активирован только для Electrical control ports выбор блока.

Типы данных: double

Электрический консервационный порт, связанный с положительным выводом первого постоянного напряжения.

Типы данных: double

Электрический консервационный порт, связанный с отрицательным выводом первого постоянного напряжения.

Типы данных: double

Электрический консервационный порт, связанный с положительным выводом второго постоянного напряжения.

Типы данных: double

Порт экономии электроэнергии, связанный с отрицательным выводом второго постоянного напряжения.

Типы данных: double

Параметры

развернуть все

Коммутационные устройства

В этой таблице показано, как видимость параметров коммутационных устройств зависит от выбранного коммутационного устройства. Сведения о прочтении таблицы см. в разделе Зависимости параметров.

Зависимости параметров коммутационных устройств

Параметры и опции
Коммутационное устройство
Ideal Semiconductor SwitchGTOIGBTMOSFETThyristorAveraged Switch
Сопротивление в состоянии on-stateПрямое напряжениеПрямое напряжениеСток-исток на сопротивленииПрямое напряжениеСопротивление в состоянии on-state
Проводимость вне состоянияСопротивление в состоянии on-stateСопротивление в состоянии on-stateПроводимость вне состоянияСопротивление в состоянии on-state
Пороговое напряжениеПроводимость вне состоянияПроводимость вне состоянияПороговое напряжениеПроводимость вне состояния
Напряжение срабатывания затвора, VgtПороговое напряжениеНапряжение срабатывания затвора, Vgt
Напряжение отключения затвора, Vgt_offНапряжение отключения затвора, Vgt_off
Удерживающий токУдерживающий ток

Тип переключающего устройства для преобразователя. Для модели с четырьмя коммутаторами переключатели идентичны.

модель.

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров коммутационных устройств.

Для различных типов коммутационных устройств напряжение прямого направления принимается как:

  • GTO - минимальное напряжение, необходимое для 1/Ron градиента I-V характеристики устройства, где Ron - значение сопротивления On-state

  • IGBT - минимальное напряжение, необходимое на портах коллектора и блока эмиттера для 1/Ron градиента диодной I-V характеристики, где Ron - значение сопротивления On-state

  • Тиристор - минимальное напряжение, необходимое для включения устройства

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров коммутационных устройств.

Для различных типов коммутационных устройств сопротивление On-state принимается как:

  • GTO - Скорость изменения напряжения на ток выше прямого напряжения

  • Идеальный полупроводниковый переключатель - Анодно-катодное сопротивление при включенном приборе

  • IGBT - Сопротивление коллектора-эмиттера при включенном устройстве

  • Тиристор - Анодно-катодное сопротивление при включенном устройстве

  • Усредненный переключатель - Анодно-катодное сопротивление при включенном устройстве

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров коммутационных устройств.

Сопротивление между стоком и истоком, которое также зависит от напряжения между затвором и истоком.

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров коммутационных устройств.

Проводимость при отключении прибора. Значение должно быть меньше 1/R, где R - значение сопротивления On-state.

Для различных типов коммутационных устройств сопротивление On-state принимается как:

  • GTO - Анодно-катодная проводимость

  • Идеальный полупроводниковый переключатель - Анодно-катодная проводимость

  • IGBT - Проводимость коллектора-эмиттера

  • МОП-транзистор - проводимость источника стока

  • Тиристор - Анодно-катодная проводимость

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров коммутационных устройств.

Порог напряжения затвора. Устройство включается, когда напряжение затвора превышает это значение. Для различных типов переключающих устройств напряжение устройства представляет интерес:

  • Идеальный полупроводниковый переключатель - напряжение затвора-эмиттера

  • IGBT - Напряжение затвора-катода

  • MOSFET - Напряжение источника затвора

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров коммутационных устройств.

Порог напряжения затвора-катода. Устройство включается, когда напряжение между затвором и катодом превышает это значение.

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров коммутационных устройств.

Порог напряжения затвора-катода. Устройство отключается, когда напряжение между затвором и катодом ниже этого значения.

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров коммутационных устройств.

Порог тока затвора. Устройство остается включенным, когда ток выше этого значения, даже когда напряжение затвора-катода падает ниже напряжения триггера затвора.

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров коммутационных устройств.

Диод

В этой таблице показано, как видимость параметров диода зависит от настройки параметров параметризации Динамика модели (Model dynamics) и Обратное время восстановления (Reverse recovery time parameterization). Сведения о прочтении этой таблицы см. в разделе Зависимости параметров.

Зависимости диодных параметров

Параметры и опции
Динамика модели
Diode with no dynamicsDiode with charge dynamics
Прямое напряжениеПрямое напряжение
О сопротивленииО сопротивлении
Выключенная проводимостьВыключенная проводимость
Емкость перехода
Пиковый обратный ток, iRM
Начальный прямой ток при измерении iRM
Скорость изменения тока при измерении iRM
Обратная параметризация времени восстановления
Specify stretch factorSpecify reverse recovery time directlySpecify reverse recovery charge
Коэффициент растяжения времени обратного восстановленияОбратное время восстановления, trrОбратный сбор за восстановление, Qrr

Диодный тип. Возможны следующие варианты:

  • Diode with no dynamics - Выберите этот параметр для определения приоритета скорости моделирования с помощью диодного блока.

  • Diode with charge dynamics - Выберите эту опцию для определения приоритета точности модели с точки зрения динамики заряда в обратном режиме с использованием модели коммутирующего диода диодного блока.

Примечание

При выборе Averaged Switch для параметра Switching Device в параметре Switching Device этот параметр не отображается и Diode with no dynamics автоматически выбирается.

Зависимости

См. таблицу Зависимости диодных параметров.

Минимальное напряжение, необходимое на положительном и отрицательном портах блока для 1/Ron градиента характеристики I-V диода, где Ron - значение сопротивления On.

Скорость изменения напряжения по отношению к току выше прямого напряжения.

Проводимость диода с обратным смещением.

Емкость диодного перехода.

Зависимости

См. таблицу Зависимости диодных параметров.

Пиковый обратный ток, измеренный внешней тестовой схемой.

Зависимости

См. таблицу Зависимости диодных параметров.

Начальный прямой ток при измерении пикового обратного тока. Это значение должно быть больше нуля.

Зависимости

См. таблицу Зависимости диодных параметров.

Скорость изменения тока при измерении пикового обратного тока.

Зависимости

См. таблицу Зависимости диодных параметров.

Модель для параметризации времени восстановления. При выборе Specify stretch factor или Specify reverse recovery charge, можно указать значение, которое блок использует для получения времени обратного восстановления.

Зависимости

См. таблицу Зависимости диодных параметров.

Значение, которое блок использует для вычисления времени обратного восстановления, trr. Определение коэффициента растяжения является более простым способом параметризации времени обратного восстановления, чем задание обратного заряда восстановления. Чем больше значение коэффициента растяжения, тем дольше рассеивается обратный восстановительный ток.

Зависимости

См. таблицу Зависимости диодных параметров.

Интервал между временем, когда ток первоначально переходит в ноль (когда диод выключается), и временем, когда ток падает до менее чем 10 процентов пикового обратного тока.

Значение параметра Reverse recovery time, trr должно быть больше, чем значение параметра Peak reverse current, iRM деленное на значение параметра Rate of change of current при измерении параметра iRM.

Зависимости

См. таблицу Зависимости диодных параметров.

Значение, которое блок использует для вычисления времени обратного восстановления, trr. Используйте этот параметр, если в спецификации для диодного устройства указано значение обратного заряда восстановления вместо значения обратного времени восстановления.

Обратный восстановительный заряд - это суммарный заряд, который продолжает рассеиваться при отключении диода. Значение должно быть меньше i2RM2a,

где:

  • iRM - значение, указанное для пикового обратного тока, iRM.

  • a - значение, заданное для скорости изменения тока при измерении iRM.

Зависимости

См. таблицу Зависимости диодных параметров.

Параметры LC

Индуктивность.

Последовательное сопротивление индуктора.

Емкость.

Последовательное сопротивление конденсатора.

Демпферы

Вкладка Параметры привязки (Snubbers parameters) не отображается, если для параметра Переключающее устройство (Switching device) установлено значение Averaged Switch.

Таблица суммирует зависимости параметров Snubbers. Сведения о прочтении таблицы см. в разделе Зависимости параметров.

Зависимости параметров Snubbers

Зависимости параметров Snubbers
Демпфер
NoneRC Snubber
Сопротивление Snubber
Емкость Snubber

Сруббер коммутационного устройства.

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров Snubbers.

Сопротивление подкачки коммутационного устройства.

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров Snubbers.

Емкость снубера коммутационного устройства.

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров Snubbers.

Примеры модели

Ссылки

[1] Тжинадловски, А. М. Введение в современную силовую электронику, 2-е издание. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons Inc., 2010.

[2] Сяоюн, Р., З. Тан, X. Жуань, Дж. Вэй и Г. Хуа. Четыре коммутатора Buck-Boost Converter для телекоммуникационных систем постоянного тока. Двадцать третья ежегодная конференция и выставка IEEE Applied Power Electronics. Остин, Техас: 2008, стр. 1527-1530.

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

.
Представлен в R2018a