Поведенческая модель преобразователя мощности
Simscape/Электрические/Полупроводники и преобразователи/Преобразователи
Блок DC-DC Converter представляет поведенческую модель преобразователя мощности. Этот силовой преобразователь регулирует напряжение на стороне нагрузки. Чтобы сбалансировать входную мощность, выходную мощность и потери, требуемое количество мощности отбирается со стороны источника питания. Альтернативно, преобразователь может поддерживать регенеративный поток энергии от нагрузки к источнику питания.
Эта схема иллюстрирует поведение преобразователя.
Компонент Pfixed рисует постоянную мощность и соответствует потерям преобразователя, которые не зависят от тока нагрузки. Потребляемая мощность устанавливается потерями преобразователя при нулевом значении параметра выходной мощности. Резистор Rout соответствует потерям, которые увеличиваются с током нагрузки, и определяется по значению, указанному для параметра Percentage efficiency at rated output power.
Источник напряжения определяется следующим уравнением:
v = vref - i груз D + iload Бегство
Где:
vref - уставка напряжения на стороне нагрузки, определяемая значением, заданным для параметра «Исходная потребность». Кроме того, это значение можно ввести в порт Vref, если для параметра «Опорное напряжение» задано значение External.
D - это значение, указанное для параметра Выходное напряжение и выходной ток. Наличие отдельного значения для провала позволяет управлять изменением выходного напряжения с нагрузкой независимо от зависящих от нагрузки потерь. Вместо непосредственного указания D можно задать процент падения напряжения при номинальной нагрузке.
Значение i источника тока вычисляется так, чтобы мощность, поступающая в преобразователь, равнялась сумме мощности, вытекающей из преобразователя, плюс потери преобразователя.
Чтобы задать поведение преобразователя, когда напряжение, подаваемое нагрузкой, выше, чем требуется опорное выходное напряжение преобразователя, используйте параметр Направление мощности:
Unidirectional power flow from supply to regulated side - Ток блокируется диодом выключения, а ток источника тока i равен нулю. Установите проводимость этого диода с помощью параметра проводимости Diode off-state.
Bidirectional power flow - Мощность передается на сторону питания, и i становится отрицательным.
Дополнительно, блок может включать в себя динамику регулирования напряжения. При выборе Specify voltage regulation time constant для параметра Dynamics к уравнению, определяющему значение источника напряжения, добавляется отставание первого порядка. При включенной динамике изменение шага нагрузки приводит к переходному изменению выходного напряжения, постоянная времени определяется параметром Постоянная времени регулирования напряжения.
Можно составить таблицу эффективности блока преобразователя постоянного тока в зависимости от выходного тока и температуры.
Это уравнение определяет зависимость между потерями и эффективностью:
абс (v1i1)
где
потери (i2) - потери преобразователя постоянного тока.
v1 - входное напряжение.
i1 - входной ток.
i2 - выходной ток.
eff (i2) - КПД преобразователя постоянного тока как функция выходного тока, как указано в таблице процентного КПД, eff (I).
Если выходной ток равен 0потери преобразователя равны потерям преобразователя при нулевой выходной мощности.
Ниже приведены шаги для вычисления используемых потерь мощности в зависимости от выходного тока:
Если выходной ток меньше, чем последняя отрицательная точка тока, или больше, чем первая положительная точка тока в векторе выходных токов для параметра I в таблице эффективности, блок использует параметр Percent efficience, eff (I), чтобы найти соответствующую эффективность (с линейной интерполяцией или ближайшей экстраполяцией) и затем преобразовать эту эффективность в потери.
В противном случае блок смешивает регистр нулевого выходного тока с последней отрицательной точкой или первой положительной точкой в таблице, как показано на следующем рисунке:
При отображении тепловых портов в таблице приводится эффективность в зависимости от тока и температуры. Расчет потерь остается таким же, как и нетермический вариант.
Входной порт физического сигнала F можно использовать для моделирования как отказа питания постоянного тока, так и отказа преобразователя. Этот тип события не может быть смоделирован простым отключением источника постоянного тока, например, путем открытия переключателя, поскольку модель среднего значения попытается увеличить ток на стороне источника до нереальных значений по мере падения напряжения на стороне источника.
Для отображения порта отказа F на вкладке Faults установите для параметра Enable output open-circuit fault значение Yes.
Управление поведением в ответ на физический сигнал отказа ввода F осуществляется с помощью параметров на вкладке «Неисправности» диалогового окна блока. С настройками параметров по умолчанию:
Состояние отказа: Output open circuit if F >= Fault threshold
Пороговое значение ошибки: 0.5
Если сигнал подключен к порту F, то блок работает в соответствии с настройками параметров на вкладке Faults. Например, если условие Fault Output open circuit if F >= Fault threshold, то когда сигнал на порте F поднимается выше порогового значения Fault, преобразователь прекращает работу. Нулевой ток берется со стороны питания, а нулевой ток подается на сторону нагрузки.
Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы открыть тепловой порт, щелкните правой кнопкой мыши блок в модели, а затем в контекстном меню выберите Simscape > Block choices > Show thermal port. Это действие отображает тепловой порт H на значке блока и отображает параметры теплового порта.
Блок передает тепло, генерируемое электрическими потерями, через источник регулируемого расхода тепла в блок тепловой массы. Электрические свойства блока не изменяются в зависимости от температуры. Задайте тепловые свойства этого блока с помощью параметров «Тепловая масса» и «Начальная температура».
Каждая из двух электрических сетей, подключенных к клеммам на стороне источника питания и регулируемой стороне, должна иметь свой собственный опорный электрический блок.
Уравнение на стороне питания определяет ограничение мощности на произведение напряжения в зависимости от тока. Для моделирования решатель должен иметь возможность уникального определения по сравнению с. Чтобы решение было уникальным, блок реализует два утверждения:
vs > 0 - это утверждение гарантирует, что знак vs однозначно определен
is < imax - это утверждение касается случая, когда напряжение, подаваемое на блок, имеет последовательное сопротивление
Когда имеется последовательное сопротивление, существуют два возможных стационарных решения для, которые удовлетворяют ограничению мощности, причем меньшее значение является желательным. Значение параметра Максимальный ожидаемый ток на стороне поставки imax должно быть больше ожидаемого максимального тока. Это гарантирует, что при инициализации модели начальный ток не начнется в нежелательном решении.
