Buck-Boost Converter

Управляемый контроллером инвертор постоянного тока или четырехпереключатель с повышением или понижением напряжения

развернуть все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape/Электрический/Полупроводники и конвертеры/Конвертеры

  • Buck-Boost Converter block

Описание

Блок Buck-Boost Converter представляет собой преобразователь постоянного тока, который может либо повышать, либо понижать постоянное напряжение с одной стороны конвертера на другую при приводе от подключенного контроллера и генератора сигнала управления. Преобразователи Buck-boost также известны как регуляторы повышающего/понижающего напряжения, потому что они могут увеличивать или уменьшать величину напряжения.

Блок может также инвертировать напряжение так, чтобы полярность выходного напряжения была противоположна полярности входного напряжения. Величина выходного напряжения зависит от коэффициента заполнения.

Блок Buck-Boost Converter позволяет вам смоделировать инвертирующий преобразователь buck-boost с одним переключающим устройством или преобразователь buck-boost с четырьмя переключающими устройствами. Опции для типа коммутационных устройств:

  • GTO - тиристор выключения затвора. Для получения информации о характеристике I-V устройства см. 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 см. IGBT (Ideal, Switching).

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

  • Тиристор - Информацию о характеристике I-V устройства см. в Thyristor (Piecewise Linear).

  • Среднее значение параметра Switch.

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 выбор блока является выбором по умолчанию.

  • Электрические порты управления - Инвертирующий преобразователь buck-boost с одним положительным и одним отрицательным электрическими портами. Чтобы управлять ключами коммутационного устройства, используя блоки Simscape™ Electrical™, выберите эту опцию.

  • Преобразователь с четырьмя переключателями - преобразователь с четырьмя переключателями с электрическим портом.

Модели инвертирующего преобразователя содержат устройство переключения, диод, индуктор и выход конденсатор.

Модель преобразователя с четырьмя переключателями содержит четыре устройства переключения, индуктор и выход конденсатор.

В каждом случае конденсатор сглаживает выходное напряжение.

Защита

Для каждого коммутационного устройства можно включать обрывистую схему. Цепи Snubber содержат последовательно соединенные резистор и конденсатор. Они защищают переключающие устройства от высоких напряжений, которые индуктивные нагрузки создают, когда устройство отключает подачу напряжения на нагрузку. Цепи Snubber также предотвращают чрезмерные скорости изменения тока при включении коммутационного устройства.

Чтобы включить и сконфигурировать сглаживающую схему для каждого коммутационного устройства, используйте параметры Snubbers.

Управление ключами

Для подключения сигналов напряжения управления ключами к портам ключей, для:

  • Модель порта управления PS:

    1. Преобразуйте Simulink® сигнал напряжения управления затвором к физическому сигналу, используя блок Simulink-PS Converter.

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

  • Модель электрических портов управления:

    1. Подключите положительный сигнал постоянного напряжения электрической области Simscape к порту G+.

    2. Подключите сигнал отрицательного напряжения постоянного тока в электрической области Simscape к порту G-.

  • Модель синхронного конвертера:

    1. Преобразуйте каждый сигнал напряжения управления ключами Simulink в физический сигнал, используя блоки Simulink-PS Converter.

    2. Мультиплексируйте преобразованные сигналы управления ключами в один вектор с помощью Four-Pulse Gate Multiplexer

    3. Подключите вектор сигнал к порту G.

Переменные

Используйте настройки Variables, чтобы задать приоритет и начальные целевые значения для основных переменных перед симуляцией. Для получения дополнительной информации смотрите Задать приоритет и Начальный целевой объект для основных переменных.

Допущения и ограничения

Только управляемый ШИМ усилитель коммутатора захватывает как режим непрерывной проводимости (CCM), так и режим прерывистой проводимости (DCM). Преобразователь со средним коэффициентом заполнения захватывает только CCM.

Порты

Вход

расширить все

Порт физического сигнала сопоставлен с клеммами затвора коммутационного устройства.

Зависимости

Этот порт включен только для PS control port выбор блока.

Типы данных: double

Сохранение

расширить все

Электрический порт сопоставлен с клеммами затвора коммутационных устройств.

Зависимости

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

Типы данных: double

Положительный электрический порт сопоставлен с положительным контактом затвора коммутационного устройства.

Зависимости

Этот порт включен только для Electrical control ports выбор блока.

Типы данных: double

Отрицательный электрический порт сопоставлен с отрицательным контактом затвора коммутационного устройства.

Зависимости

Этот порт включен только для Electrical control ports выбор блока.

Типы данных: double

Электрический порт сопоставлен с положительным контактом первого напряжения постоянного тока.

Типы данных: double

Электрический порт сопоставлен с отрицательным контактом первого напряжения постоянного тока.

Типы данных: double

Электрический порт сопоставлен с положительным контактом второго напряжения постоянного тока.

Типы данных: double

Электрический порт сопоставлен с отрицательным контактом второго напряжения постоянного тока.

Типы данных: double

Параметры

расширить все

Коммутационные устройства

В этой таблице показано, как видимость параметров Switching Devices зависит от Switching device, которую вы выбираете. Чтобы узнать, как считать таблицу, см. «Параметры».

Зависимости параметров устройств коммутации

Параметры и опции
Коммутационное устройство
Ideal Semiconductor SwitchGTOIGBTMOSFETThyristorAveraged Switch
Сопротивление в состоянии нахожденияПрямое напряжениеПрямое напряжениеСток-источник сопротивленияПрямое напряжениеСопротивление в состоянии нахождения
Проводимость вне состоянияСопротивление в состоянии нахожденияСопротивление в состоянии нахожденияПроводимость вне состоянияСопротивление в состоянии нахождения
Пороговое напряжениеПроводимость вне состоянияПроводимость вне состоянияПороговое напряжениеПроводимость вне состояния
Напряжение триггера затвора, VgtПороговое напряжениеНапряжение триггера затвора, Vgt
Напряжение выключения затвора, Vgt_offНапряжение выключения затвора, Vgt_off
Удерживающий токУдерживающий ток

Тип коммутационного устройства для конвертера. Для модели с четырьмя переключателями переключатели идентичны.

модель.

Зависимости

Смотрите таблицу Зависимости параметров устройств коммутации.

Для различных типов коммутационных устройств Forward voltage принимается как:

  • GTO - Минимальное напряжение, необходимое для портов анода и блока катода, для градиента характеристики I-V устройства, равного 1/ Ron, где Ron значение On-state resistance

  • IGBT - Минимальное напряжение, требуемое на портах коллектора и блока эмиттера, для градиента характеристики диода I-V, равного 1/ Ron, где Ron значение On-state resistance

  • Тиристор - Минимальное напряжение, необходимое для включения устройства

Зависимости

Смотрите таблицу Зависимости параметров устройств коммутации.

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

  • GTO - Скорость изменения напряжения от тока выше прямого напряжения

  • Идеальный полупроводниковый переключатель - сопротивление анода-катода, когда устройство включено

  • IGBT - Сопротивление коллектора-эмиттера, когда устройство включено

  • Тиристор - сопротивление анода-катода, когда устройство включено

  • Усредненный переключатель - сопротивление анода-катода, когда устройство включено

Зависимости

Смотрите таблицу Зависимости параметров устройств коммутации.

Сопротивление между дренажем и источником, которое также зависит от напряжения от затвора до источника.

Зависимости

Смотрите таблицу Зависимости параметров устройств коммутации.

Проводимость, когда устройство отключено. Значение должно быть меньше 1/ R, где R значение On-state resistance.

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

  • GTO - проводимость анода-катода

  • Идеальный полупроводниковый переключатель - Анодно-катодная проводимость

  • IGBT - Коллекторно-эмиттерная проводимость

  • MOSFET - Проводимость дренажного источника

  • Тиристор - Анодно-катодная проводимость

Зависимости

Смотрите таблицу Зависимости параметров устройств коммутации.

Порог напряжения затвора. Устройство включается, когда напряжение затвора выше этого значения. Для различных типов коммутационных устройств интересующее устройство имеет следующее напряжение:

  • Идеальный полупроводниковый переключатель - Напряжение затвора-излучателя

  • IGBT - напряжение затвора-катода

  • MOSFET - Напряжение затвора-источника

Зависимости

Смотрите таблицу Зависимости параметров устройств коммутации.

Порог напряжения затвора-катода. Устройство включается, когда напряжение затвора-катода выше этого значения.

Зависимости

Смотрите таблицу Зависимости параметров устройств коммутации.

Порог напряжения затвора-катода. Устройство выключается, когда напряжение затвора-катода ниже этого значения.

Зависимости

Смотрите таблицу Зависимости параметров устройств коммутации.

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

Зависимости

Смотрите таблицу Зависимости параметров устройств коммутации.

Диод

В этой таблице показано, как видимость параметров Diode зависит от того, как вы конфигурируете параметры Model dynamics и Reverse recovery time parameterization. Чтобы узнать, как считать эту таблицу, см. «Параметры».

Зависимости параметров диода

Параметры и опции
Динамика модели
Diode with no dynamicsDiode with charge dynamics
Прямое напряжениеПрямое напряжение
На сопротивленииНа сопротивлении
Отключенная проводимостьОтключенная проводимость
Емкость соединения
Пик обратного тока, 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
Обратный коэффициент растяжения времени восстановленияВремя обратного восстановления, trrОбратный сбор за восстановление, Qrr

Тип диода. Опции:

  • Diode with no dynamics - Выберите эту опцию, чтобы расставить приоритеты скорости симуляции с помощью блока Diode.

  • Diode with charge dynamics - Выберите эту опцию, чтобы расставить приоритеты точности модели с точки зрения динамики заряда в обратном режиме с помощью коммутационной диодной модели блока Diode.

Примечание

Если вы выбираете Averaged Switch для параметра Switching Device в Switching Device настройке этот параметр не виден и Diode with no dynamics автоматически выбирается.

Зависимости

См. таблицу Diode Parameter Dependencies (Зависимости параметров диодов).

Минимальное напряжение, необходимое для портов положительного и отрицательного блоков, чтобы градиент характеристики I-V диода составлял 1/ Ron, где Ron является значением On resistance.

Скорость изменения напряжения от тока выше Forward voltage.

Проводимость реверс-смещенного диода.

Емкость диодного соединения.

Зависимости

См. таблицу Diode Parameter Dependencies (Зависимости параметров диодов).

Пиковый обратный ток, измеренный внешней тестовой схемой.

Зависимости

См. таблицу Diode Parameter Dependencies (Зависимости параметров диодов).

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

Зависимости

См. таблицу Diode Parameter Dependencies (Зависимости параметров диодов).

Скорость изменения тока при измерении пикового обратного тока.

Зависимости

См. таблицу Diode Parameter Dependencies (Зависимости параметров диодов).

Модель для параметризации времени восстановления. Когда вы выбираете Specify stretch factor или Specify reverse recovery chargeможно задать значение, которое используется блоком для вывода времени обратного восстановления.

Зависимости

См. таблицу Diode Parameter Dependencies (Зависимости параметров диодов).

Значение, которое блок использует для вычисления Reverse recovery time, trr. Установка коэффициента растяжения является более простым способом параметризации времени обратного восстановления, чем установка коэффициента обратного восстановления. Чем больше значение коэффициента растяжения, тем больше времени требуется для рассеивания обратного тока восстановления.

Зависимости

См. таблицу Diode Parameter Dependencies (Зависимости параметров диодов).

Интервал между временем, когда ток первоначально переходит к нулю (когда диод выключается) и временем, когда ток падает до менее чем 10 процентов от 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 (Зависимости параметров диодов).

Значение, которое блок использует для вычисления Reverse recovery time, trr. Используйте этот параметр, если в табличных данных для вашего диодного устройства задано значение для обратной платы за восстановление вместо значения для обратного времени восстановления.

Обратная плата за восстановление - это общая сумма, которая продолжает рассеиваться, когда диод поворачивается. Значение должно быть меньше, чем −i2RM2a,

где:

  • iRM - значение, заданное для Peak reverse current, iRM.

  • a - значение, заданное для Rate of change of current when measuring iRM.

Зависимости

См. таблицу Diode Parameter Dependencies (Зависимости параметров диодов).

Параметры LC

Индуктивность.

Последовательное сопротивление индуктора.

Емкость.

Последовательное сопротивление конденсатора.

Демпферы

Вкладка параметров Snubbers не видна, если установить значение Switching device Averaged Switch.

Таблица результирующих зависимостей параметров Snubbers. Чтобы узнать, как считать таблицу, см. «Параметры».

Зависимости параметра Snubbers

Зависимости параметра Snubbers
Демпфер
NoneRC Snubber
Сопротивление Snubber
Демпфирующая емкость

Демпфирующее устройство.

Зависимости

Смотрите таблицу Зависимости параметров Snubbers.

Сопротивление демпфирующего устройства.

Зависимости

Смотрите таблицу Зависимости параметров Snubbers.

Емкость демпфирующего устройства коммутационного устройства.

Зависимости

Смотрите таблицу Зависимости параметров Snubbers.

Примеры моделей

Inverting Topology Buck-Boost Converter Control

Инвертирование управления преобразователем Buck-Boost топологии

Управляйте выходом напряжением инвертирующего топологического преобразователя buck-boost. Инвертирующий топологический преобразователь buck-boost использует только один переключатель, и выходное напряжение имеет противоположную полярность, чем вход. Чтобы настроить коэффициент заполнения, Подсистема управления использует основанный на ПИ алгоритм управления. Напряжение входа и нагрузка системы считаются постоянными на протяжении всей симуляции. Общее время симуляции (t) составляет 0,25 секунды. На t = 0,15 секунде изменяется уставка напряжения и система переключается из режима buck в режим boost.

Four-Switch Buck-Boost Converter Control

Управление конвертером с четырьмя коммутаторами Buck-Boost

Управляйте выходом напряжением преобразователя с четырьмя переключателями buck-boost. Чтобы настроить коэффициент заполнения, Подсистема управления использует основанный на ПИ алгоритм управления. В режимах boost и buck один переключатель управляет коэффициентом заполнения, один управляется обратно, а два других находятся в фиксированных положениях. Напряжение входа и нагрузка системы считаются постоянными на протяжении всей симуляции. Общее время симуляции (t) составляет 0,25 секунды. На t = 0,15 секунде изменяется уставка напряжения и система переключается из режима buck в режим boost.

Inverting Topology Buck-Boost Converter Control

Инвертирование управления преобразователем Buck-Boost топологии

Управляйте выходом напряжением инвертирующего топологического преобразователя buck-boost. Инвертирующий топологический преобразователь buck-boost использует только один переключатель, и выходное напряжение имеет противоположную полярность, чем вход. Чтобы настроить коэффициент заполнения, Подсистема управления использует основанный на ПИ алгоритм управления. Напряжение входа и нагрузка системы считаются постоянными на протяжении всей симуляции. Общее время симуляции (t) составляет 0,25 секунды. На t = 0,15 секунде изменяется уставка напряжения и система переключается из режима buck в режим boost.

Ссылки

[1] Trzynadlowski, A. M. Введение в современную силовую электронику, 2-е издание. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons Inc., 2010.

[2] Xiaoyong, R., Z. Tang, X. Ruan, J. Wei и G. Hua. Четыре конвертера Switch Buck-Boost для приложений питания степени постоянного тока Telecom. Двадцать третья ежегодная конференция и экспозиция IEEE Степень Electronics. Остин, Техас: 2008, стр. 1527-1530.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

.

См. также

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

Темы

Введенный в R2018a

Simscape Electrical документация

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте