Exponenta Banner

Buck Converter

Управляемый контроллером регулятор понижающего напряжения постоянного тока

развернуть все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape/Электрический/Полупроводники и конвертеры/Конвертеры

  • Buck Converter block

Описание

Блок Buck Converter представляет преобразователь, который понижает напряжение постоянного тока как управляемое подключенным контроллером и генератором сигнала управления. Понижающие конвертеры также известны как регуляторы понижающего напряжения, потому что они уменьшают величину напряжения.

Блок Buck Converter позволяет моделировать асинхронный конвертер с одним коммутационным устройством или синхронный конвертер с двумя коммутационными 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 - асинхронный преобразователь с портом физического сигнала. Этот выбор блока является выбором по умолчанию.

  • Порты электрического управления - асинхронный преобразователь с одним положительным и одним отрицательным электрическим портом. Чтобы управлять ключами коммутационного устройства, используя блоки Simscape™ Electrical™, выберите эту опцию.

  • Синхронный преобразователь - Синхронный преобразователь с электрическим портом.

Модели асинхронного понижающего конвертера содержат устройство переключения, диод, индуктор и выход конденсатор.

Модель синхронного понижающего конвертера содержит два устройства переключения, индуктор и выход конденсатор.

В каждом случае конденсатор сглаживает выходное напряжение.

Защита

Для модели синхронного конвертера можно включить интегральный диод защиты для S2 коммутационного устройства. Интегральный диод защищает полупроводниковое устройство путем обеспечения пути проводимости для обратного тока. Индуктивная нагрузка может создавать высокий всплеск обратного напряжения, когда полупроводниковое устройство внезапно отключает подачу напряжения на нагрузку.

Чтобы включить и сконфигурировать блок диода внутренней защиты, используйте параметры Diode. В этой таблице показано, как задать параметр Model dynamics на основе ваших целей.

ЦелиЗначение, которое нужно выбратьИнтегральный диод защиты
Не включать защиту.NoneНичего
Включите защиту.Приоритезируйте скорость симуляции.Diode with no dynamicsБлок Diode
Приоритизируйте верность модели путем точного определения динамики заряда в обратном режиме.Diode with charge dynamicsДинамическая модель блока Diode

Для каждого коммутационного устройства можно также включать разомкнутую 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 Two-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 Synchronous 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 синхронной модели переключатели идентичны.

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 Block choice, Model dynamics и Reverse recovery time parameterization. Чтобы узнать, как считать эту таблицу, см. «Параметры».

Зависимости параметров диода

Параметры и опции
Выбор блока
PS control port или Electrical control portsSynchronous converter
Динамика моделиДинамика модели
Diode with no dynamicsDiode with charge dynamicsNoneDiode with no dynamicsDiode with charge dynamics
Прямое напряжениеПрямое напряжениеПрямое напряжениеПрямое напряжение
На сопротивленииНа сопротивленииНа сопротивленииНа сопротивлении
Отключенная проводимостьОтключенная проводимостьОтключенная проводимостьОтключенная проводимость
Емкость соединенияЕмкость соединения
Пик обратного тока, iRMПик обратного тока, iRM
Начальный прямой ток при измерении iRMНачальный прямой ток при измерении iRM
Скорость изменения тока при измерении iRMСкорость изменения тока при измерении iRM
Обратная параметризация времени восстановленияОбратная параметризация времени восстановления
Specify stretch factorSpecify reverse recovery time directlySpecify reverse recovery chargeSpecify stretch factorSpecify reverse recovery time directlySpecify reverse recovery charge
Обратный коэффициент растяжения времени восстановленияВремя обратного восстановления, trrОбратный сбор за восстановление, QrrОбратный коэффициент растяжения времени восстановленияВремя обратного восстановления, trrОбратный сбор за восстановление, Qrr

Тип диода. Опции:

  • None - Эта опция недоступна для асинхронного конвертера.

  • Diode with no dynamics - Выберите эту опцию, чтобы расставить приоритеты скорости симуляции с помощью блока Diode. Эта опция является опцией по умолчанию для асинхронного конвертера.

  • 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).

LC-фильтр

Индуктивность LC-фильтра.

Последовательное сопротивление индуктора.

Емкость LC-фильтра.

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

Buck Converter Voltage Control

Управление напряжением понижающего конвертера

Управляйте выходом напряжением понижающего конвертера. Чтобы настроить коэффициент заполнения, Подсистема управления использует основанный на ПИ алгоритм управления. Напряжение входа рассматривается постоянным на протяжении всей симуляции. Переменный резистор обеспечивает нагрузку для системы. Общее время симуляции (t) составляет 0,25 секунды. На t = 0,15 секунд изменяется нагрузка.

BLDC Speed Control

Управление скоростью BLDC

Управляйте скоростью ротора в электроприводе на базе BLDC. Идеальный источник крутящего момента обеспечивает нагрузку. Подсистема управления использует основанную на ПИ структуру каскадного регулирования с внешним циклом управления скорости и внутренним циклом управления напряжением постоянного канала. Постоянное напряжение регулируется через понижающий конвертер постоянного тока. BLDC питается управляемым трехфазным инвертором. Сигналы управления ключами для инвертора получаются из сигналов зала. В симуляции используются шаги скорости. Подсистема Возможностей содержит возможности, которые позволяют вам видеть результаты симуляции.

Surge Protection in Buck Converter

Защита от перенапряжения в Понижающий конвертер

Как варистор может применяться к понижающему конвертеру в порядок для защиты переключающихся МОП-транзисторов от избыточных напряжений из-за дифференциального всплеска.

Ссылки

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

[2] Hedayati, M. H., P. Bharadwaj, and V. John. Гибридный синхронный преобразователь степени постоянного тока с использованием транзисторов Si и GaN. Международная конференция IEEE по степени, приводам и энергетическим системам (PEDES). Тривандрум, Индия: 2016, стр. 1-6.

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