DC-DC Converter
Поведенческая модель преобразователя степени
- Библиотека:
Simscape/Электрический/Полупроводники и конвертеры/Конвертеры
Описание
Блок DC-DC Converter представляет поведенческую модель преобразователя степени. Этот преобразователь степени регулирует напряжение на стороне нагрузки. Чтобы сбалансировать входную степень, выходную степень и потери, необходимое количество степени вытягивается со стороны питания. В качестве альтернативы конвертер может поддерживать регенеративный поток степени от нагрузки до источника питания.
Эта схема иллюстрирует поведение конвертера.
Компонент Pfixed потребляет постоянную степень и соответствует потерям конвертера, которые не зависят от тока нагрузки. Нарисованная степень задаётся Converter losses at zero output power значения параметров. Rout резистора соответствует потерям, которые увеличиваются с током нагрузки, и определяется из значения, которое вы задаете для параметра Percentage efficiency at rated output power.
Источник напряжения определяется следующим уравнением:
v = vref – i груз D + iload Rout
Где:
vref - это набор точки напряжения стороны нагрузки, заданный значением, заданным для параметра Output voltage reference demand. Кроме того, вы можете предоставить это значение как вход в Vref порт, когда параметр Voltage reference установлен на
External.D - значение, заданное для параметра Output voltage droop with output current. Наличие отдельного значения для падения определяет, как изменяется выходное напряжение с нагрузкой, независимой от зависимых от нагрузки потерь. Вместо непосредственного определения D можно задать Percent voltage droop at rated load.
Значение i источника тока вычисляется так, чтобы степень, поступающий в конвертер, равнялась сумме вытекающих степеней плюс потерь конвертера.
Чтобы задать поведение конвертера, когда напряжение, представленное нагрузкой, выше, чем ссылка выходного напряжения конвертера, используйте параметр Power direction:
Unidirectional power flow from supply to regulated side- Ток блокируется автономным диодом, и ток источника тока i равен нулю. Установите проводимость этого диода с помощью параметра Diode off-state conductance.Bidirectional power flow- Степень передается на сторону питания, и i становится отрицательной.
Опционально, блок может включать в себя динамику регулирования напряжения. Если вы выбираете Specify voltage regulation time constant для параметра Dynamics, затем к уравнению, определяющему значение источника напряжения, добавляется задержка первого порядка. При включенной динамике изменение шага нагрузки приводит к переходному изменению выходного напряжения, константа времени определяется параметром Voltage regulation time constant.
Табличная эффективность
Можно свести в таблицу эффективность DC-DC Converter блока в зависимости от выходного тока и температуры.
Это уравнение определяет связь между потерями и эффективностью:
где
loss(i2) потери преобразователя постоянного тока.
v1 - вход напряжение.
i1 - вход ток.
i2 - выход ток.
eff(i2) - эффективность преобразователя постоянного тока как функция от выходного тока, как указано в Percentage efficiency table, eff(I).
Если выходной ток равен 0потери конвертера равны Converter losses at zero output power.
Это шаги для вычисления использованных потерь степени в зависимости от выхода тока:
Если выходной ток меньше последней отрицательной текущей точки или больше первой положительной текущей точки в параметре Vector of output currents for tabulated efficiencies, I, блок использует параметр Percentage efficiency table, eff(I), чтобы найти соответствующий КПД (с линейной интерполяцией или ближайшей экстраполяцией) и затем преобразовать эту эффективность в потери.
В противном случае блок смешивает нулевой выходной текущий случай с последней отрицательной точкой или первой положительной точкой в таблице, как показано на этом рисунке:
Если вы выставляете тепловые порты, блок табулирует эффективность в зависимости от тока и температуры. Расчет потерь остается таким же, как и нетермический вариант.
Симуляция отказов
Можно использовать входной порт физического сигнала F, чтобы симулировать отказ питания постоянного тока и отказ конвертера. Этот тип события не может быть моделирован простым отключением питания постоянного тока, например, открытием переключателя, потому что модель среднего значения попытается увеличить ток на стороне питания до нереальных значений, когда напряжение на стороне питания падает.
Чтобы открыть порт отказа, F на вкладке Faults установите параметр Enable output open-circuit fault на Yes.
Вы управляете поведением в ответ на вход F отказа физического сигнала параметрами на вкладке Faults диалогового окна блока. С настройками параметра по умолчанию:
Fault condition
Output open circuit if F >= Fault thresholdFault threshold
0.5
Если сигнал соединяется с портом F, то блок действует согласно настройкам параметра на вкладке Faults. Для примера, если Fault condition Output open circuit if F >= Fault thresholdЗатем, когда сигнал в порте F поднимается выше Fault threshold значения, преобразователь перестает работать. Нулевой ток принимается со стороны питания, и нулевой ток подается на сторону нагрузки.
Моделирование термальных эффектов
Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы открыть тепловой порт, щелкните правой кнопкой мыши блок в модели, а затем из контекстного меню выберите Simscape > Block choices > Show thermal port. Это действие отображает тепловой порт, H на значке блока, и отображает параметры Thermal Port.
Блок передает тепло, сгенерированное от электрических потерь, через Controlled Heat Flow Rate Source к блоку Thermal Mass. Электрические свойства блока не изменяются с температурой. Задайте тепловые свойства для этого блока, используя параметры Thermal mass и Initial temperature.
Предположения
Каждая из двух электрических сетей, подключенных к клеммам со стороны питания и регулируемой стороны, должна иметь свой собственный Electrical Reference блок.
Уравнение со стороны питания задает ограничение степени на продукт напряжения, vs и тока is. Для симуляции решатель должен иметь возможность однозначно определять vs. Чтобы убедиться, что решение уникально, блок реализует два утверждения:
vs > 0 - Это утверждение гарантирует, что знак v s однозначно определен
is < imax - Это утверждение касается случая, когда источник напряжения к блоку имеет последовательное сопротивление
Когда существует последовательное сопротивление, существует два возможных установившихся решения для is, которые удовлетворяют ограничению степени, причем одно с меньшей величиной является желаемым. Вы должны задать значение для параметра Maximum expected supply-side current, imax, таким образом, чтобы оно было больше ожидаемого максимального тока. Это гарантирует, что, когда модель инициализируется, начальный ток не запускается в нежелательном решении.
