Push-Pull Buck Converter в режиме непрерывной проводимости

Открыть скрипт

Этот пример показов, как контролировать выход напряжение тягового понижающего конвертера. Ток, протекающий через индуктор, никогда не равен нулю, поэтому преобразователь постоянного тока работает в режиме непрерывной проводимости (CCM). Чтобы преобразовать и сохранить номинальное выходное напряжение, подсистема ПИ-контроллер использует простое интегральное управление. Во время запуска ссылки напряжение растёт до требуемого выхода напряжения.

Конвертер работает только в CCM, если

$K > K_{critical}$ ,

где:

$K_{critcal} = 1 - D$ .

- индуктивность фильтра.

- сопротивление нагрузки.

$T_{sw}$ - период переключения для каждого МОП-транзистора. То есть, где $T_{sw} = 0.5/f_{sw}$ - $f_{sw}$ частота переключения.

- коэффициент заполнения входа ШИМ на затвор каждого МОП-транзистора. То есть, где $D = T_{on}/T_{sw}$ время $T_{on}$ включения MOSFET.

Откройте модель

open_system('ee_push_pull_converter_ccm.slx');

Задайте расчётные параметры

Система должна генерировать и поддерживать выход напряжение 80 В при полной нагрузке степени способности 1000 В. Напряжение вход составляет 400 В, и коэффициент поворота трансформатора равен 2. Полная нагрузка включает постоянную нагрузку и циклическую нагрузку. Скрипт 'ee _ push _ pull _ converter _ ccm _ data.m' определяет расчётные параметры как переменные в рабочей области MATLAB ®.

Input_Voltage           = 400;                                %  Input voltage to the push-pull converter [V]
Output_Voltage          = 80;                                 %  Desired output voltage from the push-pull converter [V]
Output_Power            = 1000;                               %  Full load power output [W]
fsw_Hz                  = 40000;                              %  MOSFET switching frequency [Hz]
primary_winding         = 200;                                %  Number of turns in the primary winding
secondary_winding       = 100;                                %  Number of turns in the secondary winding
TR                      = primary_winding/secondary_winding;  %  Turns ratio
Kp                      = 0.01;                               %  Proportional gain for PI controller
Ki                      = 20;                                 %  Integral gain for PI controller
del_I                   = 40;                                 %  Peak-peak inductor ripple current as a percentage of full load current
del_V                   = 1;                                  %  Peak-peak output voltage ripple as a percentage of output voltage
share_constload         = 70;                                 %  Percentage of load current drawn by constant load
share_cyclicload        = 100-share_constload;                %  Percentage of load current drawn by cyclic load
cyclic_load_period      = 1/20;                               %  Cyclic load period
cyclic_load_pul_width   = 50;                                 %  Pulse width of the current pulses drawn by the cyclic load
Ts                      = 1e-7;                               %  Sampling time for the solver

Вычислите коэффициент заполнения без разомкнутого контура

Коэффициент заполнения зависит от входа напряжения, коэффициента поворота и желаемого выхода напряжения.

Duty = Output_Voltage/(Input_Voltage/TR);

Определите постоянное сопротивление нагрузки

I_fl_average = Output_Power/Output_Voltage;                     %  Full load average current that flows through the load
R_const = Output_Voltage/I_fl_average;

Вычислите индуктивность фильтра

Выберите значение индуктивности на основе входных и выходных спецификаций конвертера. Значение индуктивности зависит от входных и выходных спецификаций конвертера. В данном примере конвертер должен работать в CCM на 20-100% полной степени нагрузки. Когда при более низком граничном условии степень составляет 20% от полной степени нагрузки, средний ток нагрузки составляет 20% от средней нагрузки тока, I_fl_average. В конце каждого цикла при нижнем граничном условии ток индуктивности переходит в нуль. Ток пульсации индуктивности, del_I, в этой точке в два раза превышает средний выходной ток нагрузки, то есть 40% от средней полной нагрузки выходного тока.

L_min = (Input_Voltage/TR)*Duty*(1-Duty)/(2*fsw_Hz*del_I*I_fl_average*...
    0.01);

Постройте график индуктивности от пульсации тока индуктивности

Сгенерируйте этот график, чтобы увидеть, как индуктивность фильтра относится к току пульсации индуктора (выраженному в процентах от полного тока нагрузки). В данном примере маркер при 40% соответствует индуктивности 1.2e-04 H.

del_I_range = 20:0.1:50;     %  Percentage of full load current (20-50%)
L_range = (Input_Voltage/TR)*Duty*(1-Duty)./(2*fsw_Hz*del_I_range*...
    I_fl_average*0.01);
figure;
hold on;
plot(del_I_range,L_range);
hold on;
L_del_I = (Input_Voltage/TR)*Duty*(1-Duty)/(2*fsw_Hz*del_I*...
    I_fl_average*0.01);
plot(del_I,L_del_I, '*');
xlabel('Inductor current ripple (% of full load current)');
ylabel('Inductance (H)');
title('Inductance Vs Inductor Current Ripple');

Выбор емкости фильтра

C_min = (Input_Voltage/TR)*Duty*(1-Duty)/(8*(2*fsw_Hz)^2*L_min*...
    Output_Voltage*del_V*0.01);

Постройте график зависимости емкости от напряжения

Сгенерируйте этот график, чтобы увидеть, как емкость для ограничения пульсации выхода напряжения изменяется в зависимости от расчётных параметров. В данном примере маркер с 1% выходом напряжения соответствует емкости 9,766e-06 F.

del_V_range = 0.5:0.1:5;
C_range = (Input_Voltage/TR-Output_Voltage)*Duty./(8*(2*fsw_Hz)^2*L_min*...
    Output_Voltage*del_V_range*0.01);
figure;
hold on;
plot(del_V_range,C_range);
hold on;
C = (Input_Voltage/TR-Output_Voltage)*Duty/(8*(2*fsw_Hz)^2*L_min*...
    Output_Voltage*del_V*0.01);
plot(del_V,C,'*');
xlabel('Voltage Ripple (%)');
ylabel('Capacitance (F)');
title('Capacitance Vs Voltage Ripple');

Запуск симуляции

sim('ee_push_pull_converter_ccm.slx');

Просмотр результатов симуляции

Чтобы просмотреть сводные данные во время или после симуляции, откройте блок Circuit Scope из окна модели или путем ввода, в командной строке MATLAB:

open_system('ee_push_pull_converter_ccm/Scopes/Circuit Scope');

Чтобы просмотреть данные управления и ошибки во время или после симуляции, откройте блок ПИ-контроллер Scope из окна модели или введите:

open_system('ee_push_pull_converter_ccm/Scopes/PI Controller Scope');

После симуляции, чтобы просмотреть записанные Simscape™ данные с помощью Simscape Results Explorer, введите:

sscexplore(simlog_ee_push_pull_converter_ccm);
%

Документация