Моделирование полупроводниковых устройств
nikfilaretovПолумостовой преобразователь
Полумостовой преобразователь — это тип DC-DC преобразователя, который использует два полупроводниковых ключа (обычно MOSFET или IGBT транзисторы), включенных последовательно между источником постоянного тока. Принцип его работы основан на поочередном переключении этих ключей для создания переменного напряжения, которое затем преобразуется в постоянное на выходе
Преимущества полумостовых преобразователей
- Простая конструкция с двумя ключами, дросселем и конденсатором. Это позволяет сократить количество компонентов и размер печатной платы.
- Способность работать с широким диапазоном входного напряжения 85–265 В без необходимости использования нескольких вторичных обмоток.
- Более высокий КПД по сравнению с другими топологиями благодаря уменьшению потерь на проводимость и коммутацию.
- Возможность обеспечения электрической изоляции между входным и выходным каскадами для критически важных с точки зрения безопасности приложений.
- Возможность повышающего и понижающего преобразования мощности с использованием одного каскада трансформатора.
- Меньшие габариты и более высокая удельная мощность по сравнению с мостовыми преобразователями.
Моделирование в Engee
Посмотрим на модель данного устройства в Engee:
Моделирование силовой части
Будем моделировать наш преобразователь при помощи блока Half-Bridge (Ideal, Switching). В отличии от классических схем вместо конденсаторов возьмем два источника постоянного напряжения (в модели - Vdc).
Управление открытием и закрытием транзисторов будем осуществлять при помощи Pulse Generator. Для демонстрации будем управлять только одним ключом, а другой - всегда держать закрытым. Как и любая электроника, наш преобразователь греется, и для учета рассеиваемого тепла применяется тепловой порт H. Стоит отметить, что блок позволяет учитывать тепловые эффекты отдельно для каждого из ключей.
Учет тепловых явлений
Так как наш преобразователь греется, нам может быть интересно промоделировать влияние выделяемого тепла и температуры устройства. Для этого у блока Half-Bridge (Ideal, Switching) есть тепловой порт H. Можно разделить тепловой порт H на два отдельных тепловых порта, связанных с верхним и нижним коммутационными устройствами соответственно, выбрав параметр «Separate thermal ports for upper and lower devices». Если вы разделите тепловые порты для верхнего и нижнего устройств, вы также сможете разделить тепловые порты для встроенных диодов каждого коммутационного устройства, выбрав параметр «Separate thermal ports for integral diodes». Верхний и нижний коммутационные устройства имеют одинаковые тепловые параметры.
Симуляция и результаты
Откроем модель и запустим симуляцию:
demoroot = @__DIR__
mdl = engee.open(joinpath(demoroot,"m6_half_bridge_simple.engee"))
result = engee.run(mdl);
посмотрим на токи и напряжение на нагрузке:
using Plots
Ic = collect(result["Inductors current"]);
Vc = collect(result["Inductors Voltage"]);
p = plot(Ic.time,Ic.value, label = false, title = "Ток на нагрузке", layout = (1,2))
p = plot!(Vc.time,Vc.value, label = false, title = "Напряжение на нагрузке", subplot = 2)
Вывод
В данном проекте был рассмотрен полумостовой преобразователь и его преимущества. Далее данное устройство было промоделировано в Engee.