DC-DC Converter
能量转换器行为模型。
类型: AcausalElectricPowerSystems.Converters.DCDC
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说明
直流-直流转换器*单元是直流-直流电源转换器的行为模型。转换器调节负载端的电压。为了平衡输入功率、输出功率和损耗，需要从电源侧获取所需的能量。或者，转换器也可以保持从负载侧到电源的回收能量流。
下面的示意图说明了转换器的工作原理。
元件 消耗恒定功率，对应的逆变器损耗与负载电流无关。功率消耗由 *零输出功率时的逆变器损耗*定义。电阻 对应的损耗随负载电流的增加而增加，由 *额定输出功率时的百分比效率*定义。
电压源由以下公式定义：
,
其中
-
- 是负载端电压基准值，由*输出电压基准需求*参数值决定。此外，如果*电压基准*参数设置为 "外部"，则可将该值输入*Vref*端口输入端；
-
- 这是*输出电压降与输出电流*参数中设置的值。更多信息，请参阅*电压降*。
源电流值 的计算方法是，流入逆变器的功率等于流出逆变器的功率加上逆变器中的损耗之和。
当负载输出电压高于逆变器输出电压参考值时，使用*功率方向*参数设置逆变器的行为：
-
电源侧向调节侧的单向功率流"--电流在关断状态下被二极管阻断，电流源电流 为零。使用*二极管关断状态电导*参数设置该二极管的电导。
-
双向功率流"- 功率传输至电源侧， 变为负值。
该模块还可以启用电压调节动态功能。如果为*动态*参数选择了 "指定电压调节时间常数"，则会在确定电压源值的方程中添加一阶滞后。启用动态功能后，负载的阶跃变化将导致输出电压瞬变，其时间常数由 *电压调整时间常数 * 参数定义。
电压降
电压降是指控制负载的设备输出电压的降低。电压降在电压调节方案中非常重要，因为它会增加系统对负载瞬变的阻抗。
单独的电压降值可以控制与负载相关的输出电压变化，而与负载相关的损耗无关。要启用电压降，请选择*启用电压降*参数。要设置电压降值，请将*电压降参数化*参数设置为*电压降参数化*：
-
通过输出电流电压降"- 通过设置参数 输出电流电压降 的值直接设置电压降。
-
按额定负载下的电压降百分比"- 根据*额定负载下的电压降百分比*参数的值，按*输出电压参考需求*的百分比计算电压降：
,
,
其中 是*输出电压基准需求*参数的值。如果*电压基准*设置为 "外部"，则设备将使用用于计算下垂百分比*的*电压基准恒定值。
下图显示了块是如何计算压降的。
电压降 是 和 所在直线的斜率。
表格效率
直流-直流转换器的效率是输出电流、输入电压和温度的函数。
这些公式定义了损耗与效率之间的关系：
if ( )、
if ( )、
其中
-
- 是直流-直流转换器中的损耗；
-
- 输入电压；
-
- 输入电流；
-
- 输出电流；
-
- 设备温度（如果设备使用热敏端口）；
-
- 直流-直流转换器效率是输出电流、输入电压和温度的函数，在 * 百分比效率表 eff(I2,V1,T)* 中设定。
如果输出电流为 "0"，则转换器损耗等于*输出功率为零时的转换器损耗*的值。
功率损耗与输出电流的函数关系计算如下：
-
如果输出电流小于表中效率 I2* 输出电流矢量中的最后一个负电流点或大于第一个正电流点，程序块将使用*百分比效率表 eff(I2)* 参数的值找到相应的效率值（使用线性内插法或最近外推法），然后将该值转换为损耗。
-
否则，程序块将以表中最后一个负值点或第一个正值点为零输出电流，如图所示。
如果选中*启用热端口*复选框，除输出电流和输入电压外，程序块还会计算作为温度函数的效率。损耗计算与隐藏热端口时相同。
模拟电源电压与负载不匹配的情况
当电源电压无法满足负载要求时，DC-DC 转换器*单元使用*最低电源电压功能*参数来保护网络。如果开关与电源串联后关闭，或者电源连接中的串联电阻导致电压下降过多，就会出现这种情况。在模拟过程中，如果电压低于 "工作所需的最低电源电压"，设备会放松输出电压调节。一旦电压低于*正常工作的最低电源电压*值的`90%`，逆变器输入将表现为一个固定电阻，等于*不工作时的输入电阻*值。同样，*直流-直流转换器*的输出也会表现为一个固定电阻，等于*输出电阻（如果不工作）。
热效应建模
该模块有一个额外的热端口。要启用热端口，请选择*启用热端口*复选框。
程序块通过Controlled Heat Flow Rate Source 程序块将电气损耗产生的热量传递到Thermal Mass 程序块。程序块的电气属性不会随温度变化而改变。该程序块的热属性通过*热质量*和*初始温度*参数进行设置。
假设
-
连接到供电侧和控制侧端子的两个电气网络必须有各自的模块Electrical Reference 。
-
源端方程定义了电压 和电流 的乘积的功率约束。出于建模目的，求解器必须能够唯一定义 。为确保解法的唯一性，程序块需要执行两条语句：
-
- 该断言确保 的符号是唯一定义的。
-
- 该语句指的是模块的电源电压具有串联电阻的情况。
在存在串联电阻的情况下， ，满足功率约束条件的稳态解可能有两种，最佳解是值较小的那个。
-
端口
非定向
1+ - 输入正极
电
与输入电路正极相连的非定向电气端口。
1- 为输入负极
电
与输入电路负极相关的非定向电气端口。
2+ 是输出正极
电力
与输出电路正极相连的非定向电气端口。
2- 是输出负极
电力
与输出电路负极相连的非定向电气端口。
Vref 是输出负极
标量
一个非定向电气端口，外部电压基准信号通过该端口输入。
依赖关系
要使用该端口，请将*电压基准*参数设置为 "外部"。
H 是热端口
加热
代表热质的非定向热端口。更多信息，请参阅 * 模拟热效应*。
依赖关系
要使用此端口，请将 Enable thermal port 设置为 "已启用"。
主页
参考电压 - 参考电压
内部（默认） | `外部
参考电压建模方法的选项。
输出电压基准要求 - 设置电压值
10.0 V（默认值）。
电压调整器的设定值和无输出电流时的输出电压值。
依赖关系
要使用该参数，请将 Voltage Reference 设置为 "Internal"（内部）。
额定输出功率 - 额定输出功率
10.0W（默认）"。
以百分比为单位设置效率值的输出功率。如果电压降以百分比为单位设置，则该参数还用于计算电压降 。
启用降压 - 将电压降考虑在内
开（默认）` | 关
电压降检测选项。
电压跌落参数化 - 电压跌落模型
按输出电流的电压降（默认）` | 按额定负载的电压降百分比`。
从下列电压降参数化方法中选择一种：
-
按输出电流的电压降"- 指定电压降的绝对值 。这是默认选项。
-
按额定负载下的电压降百分比"- 以百分比为单位指定额定负载下的电压降 。
依赖关系
要使用该参数，请将*启用下垂*参数设置为 "启用"。
输出电压下垂与输出电流 - 1 A 时的压降
0.1 V/A（默认值）"。
输出电流为 1 A 时，输出电压从设定值下降的伏特数。
依赖关系
要使用该参数，请将 Enable droop 设置为 "启用"，并将 Droop parameterisation 设置为 "通过输出电流电压下降"。
额定负载下的电压降百分比 - 额定负载下的电压降百分比
2（默认值）
当额定负载消耗时，与额定输出电压相比电压下降的百分比。如果*电压基准*设置为 "内部"，则设备使用*输出电压基准需求*参数计算下降百分比。如果*电压基准*设置为 "外部"，则设备使用*用于计算下降百分比*的电压基准。
依赖关系
要使用该参数，请将 启用降压 设置为 "开启"，并将 降压参数化 设置为 "按额定负载下的电压降压百分比"。
用于计算电压降百分比的电压基准 - 用于计算电压降百分比的电压基准
10 V（默认值）
在仿真过程中，*额定负载下电压下垂百分比*参数用于计算压降的基准电压。
依赖关系
要使用该参数，请将*启用电压下垂*设为 "启用"，*电压基准*设为 "外部"，*电压下垂参数化*设为 "按额定负载下的电压下垂百分比"。
功率方向 - 功率流方向
从电源侧到调节侧的单向功率流（默认）"｜"双向功率流"。
从以下电源转换方向方法中选择一种：
-
从供电端到稳压端的单向功率流` - 大多数低功率稳压器都是单向的。这是默认选项。
-
额定负载下的百分比电压下降"--大功率转换器可以是双向的，例如电动汽车中用于提供再生制动的转换器。
*二极管离态电导` - 单向二极管
1e-8 1/欧姆（默认值）"。
理想二极管在输出侧开关，以防止电流注入单向配置的逆变器。
损耗
零输出功率时的逆变器损耗 - 恒定损耗
`1 W（默认值）
等效电路中 元件消耗的功率，相当于与负载电流无关的转换器损耗。
转换器损耗 - 转换损耗
假设与输出电流的平方成正比（默认）` | 表格效率。
转换器损耗参数化。
额定输出功率下的百分比效率 - 额定效率
`80 （默认值）
效率定义为负载输出功率与输入电源功率之比，单位为百分比。
依赖关系
要使用此参数，请将 转换器损耗 设置为 "假设与输出电流的平方成正比"。
表格变量 - 表格变量
| 输出电流（默认值） | 输出电流和输入电压 | 输出电流和温度 | 输出电流、输入电压和温度
指定效率所依赖的参数：输出电流、输入电压和温度。要启用温度选项，必须打开设备的热敏端口。
表中效率的输出电流矢量，I2 - 表中效率的输出电流
[-2，-1，1，2] A（默认） | `正递增标量的向量'。
表格效率的输出电流向量。该向量的维数必须大于或等于 3，且等于 * 百分比效率表 eff(I)* 的维数。
依赖关系
要使用此参数，请将*转换器损耗*参数设置为 "制表效率"。
百分比效率表，eff(I2) - 表列效率值，取决于电流
正标量矩阵"。
表列效率值（百分比）与电流的函数关系。该向量的维数必须等于 表列效率的输出电流向量 I2 的维数。
依赖关系
要使用此参数，请将 转换器损耗 设为 "制表效率"，将 制表变量 设为 "输出电流"。
表列效率的输入电压矢量，V1 - 表列效率的输入电压
[15, 30, 45] V（默认值） | 正递增标量向量。
表格效率的输入电压向量。该向量的维数必须大于或等于 2。
依赖关系
要使用此参数，请将 转换器损耗 设为 "制表效率"，并将 制表变量 设为 "输出电流和输入电压 "或 "输出电流、输入电压和温度"。
百分比效率表，eff(I2,V1) - 表列效率与电流和电压的函数关系
[66，66，66；76，76，76；80，80，80；74，74，74] （默认）` | `正标量矩阵
以百分比为单位列出的效率值，与电流和电压成函数关系。
依赖关系
要使用此参数，请将 转换器损耗 设为 "制表效率"，并将 制表变量 设为 "输出电流和输入电压 "或 "输出电流、输入电压和温度"。
表列效率的温度矢量，T - 表列效率的温度值
[280, 300, 320] K（默认值） | "正递增标量向量"。
表中效率的温度值向量。该向量的维数必须等于或大于 2。
依赖关系
要使用此参数，请将*转换器损耗*参数设置为 "制表效率"。
百分比效率表，eff(I2,T) - 表列效率值与电流和温度的函数关系
[66，66，66；76，76，76；80，80，80；74，74，74] （默认）` | `正标量矩阵
以百分比为单位的表列效率值，作为电流和温度的函数。
依赖关系
要使用此参数，请将 转换器损耗 设置为 "制表效率"，并将 制表变量 设置为 "输出电流和温度"。
百分比效率表，eff(I2,V1,T) - 表列效率与电流、电压和温度的函数关系
repeat([66.0, 76.0, 80.0, 74.0], 1, 3, 3) (默认)|"三维标量矩阵"。
表列效率值（百分比）与电流、电压和温度的函数关系。
依赖关系
要使用此参数，请将 转换器损耗 设为 "制表效率"，并将 制表变量 设为 "输出电流、输入电压和温度"。
动态
动态 - 动态模型
无动态（默认） | `指定电压调节时间常数
指定是否启用电压调整动态：
-
无动态"- 不考虑电压调整动态。
-
指定电压调整时间常数"- 在定义源电压值的方程中添加一阶滞后。启用动态调节后，负载的阶跃变化将导致输出电压的瞬态变化。
*电压调整时间常数` - 动态时间常数
0.02 秒（默认）` - 动态时间常数
负载电流阶跃变化时与瞬态电压相关的时间常数。
依赖关系
要使用该参数，请将 Dynamics 参数设置为 "指定电压调整时间常数"。
初始输出电压要求 - 初始输出电压要求
10 V（默认值）
在零点时的值。通常情况下， 由参数 * 输出电压参考需求 * 定义。但是，如果需要在稳定负载电流下无瞬态初始化模型，则可以使用该参数设置 的初始值，并相应增加该值以考虑输出电阻和压降。
依赖关系
要使用该参数，请将 Dynamics 参数设置为 "指定电压调整时间常数"。
关闭状态
功能所需的最低电源电压 - 功能所需的最低电源电压
1 V（默认值）
使转换器工作并将输出电压调节至设定值的最低电源电压。当电源电压降至该参数值的 `90%`以下时，DC-DC 转换器 的输入将表现为一个固定电阻，其值等于*输入电阻（如果不工作）。同样，*DC-DC 转换器 的输出也会表现为一个固定电阻，如果不工作，其值等于*输出电阻*。
不工作时的输入电阻 - 不工作时的输入电阻
1000欧姆（默认值）
当电源电压下降到低于*正常工作的最低电源电压*的`90%`时的输入电阻。
不工作时的输出电阻 - 不工作时的输出电阻
`1000 欧姆（默认值）
当电源电压下降到低于*正常工作的最低电源电压*值的 `90%`时的输出电阻。