直流-直流转换器
能量转换器行为模型。
类型: AcausalElectricPowerSystems.Converters.DCDC
|
图书馆中的路径: |
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）。
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电气参考 。
-
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。