Buck-Boost Converter

DC-DC-инвертирующий преобразователь, или повышающий/понижающий регулятор напряжения, управляемый контроллером.

Тип: AcausalElectricPowerSystems.Converters.BuckBoost

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Electrical/Semiconductors & Converters/Converters/Buck-Boost Converter

Описание

Блок Buck-Boost Converter представляет собой DC-DC преобразователь, который может либо повышать, либо понижать напряжение постоянного тока с одной стороны преобразователя на другую в зависимости от подключенного контроллера и генератора управляющих сигналов. Преобразователи такого вида также известны как повышающие/понижающие регуляторы напряжения, поскольку они могут увеличивать или уменьшать величину напряжения.

Блок также может инвертировать напряжение, изменяя полярность выходного напряжения на противоположную входному. Величина выходного напряжения зависит от коэффициента заполнения.

Блок Buck-Boost Converter позволяет моделировать инвертирующий комбинированный преобразователь с одним коммутационным устройством. Возможны следующие типы коммутационных аппаратов:

GTO — запираемый тиристор. Информацию о вольт-амперной характеристике (ВАХ) устройства см. в разделе GTO.
Ideal Semiconductor Switch — идеальный полупроводниковый управляемый переключатель. Информацию о ВАХ устройства см. в разделе Ideal Semiconductor Switch.
IGBT — идеальный биполярный транзистор с изолированным затвором для схем коммутации. Информацию о ВАХ устройства см. в разделе IGBT (Ideal, Switching).
MOSFET — идеальный -канальный МОП-транзистор для схем коммутации. Информацию о ВАХ устройства см. в разделе MOSFET (Ideal, Switching).
Thyristor — тиристор с кусочно-линейной ВАХ. Информацию о ВАХ устройства см. в разделе Thyristor (Piecewise Linear).
Averaged Switch — усредненный преобразователь. Порт управляющего сигнала G принимает значения в интервале от 0 до 1. Когда значение G равно 0 или 1, Averaged Switch полностью разомкнут или полностью замкнут соответственно. Ключ ведет себя аналогично блоку Ideal Semiconductor Switch с антипараллельным диодом. Когда значение G находится между 0 до 1, Averaged Switch частично разомкнут. Можно усреднить сигнал с помощью блока широтно-импульсной модуляции (PWM) за определенный период времени. Это позволяет выполнить субдискретизацию модели и использовать сигналы модуляции вместо сигналов ШИМ.

Топология преобразователя

Buck-Boost Converter можно смоделировать как инвертирующий комбинированный преобразователь с направленным портом управления затвором сигнала.

Модели инвертирующих преобразователей содержат коммутационное устройство, диод, катушку индуктивности и выходной конденсатор. buck boost converter 1 Конденсатор сглаживает выходное напряжение.

Защита

Для каждого коммутационного устройства можно включить демпферную цепь. Демпферные цепи содержат последовательно соединенные резистор и конденсатор. Они защищают коммутационные устройства от высоких напряжений, возникающих при отключении питания индуктивной нагрузки. Демпферные цепи также предотвращают чрезмерные изменения тока при включении коммутационного аппарата.

Для включения и настройки демпферной цепи для каждого коммутационного аппарата, используйте группу параметров Snubbers.

Подключение сигналов к порту управления затвором

Модель инвертирующего преобразователя с опцией направленного порта управления (PS):
- Создайте направленный сигнал управления, например, из базовых математических блоков, и подключите его к порту G.
Модель инвертирующего преобразователя с опцией электрического порта управления (Electrical):
- Подключите положительный сигнал постоянного напряжения к порту G+.
- Подключите отрицательный сигнал постоянного напряжения к порту G-.

Кусочно-постоянная аппроксимация в усредненном коммутаторе

Если установить для параметра Switching device значение Averaged Switch и использовать для создания модели решатель разбиения, блок Buck-Boost Converter создает нелинейные разбиения, поскольку уравнения усредненного режима включают режимы , которые являются функциями входного сигнала G. Для активации кусочно-постоянной аппроксимации установите для параметра Integer for piecewise constant approximation of gate input (0 for disabled) значение большее, чем 0. Тогда этот блок будет рассматривать режим как кусочно-постоянное целое число с фиксированным диапазоном. Это превращает ранее нелинейные разбиения в линейные, изменяющиеся во времени.

Целочисленное значение в диапазоне [0,K], где — значение параметра Integer for piecewise constant approximation of gate input (0 for disabled), теперь ассоциируется с каждым режимом реального значения в диапазоне [0,1]. Блок вычисляет режим кусочно-постоянной аппроксимации путем деления исходного режима на , чтобы нормализовать его обратно к диапазону [0,1]:

Допущения и ограничения

Только усредненный импульсный преобразователь, управляемый ШИМ, регистрирует как режим непрерывной проводимости (CCM), так и режим прерывистой проводимости (DCM). Усредненный импульсный преобразователь, управляемый рабочим циклом, фиксирует только CCM.

Порты

Ненаправленные

# 2+ — положительная выходная клемма
электричество

Details

Электрический порт, связанный с положительной клеммой 2 напряжения постоянного тока.

Имя для программного использования

p2

# 2– — отрицательная выходная клемма
электричество

Details

Электрический порт, связанный с отрицательной клеммой 2 напряжения постоянного тока.

Имя для программного использования

n2

# 1+ — положительная входная клемма
электричество

Details

Электрический порт, связанный с положительной клеммой 1 напряжения постоянного тока.

Имя для программного использования

p1

# 1– — отрицательная входная клемма
электричество

Details

Электрический порт, связанный с отрицательной клеммой 1 напряжения постоянного тока.

Имя для программного использования

n1

Вход

# G — контакт (вывод) затвора
скаляр

Details

Порт управляющего сигнала, связанный с затвором переключателя.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Gate-control port значение PS.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Параметры

Тип переключателя

# Gate-control port — определяет порт управления: направленный или электрический
Signal | Electrical

Details

Направленный или электрический порт управления затвором переключателя.

Значения	`Signal` \| `Electrical`
Значение по умолчанию	`Signal`
Имя для программного использования	`gate_control_port`
Вычисляемый	Нет

Details

Тип коммутационного устройства для преобразователя.

Значения	`GTO` \| `Ideal Semiconductor Switch` \| `IGBT` \| `MOSFET` \| `Thyristor` \| `Averaged Switch`
Значение по умолчанию	`Ideal Semiconductor Switch`
Имя для программного использования	`switching_device_type`
Вычисляемый	Нет

# On-state resistance — сопротивление во включенном состоянии
Ohm | mOhm | kOhm | MOhm | GOhm

Details

Сопротивление между анодом и катодом во включенном состоянии.

Для различных типов коммутационных устройств параметр On-state resistance рассчитывается следующим образом:

Для GTO — скорость изменения напряжения по отношению к току выше прямого напряжения.
Для Ideal Semiconductor Switch — сопротивление анода-катода, когда прибор включен.
Для IGBT — сопротивление коллектор-эмиттер, когда прибор включен.
Для Thyristor — сопротивление анода-катода, когда прибор включен.
Для Averaged Switch — сопротивление анода-катода при включенном устройстве.

Единицы измерения	`Ohm` \| `mOhm` \| `kOhm` \| `MOhm` \| `GOhm`
Значение по умолчанию	`0.001 Ohm`
Имя для программного использования	`R_on`
Вычисляемый	Да

# Off-state conductance — проводимость в выключенном состоянии
S | nS | uS | mS | 1/Ohm

Details

Проводимость, когда устройство выключено. Значение должно быть меньше , где — значение параметра On-state resistance.

Для различных типов коммутационных устройств сопротивление в состоянии покоя рассчитывается следующим образом:

Для GTO — анодно-катодная проводимость.
Для Ideal Semiconductor Switch — проводимость анод-катод.
Для IGBT — проводимость коллектор-эмиттер.
Для MOSFET — проводимость сток-исток.
Для Thyristor — проводимость анода-катода.

Единицы измерения	`S` \| `nS` \| `uS` \| `mS` \| `1/Ohm`
Значение по умолчанию	`1.0e-5 1/Ohm`
Имя для программного использования	`G_off`
Вычисляемый	Да

# Threshold voltage — пороговое напряжение
V | uV | mV | kV | MV

Details

Пороговое напряжение для цепи затвор-катод. Переключатель включается, когда напряжение цепи затвор-катод превышает это значение. Для различных типов коммутационных устройств параметр Threshold voltage рассчитывается следующим образом:

Для Ideal Semiconductor Switch — напряжение затвор-катод.
Для IGBT — напряжение затвор-эмиттер.
Для MOSFET — напряжение затвор-исток.

Единицы измерения	`V` \| `uV` \| `mV` \| `kV` \| `MV`
Значение по умолчанию	`6.0 V`
Имя для программного использования	`V_threshold`
Вычисляемый	Да

Диод

# Model dynamics — модель диода
Diode with no dynamics | Diode with charge dynamics

Details

Тип диода. Возможны следующие варианты:

Diode with no dynamics — выберите эту опцию для приоритета скорости моделирования с помощью блока Diode.
Diode with charge dynamics — выберите эту опцию, чтобы повысить точность модели с точки зрения динамики заряда в обратном режиме, используя модель коммутирующего диода блока Diode.

Если для параметра Switching Device в настройках выбрано значение Averaged Switch, этот параметр не отображается, и для параметра Model dynamics автоматически устанавливается значение Diode with no dynamics.

Значения	`Diode with no dynamics` \| `Diode with charge dynamics`
Значение по умолчанию	`Diode with no dynamics`
Имя для программного использования	`protection_diode_parameterization`
Вычисляемый	Нет

# Forward voltage — напряжение прямого тока
V | uV | mV | kV | MV

Details

Минимальное напряжение, требуемое на анодном и катодном блоках, чтобы наклон ВАХ диода был равен , где — значение параметра On resistance.

Единицы измерения	`V` \| `uV` \| `mV` \| `kV` \| `MV`
Значение по умолчанию	`0.8 V`
Имя для программного использования	`V_f_diode`
Вычисляемый	Да

# On resistance — сопротивление включения
Ohm | mOhm | kOhm | MOhm | GOhm

Details

Скорость изменения напряжения по отношению к току выше напряжения, заданного параметром Forward voltage.

Единицы измерения	`Ohm` \| `mOhm` \| `kOhm` \| `MOhm` \| `GOhm`
Значение по умолчанию	`0.001 Ohm`
Имя для программного использования	`R_on_diode`
Вычисляемый	Да

# Off conductance — проводимость закрытого перехода
S | nS | uS | mS | 1/Ohm

Details

Проводимость диода с обратным смещением.

Единицы измерения	`S` \| `nS` \| `uS` \| `mS` \| `1/Ohm`
Значение по умолчанию	`1.0e-5 1/Ohm`
Имя для программного использования	`G_off_diode`
Вычисляемый	Да

LC параметры

# Inductance — индуктивность
H | nH | uH | mH

Details

Индуктивность.

Единицы измерения	`H` \| `nH` \| `uH` \| `mH`
Значение по умолчанию	`1.0e-6 H`
Имя для программного использования	`L_f`
Вычисляемый	Да

# Inductor series resistance — последовательное сопротивление индуктора
Ohm | mOhm | kOhm | MOhm | GOhm

Details

Последовательное сопротивление индуктора.

Единицы измерения	`Ohm` \| `mOhm` \| `kOhm` \| `MOhm` \| `GOhm`
Значение по умолчанию	`0.0 Ohm`
Имя для программного использования	`R_l`
Вычисляемый	Да

# Capacitance — емкость
F | pF | nF | uF | mF

Details

Емкость.

Единицы измерения	`F` \| `pF` \| `nF` \| `uF` \| `mF`
Значение по умолчанию	`1.0e-7 F`
Имя для программного использования	`C_f`
Вычисляемый	Да

# Capacitor effective series resistance — сопротивление конденсатора
Ohm | mOhm | kOhm | MOhm | GOhm

Details

Последовательное сопротивление конденсатора.

Единицы измерения	`Ohm` \| `mOhm` \| `kOhm` \| `MOhm` \| `GOhm`
Значение по умолчанию	`1.0e-6 Ohm`
Имя для программного использования	`R_f`
Вычисляемый	Да

Снаббер

# Snubber — активация демпфера

Details

Добавление демпфера к коммутационному устройству.

Значение по умолчанию	`false (выключено)`
Имя для программного использования	`snubber_option`
Вычисляемый	Нет