Boost Converter
Управляемый контроллером повышающий DC-DC регулятор напряжения.
Описание
Блок Boost Converter представляет собой преобразователь, повышающий напряжение постоянного тока под управлением подключенного контроллера и генератора сигнала затвора. Boost-преобразователи также известны как повышающие регуляторы напряжения, поскольку они увеличивают величину напряжения.
Блок Boost Converter позволяет смоделировать несинхронный преобразователь с одним переключающим устройством или синхронный преобразователь с двумя переключающими устройствами.
Варианты типа переключающих устройств:
-
Идеальный полупроводниковый переключатель. Когда G находится в диапазоне от
0до1, усредненный переключатель частично разомкнут. Вы можете усреднить сигнал широтно-импульсной модуляции (ШИМ) за определенный период. Затем вы можете уменьшить выборку модели и использовать формы модулирующих сигналов вместо ШИМ-сигналов.
Топология преобразователя
Вы можете смоделировать Boost Converter как несинхронный преобразователь с портом управления затвором физического сигнала или с двумя электрическими портами управления, или как синхронный преобразователь с одним электрическим портом управления. Чтобы выбрать топологию преобразователя, установите для параметра Modeling option значение:
-
Nonsynchronous converter– несинхронный преобразователь с дополнительными физическими или электрическими портами управления затвором. -
Synchronous converter– синхронный преобразователь с мультиплексированными сигналами затвора.
Модели несинхронных повышающих преобразователей содержат индуктор, силовой электронный ключ, диод и выходной конденсатор.
Модель синхронного повышающего преобразователя содержит индуктор, два силовых электронных ключа и выходной конденсатор.
В каждом случае конденсатор сглаживает выходное напряжение.
Защита
В модель синхронного преобразователя вы можете включить интегральные защитные диоды. Интегральные диоды защищают полупроводниковое устройство, обеспечивая проводящий путь для обратного тока. Индуктивная нагрузка может создать высокий всплеск обратного напряжения, когда полупроводниковое устройство внезапно отключает подачу напряжения на нагрузку.
Чтобы включить и настроить внутренние защитные диоды, используйте параметры Diode.
В данной таблице показано, как установить параметр Model dynamics в зависимости от ваших целей.
Цели |
Значение для выбора |
Встроенный защитный диод |
|
Не включайте защиту |
Отсутствует |
Отсутствует |
|
Включите защиту |
Приоритет отдавайте скорости моделирования |
|
Блок Diod |
Приоритетом точности модели является точное указание динамики заряда в обратном режиме |
|
Динамическая модель блока Diod |
|
Вы также можете включить схему снаббера для каждого переключающего устройства. Цепи снаббера содержат последовательно соединенные резистор и конденсатор. Они защищают коммутационные устройства от высокого напряжения, которое создают индуктивные нагрузки, когда устройство отключает подачу напряжения на нагрузку. Кроме того, цепи снаббера предотвращают чрезмерную скорость изменения тока при включении коммутационного устройства.
Чтобы включить и настроить схему снаббера для каждого коммутационного устройства, используйте параметры Snubbers.
Подключение сигналов к порту управления затвором
-
Модель несинхронного преобразователя (
Nonsychronous converter) с опцией направленного порта управления (Signal control port):-
Создайте направленный сигнал управления, например, из базовых математических блоков, и подключите его к порту G.
-
-
Модель несинхронного преобразователя (
Nonsychronous converter) с опцией электрического порта управления (Electrical control port):-
Подключите положительный сигнал постоянного напряжения (однофазное электричество, см. Цвета элементов и линий в Engee) к порту G+ .
-
Подключите отрицательный сигнал постоянного напряжения (однофазное электричество, см. Цвета элементов и линий в Engee) к порту G- .
-
-
Модель синхронного преобразователя (
Synchronous converter):-
Мультиплексируйте преобразованные сигналы управления затвором в один вектор с помощью двухимпульсного затворного мультиплексора (см. Two-Pulse Gate Multiplexer).
-
Подключите векторный сигнал к порту G.
-
Порты
Вход
G — контакт (вывод) затвора
скаляр
Порт управляющего сигнала, связанный с затвором переключателя.
Зависимости
Чтобы включить этот порт, установите для параметра Modeling option значение Gate-control port и для параметра Gate-control port значение Signal.
Типы данных: Float64
Ненаправленные
G — контакт затвора
электричество
Электрический порт, связанный с контактом затвора переключателя.
Зависимости
Чтобы включить этот порт, установите для параметра Modeling option значение Synchronous converter.
Типы данных: Float64
G+ — положительная клемма коммутационного устройства
скаляр
Электрический порт, связанный с положительной клеммой затвора коммутационного устройства.
Зависимости
Чтобы включить этот порт, установите для параметра Modeling option значение Nonsynchronous converter и для параметра Gate-control port значение Electrical.
Типы данных: Float64
G- — отрицательная клемма коммутационного устройства
скаляр
Электрический порт, связанный с отрицательной клеммой затвора коммутационного устройства.
Зависимости
Чтобы включить этот порт, установите для параметра Modeling option значение Nonsynchronous converter и для параметра Gate-control port значение Electrical.
Типы данных: Float64
1+ — положительное постоянное напряжение 1
скаляр
Электрический порт, связанный с положительной клеммой 1 напряжения постоянного тока.
Типы данных: Float64
1- — отрицательное постоянное напряжение 1
скаляр
Электрический порт, связанный с отрицательной клеммой 1 напряжения постоянного тока.
Типы данных: Float64
2+ — положительное постоянное напряжение 2
скаляр
Электрический порт, связанный с положительной клеммой 2 напряжения постоянного тока.
Типы данных: Float64
2- — отрицательное постоянное напряжение 2
скаляр
Электрический порт, связанный с отрицательной клеммой 2 напряжения постоянного тока.
Типы данных: Float64
Параметры
Main
Modeling option — моделирование несинхронного или синхронного преобразователя
Nonsynchronous converter (по умолчанию) | Synchronous converter
Выбор модели несинхронного или синхронного преобразователя.
Коммутационные устройства
В данной таблице показано, как видимость параметров устройств коммутации зависит от значения параметра Switching device.
| Коммутационное устройство | Параметры и настройки |
|---|---|
|
On-state resistance |
On-state resistance |
|
Off-state conductance |
Gate-control port — определяет порт управления: скалярный или электрический
Signal (по умолчанию) | Electrical
Скалярный или электрический порт управления затвором переключателя.
Зависимости
Чтобы включить этот порт, установите для параметра Modeling option значение Nonsynchronous converter.
Switching device — тип переключателя
Ideal Semiconductor Switch (по умолчанию)
Тип коммутационного устройства для преобразователя. Для синхронной модели переключатели идентичны.
On-state resistance — сопротивление во включенном состоянии
0.001 Ohm (по умолчанию) | скаляр
Сопротивление между анодом и катодом во включенном состоянии.
Для различных типов переключающих устройств сопротивление в состоянии включения принимается равным:
-
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.
Off-state conductance — проводимость в выключенном состоянии
Проводимость анод-катод в выключенном состоянии.
Проводимость, когда устройство выключено. Значение должно быть меньше 1/R, где R – значение сопротивления в режиме ожидания.
Для различных типов переключающих устройств сопротивление в состоянии покоя принимается равным:
-
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.
Threshold voltage, Vth — пороговое напряжение
6 V (по умолчанию) | скаляр
Пороговое напряжение для цепи затвор-катод. Переключатель включается, когда напряжение цепи затвор-катод превышает это значение.
Для различных типов переключающих устройств пороговым напряжением является:
-
Для Ideal semiconductor switch – напряжение затвор-катод.
-
Для IGBT – напряжение затвор-эмиттер.
-
Для MOSFET – напряжение затвор-исток.
Diode
В данных таблицах показано, как видимость параметров Diode зависит от того, как вы настроили параметры Modeling option, Model dynamics и Reverse recovery time parameterization.
| Параметры и настройки | |||
|---|---|---|---|
Modeling option |
|||
|
|||
Model dynamics |
|||
|
|
||
Forward voltage |
Forward voltage |
||
On resistance |
On resistance |
||
Off conductance |
Off conductance |
||
Junction capacitance |
|||
Peak reverse current, iRM |
|||
Initial forward current when measuring iRM |
|||
Rate of change of current when measuring iRM |
|||
Reverse recovery time parameterization |
|||
|
|
|
|
Reverse recovery time stretch factor |
Reverse recovery time, trr |
Reverse recovery charge, Qrr |
|
Modeling option |
||||
|
||||
Model dynamics |
||||
|
|
|
||
Forward voltage |
Forward voltage |
|||
On resistance |
On resistance |
|||
Off conductance |
Off conductance |
|||
Junction capacitance |
||||
Peak reverse current, iRM |
||||
Initial forward current when measuring iRM |
||||
Reverse recovery time parameterization |
||||
|
|
|
||
Reverse recovery time stretch factor |
Reverse recovery time, trr |
Reverse recovery charge, Qrr |
||
Model dynamics — модель диода
Diode with no dynamics (по умолчанию) | Diode with charge dynamics | None
Тип диода.
Возможны следующие варианты:
-
None– эта опция недоступна для несинхронного преобразователя. -
Diode with no dynamics– выберите эту опцию для приоритета скорости моделирования с помощью блока Diode. Эта опция используется по умолчанию для несинхронного преобразователя. -
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.
|
Forward voltage — напряжение прямого тока
0.8 V (по умолчанию) | скаляр
Минимальное напряжение, требуемое на анодном и катодном блоках для того, чтобы градиент I-V характеристики устройства был равен , где – значение параметра On resistance.
On resistance — сопротивление включения
0.001 Ом (по умолчанию) | скаляр
Скорость изменения напряжения по отношению к току выше напряжения, заданного параметром Forward voltage.
Off conductance — проводимость выключения
1e−5 1/Ом (по умолчанию) | скаляр
Проводимость диода с обратным смещением.
Junction capacitance — емкость перехода
50e−9 Ф (по умолчанию) | скаляр
Величина емкости, свойственной переходу из обедненной зоны, действующей как диэлектрик и разделяющей соединения анода и катода.
Peak reverse current, iRM — пиковый обратный ток при измерении iRM
-235 A (по умолчанию) | отрицательный скаляр
Пиковый обратный ток, измеренный внешней испытательной схемой.
Initial forward current when measuring, iRM — начальный прямой ток при измерении iRM
300 A (по умолчанию) | положительный скаляр
Начальный прямой ток (в начальный момент времени включения) при измерении пикового обратного тока. Это значение должно быть больше нуля.
Rate of change of current when measuring, iRM — скорость изменения тока при измерении iRM
−50 A/мкс (по умолчанию) | отрицательный скаляр
Скорость изменения тока при измерении пикового обратного тока. Это значение должно быть меньше нуля.
Reverse recovery time parameterization — вид определения времени обратного восстановления
Specify stretch factor (по умолчанию) | Specify reverse recovery time directly | Specify reverse recovery charge
Определяет способ задания времени обратного восстановления в блоке. По умолчанию используется значение Specify stretch factor.
Reverse recovery time stretch factor — коэффициент растяжения времени обратного восстановления
3 (по умолчанию) | скаляр больше 1
Значение, которое блок использует для расчета Reverse recovery time, trr. Это значение должно быть больше 1. Указание коэффициента растяжения является более простым способом параметризации времени обратного восстановления, чем указание заряда обратного восстановления. Чем больше значение коэффициента растяжения, тем больше времени требуется для рассеивания тока обратного восстановления.
Reverse recovery time, trr — время обратного восстановления
15 мкс (по умолчанию) | скаляр
Количество времени, необходимое диоду, чтобы выключиться, когда напряжение на нем меняет полярность с прямого смещения на обратное.
Интервал между моментом первоначального перехода тока через ноль (когда диод выключается) и моментом падения тока до уровня менее 10% от пикового тока. Значение параметра Reverse recovery time, trr должно быть больше значения параметра Peak reverse current, iRM, деленного на значение параметра Rate of change of current when measuring, iRM.
Интервал между моментом, когда ток первоначально становится равным нулю (когда диод выключается), и моментом, когда ток падает до менее чем 10 % от пикового обратного тока.
Reverse recovery charge, Qrr — заряд обратного восстановления
1500 мкКл (по умолчанию) | скаляр
Значение, которое блок использует для расчета Reverse recovery time, trr. Используйте этот параметр, если в параметрах блока в качестве вида определения времени обратного восстановления указано значение заряда обратного восстановления вместо значения времени обратного восстановления.
Заряд обратного восстановления — это суммарный заряд, который продолжает рассеиваться после выключения диода. Значение должно быть меньше, чем , где: * — значение, указанное для параметра Peak reverse current, iRM.. * — значение, указанное для параметра Rate of change of current when measuring iRM.
LC Parameters
Inductance — индуктивность
1e-6 H (по умолчанию) | положительный скаляр
Индуктивность.
Inductor series resistance — последовательное сопротивление индуктора
0 Ом (по умолчанию) | нулевой или положительный скаляр
Последовательное сопротивление индуктора.
Capacitance — конденсатор
1e-7 F (по умолчанию) | положительный скаляр
Capacitor effective series resistance — сопротивление конденсатора
1e-6 Ohm (по умолчанию) | нулевой или положительный скаляр
Последовательное сопротивление конденсатора.
Snubbers
В таблице приведены зависимости параметров Snubbers.
Зависимости параметров Snubbers |
|
Snubber |
|
|
|
Snubber resistance |
|
Snubber capacitance |
|
Snubber — модель снаббера
None (по умолчанию) | RC snubber
Модель коммутационного устройства с шумоподавителем.
Snubber resistance — сопротивление снаббера
0.1 (по умолчанию) | Ohm | скаляр
Сопротивление снаббера.
Snubber capacitance — емкость снаббера
1e-7 (по умолчанию) | F | скаляр
Емкость снаббера.