Перейти к содержанию
    

Непрерывная модель Buck-boost

Здравствуйте! Пытаюсь построить непрерывную модель Buck-boost преобразователя на основе последовательно-параллельного силового контура. Непрерывная модель нужна, чтобы обеспечить устойчивость.

Схему силового контура прикрепил:

-_DC-_DC.jpg

Буквой Н обозначен контур на интервале накопления энергии в дросселе, буквой П - передача энергии в нагрузку. Импульсы управления подаются на ключи одновременно.

Составил я усредненные уравнения для режима непрерывных токов:

image.jpg

Буквой D обозначена относительная длительность интервала импульса.

По этим уравнениям сделал нелинейную непрерывную модель в Матлабе, где напряжение на дросселе формируется зависимыми источниками напряжения, а ток конденсатора формируется зависимыми источниками тока. Задал постоянное напряжение на входе и D - относительную длительность импульса. При выходе на режим и переходных процессах ток дросселя становится отрицательным. По окончании переходного процесса выходное напряжение и ток дросселя приходят к постоянным значениям, соответствующим расчетным для заданных D и Uвых.

Выход на режим и отрицательный ток дросселя:

image.jpg

Где-то видел, что проблема с отрицательным током дросселя типична для понижающего регулятора при D>0.5 и высокой добротности LC-контура. И для ее устранения надо учитывать одностороннюю проводимость диода. Для повышающего и инвертирующего регуляторов эта проблема нетипична и диод учитывать не надо.

Т.к. в этот последовательно-параллельный преобразователь входит понижающий регулятор, видимо, надо учитывать диод D2. Учел диод вот таким образом:

image.jpg

Но это не помогло, Матлаб отказывается это считать.

Подскажите, пожалуйста, как сделать адекватную модель без отрицательного тока дросселя.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Я допустил опечатку вот в этой фразе:

Т.к. в этот последовательно-параллельный преобразователь входит понижающий регулятор, видимо, надо учитывать диод D2. Учел диод вот таким образом:

Имел ввиду диод D1.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Матлаб отказывается это считать.
А чем малосигнальная модель не устраивает? При переходе в частотную область левые части уравнений преобразуются в s*L*iL и s*C*uc. Объединив два уравнения, мы получим нелинейную функцию - зависимость uc от D. Производная d(uc)/d(D) дает малосигнальную передаточную характеристику выход-управление. Если нужно исследовать только устойчивость в режиме малого сигнала, этого достаточно.

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Посмотрите вот этот файлик Understanding Buck-Boost Power Stages.

Там есть малосигнальные модели для CCM и DCM режимов.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Здравствуйте! Пытаюсь построить непрерывную модель Buck-boost преобразователя на основе последовательно-параллельного силового контура. Непрерывная модель нужна, чтобы обеспечить устойчивость.

Если посмотреть на схему, то это же обратноходовой или инвертирующий преобразователь, а на него много где можно найти модель. Например эдесь: https://www.google.ru/?gws_rd=ssl#newwindow...%BB%D1%83%D0%BC

Да и про устойчивость обратноходовика много чего написано.

 

...При выходе на режим и переходных процессах ток дросселя становится отрицательным. По окончании переходного процесса выходное напряжение и ток дросселя приходят к постоянным значениям, соответствующим расчетным для заданных D и Uвых.

 

Где-то видел, что проблема с отрицательным током дросселя типична для понижающего регулятора при D>0.5 и высокой добротности LC-контура. И для ее устранения надо учитывать одностороннюю проводимость диода. Для повышающего и инвертирующего регуляторов эта проблема нетипична и диод учитывать не надо.

Если модель малосигнальная, то и пусть они себе будут отрицательные токи. А где Вы видели про эту проблему? По моему там же у Севренса с Блумом я видел, но только для повышающего при D>0,5, разомкнутый коэффициент передачи разворачивается на 180. Но в реальности это обходится, либо ограничением D, либо при выходе на режим проходит через защиту по току (ограничение тока), либо само рассасывается :rolleyes:

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Попробовал сделать две линеаризации тех уравнений: первая - линеаризация самим Матлабом в окрестности точки, где уже закончился переходный процесс. вторая линеаризация - вручную. Результаты не совпали :) Но я еще не все перепроверил в ручной линеаризации. Передаточную характеристику управление-выход, полученную с помощью Матлаба, прикрепляю:

image.jpg

 

А чем малосигнальная модель не устраивает? Если нужно исследовать только устойчивость в режиме малого сигнала, этого достаточно.

Хочу попробовать применить этот контур в качестве корректора коэффициента мощности, а там после каждого интервала коммутации происходит переходный процесс. Поэтому пытаюсь сделать непрерывную модель, чтобы она работала адекватно всегда, а не только в установившемся режиме.

Статью про отрицательный ток диода нашел и прикрепил.

______.pdf

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

ПМСМ, с непрерывными моделями лучше работать в OrCAD, для него и готовые модели можно найти.

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

ПМСМ, с непрерывными моделями лучше работать в OrCAD, для него и готовые модели можно найти.

Порылся на указанном Вами сайте, нашел слайды Бен-Якова. Вот так он предлагает сделать непрерывную модель понижающего регулятора для РНТ и РПТ одновременно:

image.jpg

Средний ток диода моделируется здесь как источник тока с включенным навстречу диодом. Я выше приводил уравнение, где ток диода был направлен навстречу дросселю. То есть вроде сделал аналогично, заработало при постоянном напряжении на входе, ток дросселя перестал уходить в минус. Но если входное напряжение с пульсациями сделать, то вылетает ошибка Матлаба почти в самом начале расчета.

 

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

если входное напряжение с пульсациями сделать, то вылетает ошибка Матлаба почти в самом начале расчета.
По поводу Матлаба ничего сказать не могу, т.к. не пользуюсь им. Но знаю, что разработчики PSpice/OrCAD по просьбам трудящихся старательно допиливали свои численные методы. По крайней мере, линеаризация непрерывных моделей у них получается лучше, чем у LTspice. Сходимость моделей иногда улучшается, если учесть паразитные элементы, например, ЭПС катушек индуктивности и конденсаторов. Вот только матрица становится такого размера, что выписывать ее вручную совсем не хочется. Поищите на сайтах американских университетов - там иногда можно найти готовые модели для Матлаб. С ключевыми словами типа "smps transfer function".

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Перепробовал по-всякому - добавлял паразитные сопротивления, подавал на вход постоянное напряжение, переменное со смещением и без смещения, добавлял диод, как в статье. Пришел к выводу, что отрицательный ток дросселя в непрерывной модели появляется, когда выходное напряжение становится больше входного. Среднее напряжение на дросселе на интервале коммутации равно нулю, поэтому, как только напряжение на выходе становится больше, чем на входе, ток меняет направление. Для повышающе-понижающего ККМ ситуация, когда выходное напряжение больше входного, является нормальным явлением и повторяется с двойной частотой сети. То есть, моделирование ККМ в виде непрерывной модели с переменным напряжением на входе невозможно без какого-то блока, который будет иметь одностороннюю высокочастотную проводимость. Как сделать такой блок, я не знаю.

Как было сказано раньше, синтезировать систему управления можно и по установившемуся режиму с постоянным напряжением на входе. Придется собирать ключевую модель и довольствоваться ей.

Спасибо всем откликнувшимся :)

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Простая линеаризация здесь нормально работать не будет-много нелинейных элементов .Если бы мы с вами жили лет 30 назад, я бы предложил вам. что-то типа Гарм.линеаризации.Сейчас-собрать в симулинке через simpower вашу картинку и про моделировать. Это вас не устраивает?Или вас интересуют область D-устойчивости?

Изменено пользователем somebody111

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Сейчас-собрать в симулинке через simpower вашу картинку и про моделировать.

Собрал в симулинке модель по формулам для дросселя и конденсатора, картинку результатов в установившемся режиме прикрепляю.

image.jpg

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Здесь три накопителя энергии, средний переносит её с левого на правый.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Подождите...по каким формулам?По тем сверху? Они правильные только в окрестности какой-то рабочей точки.

Собрать 1 в 1 со схемой.Там есть модели диода, транзисторав режиме ключа и пр.

Изменено пользователем somebody111

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Доделал непрерывную модель, получил вот такие частотные характеристики силового контура (передаточная характеристика "коэффициент заполнения-выходное напряжение"):

_3.10.png

 

Пытаюсь теперь настроить коррекцию для контура, стабилизирующего выходное напряжение, и контура, формирующего входной синусоидальный ток. Стандартная схема управления корректором с внешним контуром по напряжению и внутренним токовым контуром выглядит так:

image.png

Система подчиненного регулирования, контур по напряжению внешний, токовый контур - внутренний. Не могу понять, как вообще настраиваются системы подчиненного регулирования. То ли сначала надо настроить внутренний контур, то ли сначала внешний, что делать с сумматорами этими? Пробовал сначала настроить внешний разомкнутый контур, а потом сложить сигналы в токовом сумматоре и настроить токовый контур. Но преобразователь совершает несколько колебаний при выходе на режим, да и перерегулирование большое, такое впечатление, что все запасы по амплитуде и фазе уплыли. Может, кто-то настраивал подчиненное регулирование или слышал чего-нибудь?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Присоединяйтесь к обсуждению

Вы можете написать сейчас и зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.

Гость
Ответить в этой теме...

×   Вставлено с форматированием.   Вставить как обычный текст

  Разрешено использовать не более 75 эмодзи.

×   Ваша ссылка была автоматически встроена.   Отображать как обычную ссылку

×   Ваш предыдущий контент был восстановлен.   Очистить редактор

×   Вы не можете вставлять изображения напрямую. Загружайте или вставляйте изображения по ссылке.

×
×
  • Создать...