Simulacija BUCK pretvaraca MATLAB, Rezime od Elektronika

Preuzmite Simulacija BUCK pretvaraca MATLAB i više Rezime u PDF od Elektronika samo na Docsity!

Универзитет у Крагујевцу

ФАКУЛТЕТ ТЕХНИЧКИХ НАУКА

ЧАЧАК

УПУСТВО ЗА СИМУЛАЦИЈУ BUCK

ПРЕТВАРАЧА У ПРОГРАМСКОМ

ПАКЕТУ MATLAB

i

• 1 Увод Садржај - 1.1 Анализа конвертора
  • 1.1.1 Анализа за затворени прекидач
  • 1.1.2 Анализа за отворени прекидач...........................................................................................
    • 1.2 Особине конвертора у устаљеном стању
    • 1.3 Континуални радни режим
    • 1.4 Дисконтинуални радни режим
    • 1.5 Захтеви при пројектовању BUCK претварача
  • 1.5.1 Начин одабира индуктивности
  • 1.5.2 Начин одабира капацитивности
• 2 Симулација конвертора у програмском пакету MATLAB - 2.1 Покретање програма и избор елемената из библиотека......................................... - 2.2 Убацивање елемената и начин подешавања
  • 2.2.1 Напонски извор
  • 2.2.2 MOSFET транзистор
  • 2.2.3 Диода
  • 2.2.4 Калем, кондензаор и отпорник
  • 2.2.5 Волтметар и амперметар
  • 2.2.6 Често коришћени елементи...............................................................................................
  • 2.2.7 Релеј
  • 2.2.8 ПИД контролер...................................................................................................................
  • 2.2.9 Генератори сигнала............................................................................................................
  • 2.2.10 Члан powergui
    • 2.3 Пример
    • 2.4 Принцип рада и резултати симулације
  • 2.4.1 Принцип рада претварача
  • 2.4.2 Принцип рада блока за генерисање PWM сигнала...........................................................
  • 2.4.3 Други начин реализације PWM сигнала
    • 2.5 Други пример

 Период прекидања T,а прекидач је затворен у интервалу DT и отворен у интервалу

(1-D)T;

 Компоненте кола су идеалне.

 Кључна ствар у анализи излазног напона је испитати струју индуктора и напон на

њему, прво када је прекидач затворен и након тога када је отворен. Нето промена у

струји индуктора у току једне периоде мора бити нула у устаљеном режиму рада.

 Средња вредност напона индуктора је нула.

1.1.1 АНАЛИЗА ЗА ЗАТВОРЕНИ ПРЕКИДАЧ

На следећој слици је приказано коло претварача када води транзистор:

Слика 2: Изглед BUCK претварача када води транзистор

Напон на калему је:

Преуређивањем се добија:

Промена струје док је прекидач затворен се израчунава модификацијом претходне

једнакости.

Слика 3: Облик струје калема током првог интервала

L L g

di

v V V L

dt

L g^0 di V^ V

dt L





diL iL iL Vg^ V

dt t DT L

 ^ 

( )

g L zatvoren

V V i DT L

      

 

1.1.2 АНАЛИЗА ЗА ОТВОРЕНИ ПРЕКИДАЧ

Напон на калему је:

Преуређивањем се добија:

Промена струје док је прекидач затворен се израчунава модификацијом претходне

једнакости.

На следећој слици је приказано коло претварача када води диода:

Слика 4: Изглед BUCK претварача када води диода

1.2 ОСОБИНЕ КОНВЕРТОРА У УСТАЉЕНОМ СТАЊУ

 Струја индуктора је периодична:

 Средња вредност напона индуктора је нула:

 Среднња вредност струје кондензатора је нула:

0

L L

di

v V L

dt

L 0

di V

dt L

0

( L ) otvoren (1 )

V

i D T

L

0

L L

i i V

t D T L

L L

i t  T  i t

t T

L L t

v v t dt

T



t T

C c

t

I i t dt

T



1.4 ДИСКОНТИНУАЛНИ РАДНИ РЕЖИМ

Када отпорност потрошача расте, можемо доћи у ситуацију да струја калема падне на

нулу пре истека периода прекидања.На овај начин анализирано коло претварача прелази у

дисконтинуално стање.Да би смо извели преносну функцију користићемо две чињенице:

Средња вредност напона калема током једног периода прекидања има нулту вредност, па

се за коло претварача може писати:

VL  Vg  V

Слика 7 : Изглед вредности напона током два интервала

Средња вредност струје калема једнака је струју потрошача, независно од радног режима

претварача:

Из претходних једначина добијамо преносну функцију конвертора у дисконтинуланом

режиму:

2

g

V

V K

D

  1

1

s

L (^) T g s s

g g

V V V DT VD T

V V V

D D D

V V

max 1

s 2

L (^) T L

V

i i D D

R

   L max 1 s

V i D T L



1 1

s 2

L (^) T s

V V

i D D D T

R L

   K  D 1 (^) ( D 1  D )

1 1

Vg Vg K D D D V V

  ^     (^)   (^)   (^)   (^)   

  (^)    

Vg V Vg D D D V V

Слика 8 : Облик струје током дисконтинуалног режима

1.5 ЗАХТЕВИ ПРИ ПРОЈЕКТОВАЊУ BUCK ПРЕТВАРАЧА

1.5.1 НАЧИН ОДАБИРА ИНДУКТИВНОСТИ

Средња струја индуктивности мора да буде иста као и средња струја кроз оптерећење,

пошто је средња струја кондензатора једнака нули у устаљеном режиму.

0 L R

V I I R

 

Максимална и минимална струја на индуктивности је:

 

0 max 0

1 1 1 1 2 2 2

L L

i V V D I I D T V R L R Lf

 (^)  ^ ^         (^)        (^)  

 

0 min 0

1 1 1 1 2 2 2

L L

i V V D I I D T V R L R Lf

 (^)            (^)        (^)  

Слика 9: Промена струје на индуктивности и средња струја

Струја кроз завојницу биће континуирана ако је промена струје мања од средње

вредности струје и ако је минимална вредност струје једнака нули.Тако да важи следећа

једнакост.

2

0 0

T

iL i TL

Q dt C V



Када се из претходних једнакости изрази вредност за капацитивност кондензатора добија се:

min 0 2

0

D

C

V

L f

V

Ако се прекидачка фреквенција повећава минимална вредност кондензатора којом се

редукује таласност се смањује.

Да би се испунили претходно дефинисани захтеви у погледу континуалне струје и

таласности напона на излазу претварача, вредност ових елемената мора бити већа од

критичне вредности.

2 СИМУЛАЦИЈА КОНВЕРТОРА У ПРОГРАМСКОМ ПАКЕТУ MATLAB

2.1 ПОКРЕТАЊЕ ПРОГРАМА И ИЗБОР ЕЛЕМЕНАТА ИЗ БИБЛИОТЕКА

Након покретања програма вршимо приступ библиотекама Simulink-a на два начина и то

директним навођењем имена на командној линији или притиском на библиотеку Simulink-a.

Слика 11: Покретање окружења Simulink-a

Када се покрене Simulink врши се креирање новог модела или радне

површине.Креирање радне површине се врши само једном.Након овог корака врши се

одабир елемената кола у одговарајућим библиотекама, а потом превлачењем елемената на

0 L (1^ )

V i D T L

    (^)   

 

радну површину врши се састављање електричног кола претварача са одговарајућом

негативном повратном спрегом.

На следећој слици је приказан начин креирања новог модела, као и начин за одабир

одговарајуће библиотеке и преношење одговарајућег елемената на радну површину.У овом

случају је приказан начин за постављање једног мултиплексера на радну површину.

Слика 12: Креирање новог модела

У наредном делу биће приказане путање осталих елемената кола, а поступак се понавља.

2.2 УБАЦИВАЊЕ ЕЛЕМЕНАТА И НАЧИН ПОДЕШАВАЊА

2.2.1 НАПОНСКИ ИЗВОР

Слика 13: Путања за напонски извор

У наредном делу дуплим кликом на елемент отвара се прозор за подешавање, где

уносимо следећу вредност напона.

4. Уносимо напон диоде;
5. Уносимо иницијалну струју транзистора;
6. Уносимо податке за заштитно коло као што је капацитивност или

отпорност.Ако чекирамо опцију приказа порта за мерење појавиће се

додатни излаз где можемо прикључити мерне уређаје.

2.2.3 ДИОДА

Слика 17: Путања за диоду

У наредном делу дуплим кликом на елемент отвара се прозор за подешавање, где

уносимо следећe вредности:

Слика 18: Подешавање елемента

1. Уносимо вредност отпорности диоде;
2. Уносимо вредност индуктивности;
3. Уносимо вредност напона;
4. Уносимо иницијалну струју;
5. Уносимо податке за заштитно коло као што је капацитивност или отпорност.Ако

чекирамо опцију приказа порта за мерење појавиће се додатни излаз где можемо

прикључити мерне уређаје.

2.2.4 КАЛЕМ, КОНДЕНЗАОР И ОТПОРНИК

Слика 19: Путања за калем,кондензатор и отпорник

У наредном делу дуплим кликом на елемент отвара се прозор за подешавање, где

уносимо следећe вредности:

1. Уносимо тип гране у овом случају индуктивност, тако да се грана претвара у

калем;

2. Чекирање опције иницијалне струје ако је потребно, отвара се прозор за унос.

Слика 20: Подешавање елемента

У наредном делу поновним дуплим кликом на елемент отвара се прозор за подешавање,

где уносимо следећe вредности:

Слика 21: Подешавање елемента

4. Сума,али има могућност промене знага да би била негативна повратна спрега;
5. Поређење математички оператор;
6. Осцилоскоп.

Слика 24: Путања за често коришћене елементе

2.2.7 РЕЛЕЈ

Слика 25: Путања за релеј

У наредном делу дуплим кликом на елемент отвара се прозор за подешавање, где

уносимо следећe вредности:

Слика 26: Подешавања за релеј

1. Уносимо вредност за тачке укључења и искључења у овом случају када постоји

сигнал на улазу релеј је активан када не постоји неактиван;

2. Када је излаз активан има вредност логичке јединице, када није активан има

вредност лоичке нуле.Чекирана опција има улогу детектовање проласка кроз

нулту вредност.

2.2.8 ПИД КОНТРОЛЕР

Слика 27: Путања за ПИД контролер

У наредном делу дуплим кликом на елемент отвара се прозор за подешавање, где

уносимо следећe вредности:

У наредном делу дуплим кликом на елемент отвара се прозор за подешавање, где

уносимо следећe вредности:

1. Уносимо тип регулатора у овом случају има само интегрално дејство, као и

континуалну регулацију у времену

2. Уносимо коефицијент појачања интегралног дејства
3. Уносимо поћетне услове и интегратор постављамо на нулту вредност
4. Екстерни извор даје ипулсе са којима активира и деактивира регулатор, у

овом случају деактивација се врши са силазном ивицом.

Слика 28: Подешавање регулатора

1. Уносимо облик сигнала у овом случају је тестерасти;
2. Уносимо амплитуду сигнала;
3. Уносимо фреквенцију сигнала и јединицу.

Слика 31 : Подешавање елемента

2.2.10 ЧЛАН POWERGUI

Слика 32: Путања за члан powergui

Дуплим кликом на елемент отвара се прозор за подешавање, где уносимо податак који

омогућава да се коло анализира у континуалном режиму:

Слика 33 : Подешавање елемента

2.3 ПРИМЕР

Када се елементи повежу добија се коло које је приказано на следећој слици:

Слика 34 : Комплетан изглед кола претварача са генераторима PWM сигнала

На претходној слици је приказано:

1. Коло конвертора и регулационог система преко система негативне

повратне спреге;

2. Први начин реализације PWM сигнала;
3. Други начин реализације PWM сигнала.

2.4 ПРИНЦИП РАДА И РЕЗУЛТАТИ СИМУЛАЦИЈЕ

2.4.1 ПРИНЦИП РАДА ПРЕТВАРАЧА

Циљ овог претварача спуштача напона јесте да напон са 50V спусти на напон од

5V.Мерењем напона на излазу и упоређивањем вредности са задатом вредности формира се

сигнал грешке, који се појачава преко множача или појачавача сигнала.Овакав сигнал грешке

се води на регулатор са интегралним деловањем, код кога величина улазног сигнала грешке

дефинише брзину промене регулационог дејства регулатора.

Уколико регулатор има интегрално дејство, његово регулационо деловање ће

представљати сигнал регулационе грешке сумиран током времена.То значи да за

краткотрајна одступања од задате вредности интегрални регулатор неће дати знатно

регулационо дејство.Међутим уколико регулациона грешка траје дуже времена, регулационо