Модель преобразователя мощности «черный ящик»

Модель черного ящика преобразователя мощности, также называемая моделью поведения, представляет собой метод идентификации системы для представления характеристик преобразователя мощности , который рассматривается как черный ящик. Существует два типа модели черного ящика силового преобразователя: когда модель включает нагрузку, она называется моделью с терминатором, в противном случае моделью без нагрузки. Тип модели черного ящика силового преобразователя выбирается исходя из цели моделирования. Эта модель преобразователя мощности в виде черного ящика может стать инструментом для проектирования фильтров системы, интегрированной с преобразователями мощности.

Для успешной реализации модели «черного ящика» силового преобразователя априорно предполагается эквивалентная схема преобразователя, при этом предполагается, что эта эквивалентная схема остается постоянной при различных условиях эксплуатации. Эквивалентная схема модели черного ящика строится путем измерения стимула/реакции преобразователя мощности.

Различные методы моделирования преобразователя мощности могут применяться в разных обстоятельствах. Модель преобразователя мощности «белого ящика» подходит, когда известны все внутренние компоненты, что может быть довольно сложно из-за сложной природы преобразователя мощности. Модель серого ящика сочетает в себе некоторые функции как модели черного ящика, так и модели белого ящика, когда известны части компонентов или исследуется взаимосвязь между физическими элементами и эквивалентной схемой.

Предположение

Поскольку преобразователь мощности состоит из силовых полупроводниковых переключателей, он представляет собой нелинейную и изменяющуюся во времени систему . ^[1] Одно из допущений модели черного ящика силового преобразователя заключается в том, что система рассматривается как линейная, если фильтр спроектирован правильно, чтобы избежать насыщения и нелинейных эффектов. Еще одно сильное предположение, связанное с процедурой моделирования, заключается в том, что модель эквивалентной схемы инвариантна при различных условиях эксплуатации. Так как в процедурах моделирования определяются компоненты схемы при разных условиях эксплуатации.

Эквивалентная схема

Выражением модели «черного ящика» силового преобразователя является предполагаемая модель эквивалентной схемы (в частотной области ), которую можно легко интегрировать в схему системы, чтобы облегчить процесс проектирования фильтра, проектирования системы управления и определения ширины импульса. модуляции конструкция . В общем, эквивалентная схема содержит в основном две части: активные компоненты, такие как напряжения / тока источники , и пассивные компоненты, такие как полное сопротивление . Процесс моделирования черного ящика на самом деле представляет собой подход к определению эквивалентной схемы преобразователя.

Активные компоненты

Активными компонентами эквивалентной схемы являются источники напряжения/тока. Обычно это как минимум два источника, которые могут иметь различные варианты в зависимости от подхода к анализу, например, два источника напряжения, два источника тока, а также один источник напряжения и один источник тока.

Пассивные компоненты

Пассивные компоненты, содержащие резисторы , конденсаторы и катушки индуктивности, могут быть выражены как комбинация нескольких импедансов или адмиттансов . Другой метод выражения состоит в том, чтобы рассматривать пассивные компоненты преобразователя мощности как двухпортовую сеть и использовать Y-матрицу или Z-матрицу для описания характеристик пассивных компонентов.

Метод моделирования

Для определения эквивалентной схемы можно использовать различные методы моделирования. Это зависит от выбранной эквивалентной схемы и дополнительных методов измерения. Однако для многих методов моделирования требуется хотя бы одно или несколько упомянутых выше допущений, чтобы рассматривать системы как линейную , не зависящую от времени систему или линейную систему с периодическим переключением .

Один из примеров метода моделирования

Этот метод основан на двух предположениях, упомянутых в разделе «Предположение», поэтому система рассматривается как линейная, инвариантная во времени система. Основываясь на этих предположениях, эквивалентную схему можно вывести из нескольких уравнений для разных условий эксплуатации. Определена модель эквивалентной схемы, содержащая три импеданса и два источника тока, в которых необходимо определить пять неизвестных параметров. Три набора различных условий эксплуатации создаются путем изменения внешнего импеданса, а соответствующие токи и напряжения на клеммах преобразователя мощности измеряются или моделируются как известные параметры. В каждом условии два уравнения, содержащие пять неизвестных переменных, могут быть получены в соответствии с законами цепей Кирхгофа и узловым анализом . Всего для решения этих пяти неизвестных можно использовать шесть уравнений, и таким образом можно определить эквивалентную схему.

Другие методы определения пассивных элементов

Существует множество методов определения пассивных элементов. Обычный метод заключается в отключении преобразователя мощности и измерении импеданса с помощью анализатора импеданса или измерении параметров рассеяния с помощью векторного анализатора цепей и последующего вычисления импеданса. Эти традиционные методы предполагают, что импедансы силового преобразователя одинаковы в рабочем и выключенном состоянии.

множество современных Исследовано методов измерения импеданса, когда силовой преобразователь находится в рабочем состоянии. Один из методов заключается в установке в систему двух токовых датчиков с зажимом , один из которых называется приемным датчиком, а другой — инжекционным. ^[2] Выходы двух датчиков подключаются к векторному анализатору цепей , импеданс силового преобразователя измеряется после некоторых процедур калибровки в измерительных установках CM и DM . Этот метод ограничен деликатной процедурой калибровки.

Другой современный метод заключается в использовании трансформатора и анализатора импеданса в двух разных установках для отдельного измерения импеданса CM и DM. ^[3] Диапазон измерений этого метода ограничен характеристиками трансформатора.

См. также

Ссылки

^ Банерджи, Сунитро (2001). Нелинейные явления в силовой электронике: аттракторы, бифуркации, хаос и нелинейное управление . Джон Уайли и сыновья. п. 472. ИСБН 978-0-780-35383-1 .
^ Таратирасет, В.; Бо Ху; Кье Як Си; Канаверо, ФГ (январь 2010 г.). «Точное определение импеданса источника шума ИИП в рабочих условиях» (PDF) . Транзакции IEEE по силовой электронике . 25 (1): 111–117. Бибкод : 2010ИТПЭ...25..111Т . дои : 10.1109/TPEL.2009.2024675 . HDL : 10220/6219 . S2CID 26273089 .
^ Маццола, Энрико; Грасси, Флавия; Амадуччи, Алессандро (2019). «Новая процедура измерения модальных импедансов импульсных источников питания». Транзакции IEEE по электромагнитной совместимости . 62 (4): 1349–1357. дои : 10.1109/TEMC.2019.2941449 . hdl : 11311/1156827 . S2CID 208829058 .

[Banerjee--1] Банерджи, Сунитро (2001). Нелинейные явления в силовой электронике: аттракторы, бифуркации, хаос и нелинейное управление . Джон Уайли и сыновья. п. 472. ИСБН 978-0-780-35383-1 .

[Tarateeraseth-Jan-2010-2] Таратирасет, В.; Бо Ху; Кье Як Си; Канаверо, ФГ (январь 2010 г.). «Точное определение импеданса источника шума ИИП в рабочих условиях» (PDF) . Транзакции IEEE по силовой электронике . 25 (1): 111–117. Бибкод : 2010ИТПЭ...25..111Т . дои : 10.1109/TPEL.2009.2024675 . HDL : 10220/6219 . S2CID 26273089 .

[Mazzola-2019-3] Маццола, Энрико; Грасси, Флавия; Амадуччи, Алессандро (2019). «Новая процедура измерения модальных импедансов импульсных источников питания». Транзакции IEEE по электромагнитной совместимости . 62 (4): 1349–1357. дои : 10.1109/TEMC.2019.2941449 . hdl : 11311/1156827 . S2CID 208829058 .

[1]

[2]

[3]