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連続伝導モードのプッシュプル降圧コンバーター

この例では、プッシュプル降圧コンバーターの出力電圧を制御する方法を説明します。インダクターを流れる電流がゼロになることはないため、この DC-DC コンバーターは連続伝導モード (CCM) で動作します。定格出力電圧への変換と維持のために、PI Controller サブシステムでは単純な積分制御を使用します。起動時に、基準電圧が目的の出力電圧まで上昇します。

コンバーターは次の場合にのみ CCM で動作します。

  • $K > K_{critical}$ ,

ここで、

  • $K = 2 * L/(R * Tsw)$ .

  • $K_{critcal} = 1 - D$ .

  • $L$ はフィルターのインダクタンス。

  • $R$ は負荷抵抗。

  • $T_{sw}$ は各 MOSFET のスイッチング周期。つまり、$f_{sw}$ がスイッチング周波数として、$T_{sw} = 0.5/f_{sw}$

  • $D$ は、各 MOSFET のゲートに対する PWM 入力のデューティ比。つまり、$T_{on}$ が MOSFET のオン時間として、$D = T_{on}/T_{sw}$

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設計パラメーターの指定

システムは、1000 W の全負荷電力容量で 80 V の出力電圧を生成し、維持する必要があります。入力電圧は 400 V で、変圧器の巻数比は 2 です。全負荷には、定負荷と周期的負荷が含まれます。'PushPullBuckCCMData.m' スクリプトは、設計パラメーターを MATLAB® ワークスペースの変数として定義します。

開ループのデューティ比の計算

デューティ比は、入力電圧、巻数比および目的の出力電圧によって異なります。

定負荷抵抗の決定

フィルター インダクタンスの計算

コンバーターの入出力仕様に基づいてインダクタンスの値を選択します。インダクタンスの値は、コンバーターの入出力仕様によって異なります。この例では、コンバーターは、全負荷電力の 20 ~100% に対して CCM で動作するよう求められます。下限条件において電力が全負荷電力の 20% である場合、平均負荷電流は、全負荷平均電流 I_fl_average の 20% になります。下限条件における各サイクルの終了時点で、インダクターの電流はゼロになります。この時点のインダクターのリップル電流 del_I は、平均出力負荷電流の 2 倍、つまり全負荷平均出力電流の 40% です。

インダクター電流リップルに対するインダクタンスのプロット

次のプロットを生成し、フィルター インダクタンスがインダクターのリップル電流にどのように関係しているかを確認します (全負荷電流のパーセント比として表す)。この例では、40% の位置にあるマーカーは 1.2e-04 H のインダクタンスに対応しています。

フィルターの静電容量の選択

電圧リップルに対する静電容量のプロット

次のプロットを生成し、出力電圧リップルを制限するための静電容量が設計パラメーターによってどのように変わるかを確認します。この例では、出力電圧リップル 1% の位置にあるマーカーは 9.766e-06 F の静電容量に対応しています。

シミュレーションの実行

シミュレーション結果の表示

シミュレーション中またはシミュレーション後に結果の概要を表示するには、モデル ウィンドウから、または MATLAB コマンド プロンプトで次を入力することによって Circuit Scope ブロックを開きます。

シミュレーション中またはシミュレーション後に制御と誤差のデータを表示するには、モデル ウィンドウから PI Controller Scope ブロックを開くか、次のように入力します。

シミュレーション後に Simscape™ 結果エクスプローラーを使用してログに記録された Simscape データを表示するには、次のように入力します。