XYコンバーター

回路図エディタの XY コンバータコンポーネントの説明。XY コンバータファミリ全体を表すように変更できます。

コンポーネントはサポートされていません:このコンポーネントは現在 TyphoonSim ではサポートされていません。このコンポーネントをモデルに追加すると、TyphoonSim でモデルを実行できなくなります。TyphoonSim モードでモデルを実行する前に、このコンポーネントを無効にするか、モデルから削除してください。

概略ブロック図

XYコンバータスイッチングブロックのブロック図と入力パラメータを表1に示します。

表1 .回路図エディタコアライブラリのXYコンバータコンポーネント
成分	コンポーネントダイアログウィンドウ	コンポーネントパラメータ
		プロパティタブ一般的な電気重量 = 2

XYコンバーターの基本

名前の通り、XYコンバータはX部とY部の2つの部分で構成されています。それぞれの部分は従来の昇降圧コンバータと同様に動作します。ただし、この特殊な接続では、コンバータのY部の入力電圧は、XYコンバータのX部の入力電圧と出力電圧の合計に等しくなります。これにより、カスケード接続による電圧増幅が可能になります。XYコンバータの出力は、実際にはコンバータのX部とY部の出力の合計となります。

コンポーネントダイアログボックスとパラメータ

XY コンバータコンポーネントダイアログボックスは、次の 2 つのタブで構成されています。

「全般」タブには、コントロール関連のプロパティが含まれています。詳細な説明は「コントロールオプション」をご覧ください。

電気タブパラメータは表2.

表2電気タブのプロパティ
財産	コードネーム	説明
Xインダクタンス	x_インダクタンス	コンバータのX部分にある単一インダクタのインダクタンス値。[H]
Xインダクタンスタイプ	x_ind_type	コンバータの X 部分のインダクタンスのタイプを選択します。
Xインダクタ初期電流	x_init_current	コンバータのX部のインダクタの初期電流。[A]
Xコンデンサ容量	x_容量	コンバータのX部分にコンデンサがある場合の容量値。[F]
XコンデンサのESR	x_esr	コンバータのX部分にコンデンサがある場合の等価直列抵抗(ESR)の値。[Ω]
Xコンデンサの初期電圧	x_初期電圧	コンバータのX部分にコンデンサがある場合の初期電圧の値。[V]
Yインダクタンス	y_インダクタンス	コンバータのY部分にある単一インダクタのインダクタンス値。[H]
Yインダクタンス型	y_ind_type	コンバータの Y 部分のインダクタンスのタイプを選択します。
Yインダクタ初期電流	y_init_current	コンバータのY部分のインダクタの初期電流。[A]
Yコンデンサ容量	y_静電容量	コンバータのY部分にコンデンサがある場合の容量値。[F]
YコンデンサのESR	y_esr	コンバータのY部分にコンデンサがある場合の等価直列抵抗(ESR)の値。[Ω]
Yコンデンサの初期電圧	y_初期電圧	コンバータのY部分にコンデンサがある場合の初期電圧の値。[V]

コントロールオプション

制御パラメータとして「デジタル入力」を選択すると、ゲート駆動入力を任意のデジタル入力ピン（1～32（64））に割り当てることができます。例えば、 S1を1に割り当てると、デジタル入力ピン1はS1スイッチゲート駆動ピンに配線されます。さらに、 gate_logicパラメータでは、外部コントローラの設計に応じて、アクティブハイ（ハイレベル入力電圧VIHでスイッチがオン）またはアクティブロー（ローレベル入力電圧VILでスイッチがオン）のゲート駆動ロジックを選択します。

制御パラメータとして「内部変調器」を選択すると、デジタル入力ピンの代わりに内部PWM変調器を使用してS1スイッチを駆動できるようになります。この構成では、2つの追加コンポーネント入力が存在します。En入力は内部PWM変調器の有効/無効を切り替えるために使用され、 Inはリファレンス信号入力として使用されます。

制御パラメータとしてModelを選択すると、IGBTのゲート駆動信号を信号処理モデルから直接設定できます。コンポーネントには入力ピンgatesが表示され、 S1にゲート駆動信号のスカラー入力が必要です。モデルから制御する場合、ロジックは常にアクティブハイになります。

コンバータの構成

XYコンバータファミリーには、コンバータの2つの部分それぞれに複数の構成が用意されています。前述の通り、各部分は従来の昇降圧コンバータと同様に動作します。変更は、コンバータ部分のインダクタンスの変更に基づいて行われます。

コンバータの昇圧能力を高めるために、図 2に示すいずれかの構成を使用することができます。

XYコンバータの構成は、動作に様々な影響を与える可能性があります。例えば、制御スイッチが「オン」状態の定常動作では、ダイオードD _p1とD _p2はすべての変化に対して導通状態にあります。これは、インダクタが並列接続されていることを意味します。したがって、等価インダクタンスは、単一のインダクタのインダクタンスの半分の値になります。電圧リフトスイッチインダクタを使用する場合、ダイオードD _c1が導通状態にあり、コンデンサが入力電圧源によって充電されていることを意味します。

一方、スイッチが「オフ」状態の場合、ダイオードD _p1とD _p2は導通を停止します。スイッチインダクタを使用する場合、ダイオードD _sが導通を開始し、インダクタは直列接続になります。一方、電圧リフトスイッチインダクタを使用する場合、ダイオードD _c2が導通を開始します。これは、インダクタ電流がコンデンサを放電し、等価インダクタンスが単一インダクタの2倍になることを意味します。

まとめると、すべての変更されたインダクタ構成は、等価インダクタンスを減少させることでスイッチの「オン」状態における「インダクタの充電を容易にする」一方で、等価インダクタンスが増加するため、スイッチの「オフ」状態における「インダクタの放電を困難にする」ことを可能にします。当然のことながら、この変更により昇圧能力が向上し、入力電圧値まで充電される大容量コンデンサを1つ追加することで、さらに向上させることができます。各構成におけるXYコンバータの入力電圧と出力電圧の比の正確な値は、表3に示されています。

各構成の概略図は以下でご覧いただけます。表4入力から出力電圧までの式は、連続電流伝導モードと一定のコンデンサ電圧の仮定の下で導出されます。 D 制御可能なスイッチのデューティサイクルです。コンバータが機能するためには、各構成ごとに出力コンデンサを外部に接続する必要があります（図1）。

表3コンバータの構成
X部分	Y部分	出力電圧/入力電圧	構成図
Xインダクタンスタイプ	Yインダクタンス型	コンバータの入力電圧と出力電圧の比	構成の概略図
インダクタ	インダクタ	$\frac{D^{2} - 2 D}{{(1 - D)}^{2}}$	II
インダクタ	スイッチインダクタ	$\frac{D^{2} - 3 D}{{(1 - D)}^{2}}$	I-SI
インダクタ	電圧リフトSI	$\frac{D^{2} - 2 D - 1}{{(1 - D)}^{2}}$	I-VLSI
インダクタ	電圧リフトSI	$\frac{D^{2} - 2 D - 1}{{(1 - D)}^{2}}$	I-mVLSI
スイッチインダクタ	インダクタ	$\frac{D^{2} - 3 D}{{(1 - D)}^{2}}$	SI-I
スイッチインダクタ	スイッチインダクタ	$\frac{- 4 D}{{(1 - D)}^{2}}$	SI-SI
スイッチインダクタ	電圧リフトSI	$\frac{D^{2} - 4 D - 1}{{(1 - D)}^{2}}$	SI-VLSI
スイッチインダクタ	電圧リフトSI	$\frac{D^{2} - 4 D - 1}{{(1 - D)}^{2}}$	SI-mVLSI
電圧リフトSI	インダクタ	$\frac{D^{2} - 2 D - 1}{{(1 - D)}^{2}}$	VLSI-I
電圧リフトSI	スイッチインダクタ	$\frac{D^{2} - 4 D - 1}{{(1 - D)}^{2}}$	VLSI-SI
電圧リフトSI	電圧リフトSI	$\frac{D^{2} - 2 D - 3}{{(1 - D)}^{2}}$	VLSI-VLSI
電圧リフトSI	電圧リフトSI	$\frac{D^{2} - 2 D - 3}{{(1 - D)}^{2}}$	VLSI-mVLSI
電圧リフトSI	インダクタ	$\frac{D^{2} - 2 D - 1}{{(1 - D)}^{2}}$	mVLSI-I
電圧リフトSI	スイッチインダクタ	$\frac{D^{2} - 4 D - 1}{{(1 - D)}^{2}}$	mVLSI-SI
電圧リフトSI	電圧リフトSI	$\frac{D^{2} - 2 D - 3}{{(1 - D)}^{2}}$	mVLSI-VLSI
電圧リフトSI	電圧リフトSI	$\frac{D^{2} - 2 D - 3}{{(1 - D)}^{2}}$	mVLSI-mVLSI

表4コンバータ構成の概略図
II	I-SI
I-VLSI	I-mVLSI
SI-I	SI-SI
SI-VLSI	SI-mVLSI
VLSI-I	VLSI-SI
VLSI-VLSI	VLSI-mVLSI
mVLSI-I	mVLSI-SI
mVLSI-VLSI	mVLSI-mVLSI

デジタルエイリアス

コンバータがデジタル入力で制御される場合、コンバータが使用するすべてのデジタル入力にエイリアスが作成されます。デジタル入力エイリアスは、既存のデジタル入力信号と並んで「デジタル入力」リストに表示されます。エイリアスは「Converter_name.Switch_name」のように表示されます。ここで、 「Converter_name」はコンバータのコンポーネント名、 「Switch_name」はコンバータ内の制御可能なスイッチ名です。

参考文献

SB Mahajan、P. Sanjeevikumar、Patrick Wheeler、Frede Blaabjerg、Marco Rivera、Rishi Kulkarni、 「XYコンバータファミリ：高ステップアップ再生可能エネルギーアプリケーション向けの新しいタイプの降圧ブーストコンバータ」 、 2016 IEEE International Conference on Automatica (ICA-ACCA) 、2016年10月。