電力電子轉換器（Power Electronics Converter）指的是主要通過開關器件和其他電路的組合將一種形式的電源轉化成另外一種形式的電源。如下圖所示，電力電子轉換器可以將交流電轉換成直流電，也可以將直流電轉換成交流電，或者用來調節(jié)輸出電壓和頻率。

例如：電力電子轉換器可以用在新能源汽車上，將動力電池的直流電轉換成可變頻率的交流電，用來驅動電機。在風力發(fā)電機上，電力電子轉換器將可變頻率的風電轉換成固定頻率的交流電，送到千家萬戶。在汽車LED大燈上，通過直流電壓的轉換(DC/DC) 來控制大燈的亮度。

讓我們來看一個汽車LED大燈DC/DC的例子：

TI DC/DC LED Developer's Kit 的硬件采用了SEPIC(single endedprimary inductor converter)。它是DC/DC一種形式。硬件中有一個控制芯片，Simulink可以直接生成代碼運行在芯片上，并控制輸出電壓。輸出電壓的高低將影響LED的亮度。PWM的頻率為100Hz。

這里是系統(tǒng)最終運行結果：

Simulink通過仿真找到PID控制器的最優(yōu)參數，然后產生代碼到控制器，通過external mode去控制輸出電壓，從而調節(jié)LED的亮度。

在這個簡單的例子中，我們可以用Simulink來解決如下問題：

通過電路仿真，確定電子元器件件的取值，并理解不同模式下的工作行為。

對非線性電子元器件建模，并理解電路的動態(tài)熱效應。

基于時頻域需求，設計并優(yōu)化控制器的參數。

實現(xiàn)控制器代碼，編譯、鏈接、下載到控制芯片。

電路仿真

Simscape 是Simulink的物理仿真平臺，里面提供了機械、電子電氣、液壓等多種物理建模環(huán)境?；贒C/DC的等效電路，我們可以用Simscape快速搭建電路仿真模型，并通過仿真選擇合適的諸如電容、電感、電阻的值。

DC/DC運行在連續(xù)導通模式（CCM）時，通過電路方程的計算，可以獲取電路電子器件的大致取值。由于我們已經有了參考設計電路，將參考電路中各種器件的值輸入到Simscape的電路中，可以看到仿真一切正常（PWM占空比為0.5）。當然，我們也可調整電子器件的數字，來達到獲取最優(yōu)解的目的。

例如，我們將電感L1的取值從470μH調整到10μH，觀察發(fā)現(xiàn)，輸出電壓不再取決于PWM的占空比，有其他更多的因素決定輸出電壓的高低。此時，觀察電流發(fā)現(xiàn)DCDC運行在非連續(xù)導通模式（DCM）。

非線性電子元器件建模

上例中，開關器件我們選擇的是“ideal switch”，即“理想開關”。其中很多實際的開關器件的非線性因素，例如開關時間等，沒有被考慮進去。

下面是真實電路設計中的MOSFET的datasheet：

在Simscape中，可以選擇N-Channel MOSFET然后將datasheet中的動態(tài)參數手動輸入。

那么真實的MOSFET和我們導入的MOSFET有沒有差異呢？我們可以通過對比仿真看到：Gate Charge、Steady State、Transfer Characteristics等指標高度吻合。

將“真實”的MOSFET替換掉先前電路中的“理想”開關，并且打開它的ThermalPort -- 不但可以仿真電路的動態(tài)行為，還可以觀察熱損失動態(tài)。

控制器設計和仿真

在電子線路仿真完成后，開始設計控制部分。整個控制回路如下圖所示：

控制量是輸出電壓，被控對象是電子線路?？刂频暮诵牟糠质墙浀涞腜ID控制。

控制的要求是：在0.4s內將12伏的輸出電壓變換為27伏的輸出電壓。經過初期的仿真，看到輸出電壓并未達到控制的精度要求：

顯然，PID的參數并未調整好。Simulink有個很好用的功能: PID tuner ——可以半自動化地輔助調整PID 參數。

首先，PID tuner試圖去自動線性化被控對象。由于系統(tǒng)中有非連續(xù)性的開關器件，所以自動線性化并不成功。在新版本的Simulink中，系統(tǒng)辨識工具箱可通過Simulink仿真的輸入輸出辨識出一個新的線性化被控對象。有了線性化的被控對象，在PID tuner中可以根據控制設計需求，可視化地調整PID 參數。

讓我們看一段動圖：Simulink用一個高度從0.5 duty cycle 到0.9 duty cycle的階躍響應作為輸入。在右上角的示意圖中，可以看到PID被臨時刪除，而階躍響應被輸入到被控對象中，這樣可以辨識出一個線性化的被控對象傳遞函數。

系統(tǒng)辨識工具箱可以提供多種選項去選擇合適形式的傳遞函數，比如“underdamped pair”。系統(tǒng)辨識工具箱可以自動根據所選選項構造符合仿真數據的傳遞函數。下面的動圖展示了這個過程：

有了線性化的被控對象后，PID tuner就可以發(fā)揮作用了，如下面動圖所示：設計人員可以交互式地拖動圖標，找到最優(yōu)的PID參數，以求達到控制性能和速度的最佳平衡。

控制器代碼生成

控制策略設計完成后，自動代碼生成是非常簡單的一步了。這時候，用戶有兩個選擇：

如果硬件有合適的硬件支持包, 例如TI C2000系列。在下載支持包后，驅動層和I/O層都有相應的Simulink圖標，例如：

將這些連接好后，可以自動化的編譯鏈接并一鍵生成生成代碼到芯片上。

如果沒有硬件支持包，可以讓Simulink生成控制部分的代碼，手動和底層去做集成，這也是常用的辦法。