直流升壓變換器的MATLAB仿真綜述

1、學(xué)號天津城建大學(xué)控制系統(tǒng)仿真大作業(yè)直流升壓變換器的MATLAB仿真生 姓 名級績控制與機(jī)械工程學(xué)院2014年6月20日目錄一、緒論 1二、仿真電路原理圖及原理 1三、所使用的 Matlab 工具箱與模塊庫 2四、模塊參數(shù)設(shè)定 2五、模塊封裝與仿真框圖搭建 2六、仿真結(jié)果 6七、結(jié)論 6八、參考文獻(xiàn) 7一、緒論在電力電子技術(shù)中，將直流電的一種電壓值通過電力電子變換裝置變換為另一種固定或可調(diào)電壓值的變換，成為直流-直流變換。直流變換的用途非常廣泛，包括直流電動機(jī)傳動、 開關(guān)電源、單相功率因數(shù)校正，以及用于其它領(lǐng)域的交直流電源。根據(jù)電力電子技術(shù)原理，升壓式（ Boost）斬波器的輸出電壓 U0高于輸

2、入電源電壓 Us， 控制開關(guān)與負(fù)載并聯(lián)連接，與負(fù)載并聯(lián)的濾波電容必須足夠大，以保證輸出電壓恒定，儲能電感也要很大，以保證向負(fù)載提供足夠的能量。若升壓式斬波器的開關(guān)導(dǎo)通時間ton，關(guān)斷時間toff，開關(guān)工作周期 T二ton toff。定義占空比或?qū)ū?D = ton/T，定義升壓比=Uo/Us。根據(jù)電力電子技術(shù)的原理，理論上電感儲能與釋放能量相等，有U Us二丄Us ,升壓比的倒數(shù)1 Jt offQa T還有，D 亠1。由此可見，當(dāng) Us 一定時，改變1就可以調(diào)節(jié)U0。當(dāng)T= const時，調(diào)一：就 是調(diào)toff，或調(diào)ton也是調(diào)1，也就改變了 U0，這就是升壓式斬波器的升壓工作原理。二、仿真

3、電路原理圖及原理原理圖如圖1所示：假設(shè)L值、C值很大，V通時，E向L充電，充電電流恒為|1，同 時C的電壓向負(fù)載供電，因 C值很大，輸出電壓 為恒值，記為U0。設(shè)V通的時間為ton， 此階段L上積蓄的能量為 EI Iton 。V斷時，E和L共同向C充電并向負(fù)載 R供電。設(shè)V斷的時間為toff，則此期間電感 L釋放能量為 U3-E I itoff，穩(wěn)態(tài)時，一個周期T中L積蓄能量與釋放能量能量相等?；喌肊I 1to U0-E I 1toff，U。二也 也 E E，T/t off-1，輸出電壓高于電源電 tofftoff壓，故稱為升壓斬波電路。也稱為boost chooper變換器。T/t off

4、為升壓比，調(diào)節(jié)其即可改變uo。將升壓比的倒數(shù)記為，即卩1toff，和導(dǎo)1 1通占空比，有如下關(guān)系：d ： =1，因此U EE。升壓斬波電路能使輸P 1 - D出電壓高于電源電壓的原因是：L儲能之后具有使電壓升高的作用與電容C可將輸出電壓保持住。三、所使用的Matlab工具箱與模塊庫本次設(shè)計利用Simulink仿真，所使用的 Matlab工具箱與模塊庫主要有：直流電源De、場效應(yīng)管 MOSFET 脈沖發(fā)生器(Pulse Generator )、電流測量(current Measurement )、 電感(series RLC Branch )、阻抗負(fù)載(Parallel RLC Branch )

5、、二極管 Diode、電壓測量(Voltage Measurement )、示波器 scope 以及 powergui 模塊等。四、模塊參數(shù)設(shè)定(1) 直流電壓源 us =100v , MOSFE與Diode、電壓測量、電流測量等均采用默認(rèn)設(shè)置。(2) 電感設(shè)置為1e-4，阻抗負(fù)載設(shè)置為：R=5;C=1e-4。(3) 脈沖發(fā)生器的參數(shù)設(shè)置至關(guān)重要：“Pulse type ”脈沖類型，設(shè)置為 Time based (時間基準(zhǔn))；“Time (t、”時間，設(shè)置為 Use simulation time(用仿真時間);“Amplitude ”脈沖幅值，設(shè)置為 1.1 ;“ Period (secs、

6、”周期(s),設(shè)置為0.2e-3，對應(yīng)著 MOSFET勺開關(guān)頻率為 5kHz;“ Pulse Width (%of Period、”脈沖寬度(周期的百分?jǐn)?shù))，根據(jù)MOSFE的開關(guān)特性， 設(shè)置為50;“ Phase delay (secs、” 相位延遲(s),設(shè)置為 0.001e-3 。五、模塊封裝與仿真框圖搭建利用Simulink軟件對升壓式直流斬波電路(Boost、進(jìn)行仿真，如圖2所示：(1 )仿真參數(shù)，算法(solver ) ode23tb，相對誤差(relative toleranee)為 1e-3，開始時間為0,結(jié)束時間為0.003，如圖3所示：Con hgu rat ion Para

7、meterSr unt i Hei/Co n figuration (Active)SisulAtIon ti&bStar-： txsA： 0. 0)Stop t:za:Q035-1 vx 彌t j.ani LEklElE *nd St IBS- 口ptHEILETileljle aadd for paricidic： asp-4 ilas:Jlutz.Jlut-EAS亡Ji 11$ Knntil-a irta tfAftciti-QR fararI Eifhmx* priority VibIlib iJidicat h.iciir IeleZ primit?Zez-?c;r9BEKnE Gn

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9、nce Fs Dhss .| Show MasuTesent portHtlC(6) MOSFE參數(shù)設(shè)置，如圖8所示:Block Parameters: Mosfet圖9#MosfstUOSFE a.nd intarnal di-oda in par al lai with a Er SC cnubbar c-ixc-uit. When a. Eat & 弓糾且： ie applied th* WOSFET eon du 亡七巴 And a t2 as a. resistance Ea-fL? n tath di rations. If the E&tfalls： ta et nen curr

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11、bb*r reslsfante Ks (Ohos l le5Snutb#? s;az-BcltaTi；c Ct (F):iftf IShow SfajLcuroziGint porta . 主丸：alp辭nl(7)脈沖發(fā)生器參數(shù)設(shè)置，如圖 9所示:六、仿真結(jié)果觸發(fā)脈沖占空比為 50%寸的波形，如圖10所示:圖10設(shè)ug為門極正脈沖（脈沖發(fā)生器Pulse發(fā)出）、Ud為升壓便留輸出電壓（分壓器uo發(fā)出）、iM為MOSFE導(dǎo)通的電感儲能電流（分流器A1發(fā)出）、iD為電感反電勢與 Us串聯(lián)疊加流經(jīng)二極管向負(fù)載供電的電流（分流器A2發(fā)出）、i為流經(jīng)電感電流（分流器 A發(fā)出），顯然，i =iM iD。仿真

12、波形如上圖9所示，自上而下依次為 ug、u、i、iM、iD。由圖可見， Ug波形對應(yīng)脈沖發(fā)生器的脈沖寬度（周期的百分?jǐn)?shù)），設(shè)置為50；升壓變流輸出電壓瞬時波形ud振蕩走高后逐步趨近并等于200v （直流）；i為流經(jīng)電感電流（分流器 A發(fā)出）由兩個分量組成，從波形圖看到，i m iD。七、結(jié)論（1） 直流斬波電路可將直流電壓變換成固定的或可調(diào)的直流電壓，使用直流斬波技術(shù)，不僅可以實現(xiàn)調(diào)壓的功能，而且還可以達(dá)到改善網(wǎng)側(cè)諧波和提高功率因數(shù)的目的。直流斬波技術(shù)主要應(yīng)用于已具有直流電源需要調(diào)節(jié)直流電壓的場合。（2）直流變換電路主要以全控型電力電子器件作為開關(guān)器件，通過控制主電路的接通 與斷開，將恒定的直

13、流斬成斷續(xù)的方波，經(jīng)濾波后變?yōu)殡妷嚎烧{(diào)的直流輸出電壓。利用 Simuli nk對升壓斬波的仿真結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)分析，與采用常規(guī)電路分析方法所得到的輸出 電壓波形進(jìn)行比較，進(jìn)一步驗證了仿真結(jié)果的正確性。（3） 采用Matlab/Simulink對直流斬波電路進(jìn)行仿真分析，避免了常規(guī)分析方法中繁瑣的繪圖和計算過程，得到了一種較為直觀、快捷分析斬波電路的新方法。同時其建模方法 也適用于其他斬波電路的方針，只需對電路結(jié)構(gòu)稍作改變即可實現(xiàn)，因此實用性較強。（4） 應(yīng)用Matlab/Simulink進(jìn)行仿真，在仿真過程中可以靈活改變仿真參數(shù)，并且能 直觀的觀察到仿真結(jié)果隨參數(shù)的變化情況，方便學(xué)習(xí)與研究。八、參考文獻(xiàn)1 王兆安，黃俊電力電子技術(shù)（第四版）