電力電子仿真作業(yè)

1、升壓(Boost)變換器的MATLAB仿真摘要伴隨著高速的電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子器件的種類及設備越來越多，其應用領域也越來越廣泛，電子器件設備正向著小型化發(fā)展，這也直接導致了電源向輕、薄、小和高效率方向發(fā)展。開關(guān)電源因其體積小、重量輕和效率高等優(yōu)點在電子設備中有著廣泛的應用，因此，人們對于開關(guān)電源的研究也在不斷的向前發(fā)展，并向著低電壓，大電流和高效率方向發(fā)展?，F(xiàn)代開關(guān)電源有兩種：一種是直流開關(guān)電源；另一種是交流開關(guān)電源。這里主要介紹的只是直流開關(guān)電源，其功能是將電能質(zhì)量較差的原生態(tài)電源（粗電），如市電電源或蓄電池電源，轉(zhuǎn)換成滿足設備要求的質(zhì)量較高的直流電壓（精電）。直流開關(guān)電源的核心是D

2、C/DC變換器。直流-直流(DC-DC)變換器，能將一種直流電源變換為另一種具有不同輸出特性的直流電源。一般按照電路拓撲的不同，DC-DC變換器分為不帶隔離變壓器的DC-DC變換器和帶隔離變壓器的DC-DC變換器。不帶隔離變壓器的DC-DC變換器主要分為降壓(Buck)變換器、升壓(Boost)變換器、升降壓(Suck-Boost)變換器、丘克(Cuk)變換器。其中Buck電路和Boost電路是DC-DC變換器最基本的兩種拓撲形式。DC-DC變換器的基本手段都是通過開關(guān)器件的通斷，使帶有濾波器的負載線路與直流電源一會兒接通，一會兒斷開，在負載上得到另一個等級的直流電壓。本仿真著重介紹Boost

3、變換器的原理，并進行MATLAB/SIMULINK仿真分析。關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；DC/DC;升壓（boost）變換器；1.升壓(Boost)變換器的電路拓撲及其分析圖1-1 Boost變換器電路拓撲升壓式(Boost)變換器是一種輸出電壓等于或高于輸入電壓的單管非隔離直流變換器。通過控制開關(guān)管T的導通比，可控制升壓變換器的輸出電壓。根據(jù)電感電流是否連續(xù)，升壓變換器可以分為連續(xù)導電狀態(tài)、不連續(xù)導電狀態(tài)及臨界狀態(tài)三種工作模式。（1）Boost變換器電感電流連續(xù)模式當開關(guān)管T導通時，二極管陽極接Us負極，承受反壓而截止。電容C向負載R供電，極性上正下負。電源電壓Us全部加到電感兩端UL=Us，在該電壓

4、作用下電感電流iL線性增長，儲存的磁場能量也逐漸增加。在一個開關(guān)周期Ts內(nèi)開關(guān)管T導通的時間為ton。當T截止時，iL經(jīng)二極管D流向輸出側(cè)，電感L中的磁場將改變L兩端的電壓極性，以保持iL不變，這樣電源電壓Us與電感電壓UL串聯(lián)給C和R供電，負載R端電壓U0仍然是上正下負。電感上的電壓為Us- U0<0，電感電流iL線性減小。在一個周期TS內(nèi)開關(guān)管T斷開的時間為Ts-ton。到TS時刻，iL達到最小值iL2。最后推出電壓增益公式DC是占空比。由公式可知，Dc是一個小于1的數(shù)，輸出電壓與輸入電壓的比值始終大于等于l，即輸出電壓高于輸入電壓。（2）Boost變換器電感電流斷續(xù)模式T導通時，與

5、電感電流連續(xù)模式下的工作情況相同，T關(guān)斷，電感中電流iL線性衰減，直到t2時刻下降到零。經(jīng)推理，Boost變換器電感電流臨界連續(xù)條件為紋波電壓U0及電容設計，從而有2. 升壓(Boost)變換器電路的參數(shù)選擇將一個輸入電壓為3-6V的不穩(wěn)定電源升壓到穩(wěn)定的15V，紋波電壓低于0.2%，負載電阻l 0，開關(guān)管選擇MOSFET，開關(guān)頻率為40kHz，要求設計電感電流連續(xù)與不連續(xù)兩種情況。設計仿真參數(shù)、搭建仿真模型并分析結(jié)果。 （1）確定占空比調(diào)節(jié)范圍：（2）確定電感值：實際電感值可取臨界值的1.2倍，因此L取15H。（3）確定電容值：實際中所取電容值應該有一個裕量，在本次仿真中不取裕量，直接取電容

6、為1mF。3. 升壓(Boost)變換器的matlab仿真模型其中，直流電壓設計為6v，電容設為1mF。電阻設為10，選擇“Branch voltage”，電感設為15H，選擇“Branch voltage and current”：Mosfet的二極管的導通壓降Forward Voltage(V) 改為0，導通電阻(Resistance Ron)設置為很小，比如0.00000001，勾選“Show measurement port”。 二極管的參數(shù)同上：Multimeter中添加電感電流與電感電壓，以及電阻電壓，Scope設置為6個輸入通道。Bus Selector設置為測試各自的電流。Pu

7、lse Generator中Period（secs）設置為25e-6，Pulse Width(% of period)設置為60。Mean Value中Averaging periods設置為20e-6，并且選取Display4. 升壓(Boost)變換器的仿真結(jié)果與分析Display顯示的是輸入為6V時的輸出電壓平均值為15.04V 。輸出波形如所示。從上到下依次為為MOSFET門極觸發(fā)脈沖Ug、電感電壓UL、電感電流iL、輸出電壓U0、二極管電流iD.，MOSFET電流iT 。如果將輸入電壓改為3V，占空比改為0.8，輸出電壓平均值為14.93V，輸出波形如下圖所示。 如果電感值低于12H，模式變?yōu)殡姼须娏鲾嗬m(xù)模式，例如輸入電壓為6V，占空比為0.6，將電感值變?yōu)?H，輸出電壓平均值為19.48V，輸出波形如下圖所示?？梢悦黠@看出，電感電壓的周期和觸發(fā)脈沖電壓的周期不再相同。輸入電壓為6V，占空比為0.6，將電感值變?yōu)?H，輸出電壓平均值為23.03V，輸出波形如下圖所示。5.結(jié)論 通過仿真結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，升壓（Boost）變換器可以將一個輸入電壓為3-6V的不穩(wěn)定電源升壓到穩(wěn)定的15V，隨著輸