Boost變換器原理參考模板

1、由IGBT組成的升壓變換器的建模及應(yīng)用仿真摘要：根據(jù)電力電子技術(shù)的原理，升壓式變換器的輸出電壓高于輸入電源電壓，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(chǔ)能電感也要很大，以保證向負(fù)載提供足夠的能量。在設(shè)計(jì)中，采用絕緣柵雙極型晶體管IGBT作為開關(guān)管，它既具有輸入阻抗高，速度快，熱穩(wěn)定性好，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，又具有通態(tài)電壓低，耐壓高，流通大電流等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：升壓變換器 IGBT Matlab建模一、設(shè)計(jì)內(nèi)容1. 設(shè)計(jì)原理圖1 升壓變換器電路圖圖1是升壓變換器的電路圖，其中為輸入直流電源，S為開關(guān)管（在本設(shè)計(jì)中使用IGBT作為開關(guān)管），在外部脈沖信號(hào)的激勵(lì)下工作于

2、開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)管S導(dǎo)通，輸入電流流經(jīng)電感L和開關(guān)管S，開關(guān)管兩端的電壓降為零，電感兩端產(chǎn)生電壓降，電感電流開始線性增長，電感開始儲(chǔ)存能量，此時(shí)二級(jí)管VD處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)管S截止，由于電感電流的連續(xù)性，電感L的線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)將改變線圈兩端的極性，以保持電感電流不變，因此電感電壓在這一時(shí)段出現(xiàn)負(fù)電壓，此電壓是由線圈的磁能轉(zhuǎn)化而成的，它與電源串聯(lián)，以高于的電壓向電路的后級(jí)供電，使電路產(chǎn)生了升壓作用。此時(shí)，電感向后級(jí)釋放能量，電感電流不斷減小，電感電流通過二極管VD到達(dá)輸出端后，一部分為輸出提供能量，一部分為電容充電。2 / 12 這是升壓變換器的一個(gè)工作周期，此后變換器重復(fù)上述過程工作至穩(wěn)態(tài)過

3、程。2. 輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系若開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間，關(guān)斷時(shí)間,開關(guān)工作周期。定義占空比為： ,升壓比為： 。理論上電感儲(chǔ)能與釋放能量相等，所以當(dāng)電感電流連續(xù)時(shí)，輸出電壓：3. 參數(shù)設(shè)置（1）電源電壓設(shè)置為直流24V；（2）儲(chǔ)能電感設(shè)置為3.6E-4 H；（3）RC負(fù)載設(shè)置：R為24；C為5.4E-5 F；（4）脈沖信號(hào)發(fā)生器設(shè)置：Pulse type、Time(t)、Amplitude、Phase delay(secs)均采用默認(rèn)設(shè)置，Period(secs)設(shè)置為25e-6，Pulse Width( of Period)設(shè)置為20。（5）二極管，IGBT，電壓、電流測(cè)量量均采用默認(rèn)值。4.

4、仿真目的（1）觀察占空比變化對(duì)輸出電壓的影響。更改脈沖發(fā)生器中的周期參數(shù)，在占空比為20，40，60，80時(shí)，觀察波形，估計(jì)輸出電壓的值。（2）觀察開關(guān)頻率變化對(duì)輸出電壓紋波的影響。占空比恢復(fù)為40，將脈沖發(fā)生器輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率改為原來的一半（20KHz）和二倍（80KHz），觀測(cè)并估計(jì)兩種條件下電壓紋波的大小。（3）觀察濾波參數(shù)變化對(duì)輸出電壓紋波的影響。將脈沖發(fā)生器輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率恢復(fù)為40KHz，將濾波電容值改為原來的一半和二倍，觀測(cè)并估計(jì)兩種條件下電壓紋波的大小。（4）觀察負(fù)載阻值變化對(duì)輸出電壓紋波的影響。將濾波電容值恢復(fù)為5.4E-5 F，將負(fù)載阻值改為原來的一半和二倍，觀測(cè)兩種條

5、件下電壓紋波的變化并估計(jì)其大小。結(jié)合仿真結(jié)果說明開關(guān)頻率、濾波參數(shù)以及負(fù)載大小的變化對(duì)輸出電壓紋波的影響，并用輸出電壓紋波的公式驗(yàn)證仿真結(jié)果。二、Matlab的建模及仿真1. 仿真電路仿真模型圖如圖2所示：圖2 升壓變換器建模圖Simulink 仿真模型圖中電壓源為24V直流電壓；L為升壓電感；Diode為電力二極管，單向?qū)ǎ柚闺娏鞣聪蛄鲃?dòng)；C為濾波電容；IGBT為斬波器件，R為負(fù)載。其中IL用來測(cè)量流經(jīng)L的電流；ID用來測(cè)量二極管電流；用來測(cè)量負(fù)載電壓；IGBT current 為流經(jīng)IGBT的電流；Scope為示波器；Pulse Generator為PWM脈沖發(fā)生器，調(diào)節(jié)其占空比就可以

6、控制輸出電壓的大小。2. 仿真波形（1）占空比為20，40，60，80時(shí)，輸出電壓的波形分別如圖3、圖4、圖5、圖6所示。（2）占空比為40，開關(guān)頻率為20KHz和80KHz時(shí)，輸出電壓的波形如圖7、圖8所示，并觀察這兩種條件下輸出電壓紋波的變化。（3）將脈沖發(fā)生器的開關(guān)頻率設(shè)為40KHz，將濾波電容值改為2.7E-5 F和10.8E-5 F，輸出電壓的波形如圖9、圖10所示，并觀察這兩種條件下輸出電壓紋波的變化。（4）將濾波電容值恢復(fù)為5.4E-5 F，將負(fù)載阻值改為12和48，輸出電壓的波形如圖11、圖12所示，并觀測(cè)這兩種條件下電壓紋波的變化。圖3 f=40KHz，D=0.2時(shí)圖4 f=

7、40KHz，D=0.4時(shí)圖5 f=40KHz，D=0.6時(shí)圖6 f=40KHz，D=0.8時(shí)圖7 f=20KHz，D=0.4時(shí)圖8 f=80KHz，D=0.4時(shí)圖9 f=40KHz,D=0.4，C=2.7E-5 F時(shí)圖10 f=40KHz，D=0.4，C=10.8E-5 F時(shí)圖11 f=40KHz，D=0.4，C=5.4E-5 F，R=12時(shí)圖12 f=40KHz，D=0.4，C=5.4E-5 F，R=48時(shí)通過觀察、對(duì)比以上仿真波形圖可得以下結(jié)論：（1）由圖3、圖4、圖5、圖6可知，隨著占空比的不斷增大，輸出電壓的值也隨之不斷增大，該現(xiàn)象可由式子得到。（2）由圖7、圖8可知，其他參數(shù)不變，當(dāng)

8、開關(guān)頻率減小為原來的一半時(shí)，輸出電壓的波動(dòng)變大；而當(dāng)開關(guān)頻率增大為原來的二倍時(shí)，輸出電壓的波動(dòng)變小。（3）由圖9、圖10可知，其他參數(shù)不變，當(dāng)濾波電容值減小為原來的一半時(shí)，輸出電壓的波動(dòng)變大；而當(dāng)濾波電容值增大為原來的2倍時(shí)，輸出電壓的波動(dòng)變小。（4）由圖11、圖12可知，其他參數(shù)不變，當(dāng)負(fù)載阻值減小為原來的一半時(shí)，輸出電壓的波動(dòng)變大；而當(dāng)負(fù)載阻值增大為原來的2倍時(shí)，輸出電壓的波動(dòng)變小。 以上結(jié)論（2）、（3）、（4）的現(xiàn)象可由式子推出，由該式可看出，輸出電壓的紋波與濾波電容、開關(guān)頻率、負(fù)載阻值成反比，于是，當(dāng)C、F、R的值增大時(shí)，輸出電壓的紋波都變小。三、總結(jié) 通過本次設(shè)計(jì)，對(duì)于具有自關(guān)斷能力的GTO、MOSFET、IGBT全控型器件組成的變換器有了一定的了解和認(rèn)識(shí)，熟悉了Matlab的建模過程。使用Matlab仿真擺脫了常規(guī)的分析方法，更加快捷和