半橋式DC-DC變換器設(shè)計(jì)

1、半半橋橋式式DC-DC 變變換換器器設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) 【摘要摘要】近年來(lái)，隨著電力電子器件、控制理論的發(fā)展和人們對(duì)電源性能要求的提高，電力電子技術(shù)引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。目前一些發(fā)達(dá)國(guó)家正逐漸把電力變換技術(shù)廣泛應(yīng)用于民用工業(yè)領(lǐng)域，我國(guó)在這一領(lǐng)域的研究起步較晚，但隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，適合于不同要求的各種變換器越來(lái)越引起科研人員的關(guān)注。本文通過(guò)對(duì)Buck變換器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)出一種半橋式DC-DC變換器，并采用閉環(huán)控制方法，將恒定的400V直流輸入變?yōu)榉€(wěn)定5V的直流輸出，保證了系統(tǒng)的供電性能。最后利用Matlab工具對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的有效性。半橋式DC-D

2、C變換器由于電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功率器件少且功率管上受到的電壓應(yīng)力小，在中小功率場(chǎng)合得到了較為廣泛的應(yīng)用。本文為進(jìn)一步研究和開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品提供借鑒?！娟P(guān)鍵詞關(guān)鍵詞】Buck 半橋 DC-DC MATLAB【ABSTRACT】In recent years, with the development of power electronic devices，control theory and the increasing demand of high-quality power supply, power electronics technology has aroused widely attenti

3、on from scholars. Power electronics technology is used gradually in civilian industrial areas in some developed countries. With the national economic development, the various converters for different requirements are developed and the related technology is studied by scientist and scholar. In this p

4、aper, the Buck circuit structure and working principle are analyzed and a half-bridge DC-DC converter is designed. The designed converter uses closed loop control scheme and realized the function that the power form is converted from 400 V DC voltage to 5 V DC voltage. The output voltage is stable a

5、nd the performance of the designed converter is ensured. Simulation study was carried out and effectiveness of the designed converter is verified by simulation results.【Key words】Buck half-bridge DC-DC MATLAB 目目 錄錄1 緒緒 論論 .11.1 研究背景研究背景 .11.2 變換器簡(jiǎn)介變換器簡(jiǎn)介.21.3 本文研究的內(nèi)容本文研究的內(nèi)容.32 半橋式半橋式 DC-DC 變換器的工作原理變換

6、器的工作原理.42.1 半橋式半橋式 DC-DC 變換器的基本電路圖及工作原理變換器的基本電路圖及工作原理.42.2 BUCK變換器變換器.62.2.1 線路組成線路組成.62.2.2 工作原理工作原理.72.3 帶變壓隔離器的帶變壓隔離器的 DC-DC 變換器拓?fù)渥儞Q器拓?fù)?93 半橋式半橋式 DC-DC 變換器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)變換器的系統(tǒng)設(shè)計(jì).153.1 電路參數(shù)的計(jì)算與選取電路參數(shù)的計(jì)算與選取 .153.2 閉環(huán)的控制方法與實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的控制方法與實(shí)現(xiàn).233.2.1 PWM 的調(diào)制方法的調(diào)制方法 .233.2.2 PID 控制器控制器.243.2.3 PID 控制器的參數(shù)整定控制器的參數(shù)整定.2

7、63.2.4 閉環(huán)控制方法與實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制方法與實(shí)現(xiàn).264 MATLAB/SIMULINK 仿真仿真.284.1 MATLAB /SIMULINK .284.2 半橋半橋 DC-DC 變換器系統(tǒng)仿真模型的建立變換器系統(tǒng)仿真模型的建立.294.3.1 開關(guān)管控制脈沖仿真模塊的建立開關(guān)管控制脈沖仿真模塊的建立.314.3.2 實(shí)際系統(tǒng)仿真模塊的搭建實(shí)際系統(tǒng)仿真模塊的搭建.37結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ) .41參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .42致致 謝謝 .431 緒緒 論論1.1 研究背景研究背景隨著科技的發(fā)展，在人們的日常生活中，電力已成為與生產(chǎn)生活息息相關(guān)的一部分，在各個(gè)場(chǎng)合，人們都需要各式各樣的電力來(lái)為其服務(wù)，然而

8、并不是所有的電力都能在一開始就能滿足需要，于是就要求有電力變換的過(guò)程。直流-直流變換器（DC-DC）作為一種應(yīng)用廣泛變換器廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程及數(shù)據(jù)通訊、計(jì)算機(jī)、辦公自動(dòng)化設(shè)備、工業(yè)儀器儀表、軍事、航天等領(lǐng)域，涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)。按額定功率的大小來(lái)劃分，DC-DC 可分為 750W 以上、750W1W 和 1W 以下 3 大類。進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代，DC-DC 變換器在低功率范圍內(nèi)的增長(zhǎng)率大幅度提高，其中 6W25W DC-DC 變換器的增長(zhǎng)率最高，這是因?yàn)樗鼈兇罅坑糜谥绷鳒y(cè)量和測(cè)試設(shè)備、計(jì)算機(jī)顯示系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)和軍事通訊系統(tǒng)。由于微處理器的高速化，DC-DC 變換器由低功率向中功率方向

9、發(fā)展是必然的趨勢(shì)，所以 251W750W 的 DC-DC 變換器的增長(zhǎng)率也是較快的，這主要是它用于服務(wù)性的醫(yī)療和實(shí)驗(yàn)設(shè)備、工業(yè)控制設(shè)備、遠(yuǎn)程通訊設(shè)備、多路通信及發(fā)送設(shè)備，DC-DC 變換器在遠(yuǎn)程和數(shù)字通訊領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。DC-DC 變換器將一個(gè)固定的直流電壓變換為可變的直流電壓，這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無(wú)軌電車、地鐵、列車、電動(dòng)車的無(wú)級(jí)變速和控制，同時(shí)使上述控制具有加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能，并同時(shí)收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約 2030的電能。直流斬波器不僅能起到調(diào)壓的作用(開關(guān)電源)，同時(shí)還能起到有效抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。 DC/DC 變換器現(xiàn)已商品化，模塊采用

10、高頻 PWM 技術(shù)，開關(guān)頻率在500kHz 左右,功率密度為 0.31W/cm31.22W/cm3。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，要求電源模塊實(shí)現(xiàn)小型化，因此就要不斷提高開關(guān)頻率和采用新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。目前，已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開關(guān)和零電壓開關(guān)技術(shù)的二次電源模塊，功率密度有較大幅度的提高。 電子產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展極大地推動(dòng)了開關(guān)電源的發(fā)展。高頻小型化的開關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代電子設(shè)備供電系統(tǒng)的主流。在電子設(shè)備領(lǐng)域中，通常將整流器稱為一次電源，而將 DC/DC 變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網(wǎng)變換成標(biāo)值為 48V 的直流電源。目前，在電子設(shè)備中用的一次電源中，傳統(tǒng)的

11、相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開關(guān)電源取代，高頻開關(guān)電源(也稱為開關(guān)型整流器 SMR)通過(guò) MOSFET 或 IGBT 實(shí)現(xiàn)高頻工作，開關(guān)頻率一般控制在 50kHz100kHz 范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)高效率和小型化。 因?yàn)殡娮釉O(shè)備中所用的集成電路的種類繁多，其電源電壓也各不相同,在電子供電系統(tǒng)中，采用高功率密度的高頻 DC/DC 隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為 48V 直流)變換成所需的各種直流電壓，可以大大減小損耗、方便維護(hù),且安裝和增容非常方便。一般都可直接裝在標(biāo)準(zhǔn)控制板上，對(duì)二次電源的要求是高功率密度。因?yàn)殡娮釉O(shè)備容量的不斷增加，其電源容量也將不斷增加。 1.2 變換器簡(jiǎn)介變換器簡(jiǎn)介無(wú)論時(shí)那一種 D

12、C/DC 變換器，主回路使用的元件只是電子開關(guān)、電感、電容。電子開關(guān)只是迅速地開通，快速地關(guān)斷這兩種狀態(tài)，并且快速地進(jìn)行轉(zhuǎn)換。只有力求快捷，使開關(guān)快速的渡過(guò)線性放大區(qū)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換引起的損耗才小。目前使用的電子開關(guān)多是雙極型晶體管，功率場(chǎng)效應(yīng)管，逐漸普及的有 IGBT 管，還有各種特性較好的大功率開關(guān)元件，例如 SITH（靜電感應(yīng)晶閘管）和MCT（場(chǎng)控制晶體閘流管） 。變換器有以下幾類分類方式：（1） 正激變換器 在 Buck 電路的開關(guān)管與續(xù)流二極管之間加入變壓隔離器便得到一個(gè)單端正激變換器。由于在開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電壓有尖刺，輸出電壓有紋波，故多在小功率場(chǎng)合得到應(yīng)用。 （2） 反激變換器 是由 B

13、uck-Boost 推演并加變壓隔離器后得到的。它的電路簡(jiǎn)單，能夠高效提供直流輸出，因此在要求有多組直流輸出電壓時(shí)特別常用，它的缺點(diǎn)是關(guān)斷時(shí)電壓有尖刺，輸出紋波電壓過(guò)大，通常輸出功率在250W 以下，電壓和負(fù)載調(diào)整率要求在 5%-8%左右。（3）推挽變換器 帶中心抽頭變壓器原邊兩組線圈輪流工作的線路一般稱為推挽線路。由于功率開關(guān)管電壓應(yīng)力兩倍與電源電壓，而且主變壓器原邊sV利用率也不如全橋、半橋那樣高，輸出電壓隨輸入電壓和負(fù)載變化而變化。但是在低輸入電壓（如 48V）時(shí)，推挽電路比半橋或全橋優(yōu)越。因?yàn)槿魏螘r(shí)候最多只有一個(gè)開關(guān)元件工作，對(duì)于輸出相同功率，開關(guān)損耗比較小。所以推挽在低壓輸入的大功率

14、變換器（1000W）得到廣泛應(yīng)用。（4）半橋式變換器 由兩個(gè)電容器和兩個(gè)開關(guān)管組成兩個(gè)橋，橋的對(duì)角線接變壓器的原邊繞組，故稱半橋變換器。半橋式變換器減小了原邊開關(guān)管的電壓應(yīng)力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ，功率器件少，所以在中小功率場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。（5）全橋式變壓器 主變壓器只需要一個(gè)原邊繞組，通過(guò)正、反向的電壓得到正、反向磁通，副邊有一個(gè)中心抽頭繞組采用全波整流輸出。因此變壓器鐵心和繞組的最佳利用，使效率、功率密度得到提高。功率開關(guān)在非常安全的情況下運(yùn)作。在一般情況下，最大的反向電壓不會(huì)超過(guò)電源電壓，四個(gè)能量sV回復(fù)（再生）二極管能消除一波分由漏感產(chǎn)生的瞬間電壓。這樣無(wú)需設(shè)置能量恢復(fù)繞組，反激能量便得到回復(fù)

15、利用。但是，它需要較多的功率原件，成本提高，電路略顯復(fù)雜，在導(dǎo)通的回路上，至少有兩個(gè)管壓降，因此功率消耗變大，適用于高壓離線開關(guān)電源系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)電路將 400V 恒定直流輸入變?yōu)?5V 穩(wěn)定直流輸出，輸出功率較低，所以我們采用半橋式變壓器。1.3 本文研究的內(nèi)容本文研究的內(nèi)容本文研究的內(nèi)容主要包括：(1) 研究半橋式 DC-DC 電力變換電路的工作原理。(2) 研究 PWM 調(diào)制方法的機(jī)理和半橋式 DC-DC 變換電路的控制方法。(3) 設(shè)計(jì)從 400V 到 5V 的半橋式 DC-DC 變換器。(4) 采用 MATLAB 工具對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究。2 半橋式半橋式 DC-DC 變換器的工

16、作原理變換器的工作原理2.1 半橋式半橋式 DC-DC 變換器的基本電路圖及工作原理變換器的基本電路圖及工作原理半橋式 DC-DC 變換器是由 Buck 基本變換器串入半橋式變壓隔離器派生而來(lái)的。因?yàn)闇p小了原邊開關(guān)管的電壓應(yīng)力，且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在中小功率上得到廣泛應(yīng)用，所以半橋式變換器是離線開關(guān)電源較好的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。下邊就對(duì)半橋 DC-DC 變換器的工作原理進(jìn)行分析。為了分析穩(wěn)態(tài)特性，簡(jiǎn)化推導(dǎo)過(guò)程，首先假定：（1）開關(guān)晶體管、二極管均為理想元件。也就是可以瞬間的導(dǎo)通和截止，而且導(dǎo)通時(shí)的壓降為零，截止時(shí)的漏電流為零。（2）電感、電容是理想元件。電感工作在線性區(qū)而未飽和，寄生電阻為零，電容的等效串聯(lián)

17、電阻為零。（3）輸出電壓中的紋波電壓與輸出電壓的比值小到允許忽略。基本電路圖如下：圖 2-1 半橋式 DC-DC 變換器基本電路圖電容器、與開關(guān)晶體管、組成橋,橋的對(duì)角線接變壓器 T 原邊繞1C2C1rT2rT組,故稱半橋式變換器。 如果,某一開關(guān)晶體管導(dǎo)通時(shí),繞組上電壓只有電12CC源電壓的一半。穩(wěn)態(tài)條件下, =,當(dāng)導(dǎo)通時(shí),上的加在原邊線圈上,1C2C1rT1C12sV流過(guò)負(fù)載電流。電路通過(guò)開關(guān)管、原邊繞組、電容形成回路，此時(shí)1rTpI1rT2C原邊繞組上下兩端極性為上正下負(fù)，經(jīng)過(guò)占空比所定的時(shí)間后,關(guān)斷。由于原1rT邊繞組存在，方向不變，值逐漸變小，此時(shí) B 點(diǎn)為負(fù)電位，導(dǎo)通，反激pI4D

18、能量再生，對(duì)充電。B 點(diǎn)連接點(diǎn)的電壓在阻尼電阻的作用下以振蕩形式最后2C恢復(fù)到原來(lái)的中心值。關(guān)閉一段時(shí)間后，給一個(gè)觸發(fā)脈沖，導(dǎo)通，原1rT2rT2rT邊繞組黑點(diǎn)端變負(fù)。電路通過(guò)電容、原邊繞組、開關(guān)管形成回路，重復(fù)以1C2rT前過(guò)程。不同的是，方向變反，關(guān)斷時(shí)接點(diǎn) B 擺動(dòng)到正，導(dǎo)通，反激pI2rT3D能量對(duì)充電。1C副邊電路的工作如下:當(dāng)導(dǎo)通時(shí),副邊繞組電壓使導(dǎo)通,電流通過(guò)二極管1rT1D、電感、負(fù)載構(gòu)成回路，當(dāng)關(guān)斷,兩個(gè)繞組電壓變?yōu)榱?。?dǎo)通時(shí)，1DLR1rT2rT導(dǎo)通，負(fù)載上的電流與電壓方向沒(méi)有發(fā)生改變，由此形成的方波電壓，經(jīng)過(guò)2D和構(gòu)成的濾波環(huán)節(jié)產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電壓。如圖 2.2L3CoV圖

19、 2-2 原邊開關(guān)管電壓及輸出電壓波形2.2 Buck 變換器變換器半橋式 DC-DC 變換器是由 Buck 變換器派生而來(lái)，所以他就具有 Buck 基本變換器的本質(zhì)特征，所以下邊我們對(duì) Buck 變換器的結(jié)構(gòu)以及工作原理進(jìn)行分析。2.2.1 線路組成線路組成 圖 2-3(a)所示為由單刀雙擲開關(guān) S、電感原件 L 和電容 C 組成的 Buck 變換器電路圖。圖 2-3(b)所示為由占空比 D 工作的晶體管、二極管、電感 L、電容1rT1DC 組成的 Buck 變換器電路圖。電路完成把直流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓的功能。sVoVVSabSiSV1LVLiLI0+-RV0C+- (a)VSL+-RV0

20、CD1DTrVTrVbe (b)圖 2-3 Buck 變換器電路2.2.2 工作原理工作原理 1.工作過(guò)程當(dāng)開關(guān) S 在位置時(shí)，有圖 2-4（a）所示的電流流過(guò)電感線圈 L，電asLii流線性增加，在負(fù)載 R 上流過(guò)的電流，兩端輸出電壓，極性上正下負(fù)。當(dāng)oIoV時(shí)，電容在充電狀態(tài)。這時(shí)二極管承受反向電壓；經(jīng)時(shí)間后（sLii1D1 sDT，為 S 在 a 時(shí)間，是周期） ，當(dāng)開關(guān) S 在位時(shí)，如圖 2-4（b）所1onstDTontsTb示，由于線圈 L 中的磁場(chǎng)將改變線圈 L 兩端的電壓極性，以保持其電流不變。Li負(fù)載兩端電壓仍是上正下負(fù)。時(shí)，電容處在放電狀態(tài)，有利于維持、sLiioI不變。這

21、時(shí)二極管，承受正向偏壓為電流構(gòu)成通路，故稱為續(xù)流二極oV1DLi1D管。由于變換器輸出電壓小于電源電壓，故稱它是降壓變壓器。工作中輸oVsV入電流，在開關(guān)閉合時(shí)，開關(guān)打開時(shí)，故是脈動(dòng)的，但輸出si0si 0si si電流，在 L、C 作用下卻是連續(xù)的，平穩(wěn)的。oI1DVSL+-RV0C+-+-VLiSiL (a)i=0VL_+_+_RiLVsC (b) 圖 2-4 Buck 變換器的電路工作過(guò)程 2.2.3 電路各點(diǎn)波形 按電感電流在周期開始時(shí)的值，可分為電感電流連續(xù)工作模式和電感電LI流不連續(xù)工作模式兩種，波形分別如圖 2-5（a） 、 （b）所示。 （a） （b）圖 2-5 Buck 變換

22、器的工作波形圖當(dāng)所選的能達(dá)到所需的輸出濾波要求時(shí)，可以選的足夠大，以便使開CL關(guān)變換器保持在連續(xù)的工作狀態(tài)，但電容器本身沒(méi)有完美的電氣性能，所以其內(nèi)部的等效串聯(lián)電阻將消耗一些功率。另外等效串聯(lián)電阻上的壓降會(huì)產(chǎn)生輸出紋波電壓，欲要減小這些紋波電壓，只能靠減小等效串聯(lián)電阻的值和動(dòng)態(tài)電流的值。選擇電容的類型，經(jīng)常有紋波電流的大小決定。截止頻率的高低，cf的大小，都將影響輸出紋波電壓。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，選擇電感和電容時(shí)，LC要綜合考慮其重量、尺寸及成本等因素。從改善動(dòng)態(tài)特性看，可考慮選擇小電感，大電容值。2.3 帶變壓隔離器的帶變壓隔離器的 DC-DC 變換器拓?fù)渥儞Q器拓?fù)湎逻厡?duì)變壓隔離器進(jìn)行分析，帶

23、變壓隔離器的變換器是從以上的基本變換器派生、組合、演變而來(lái)的。所謂派生是指變壓隔離器插入到各基本變換器各不同的點(diǎn)上而形成的電路。由于變壓隔離器有單端式、并聯(lián)式、半橋式和全橋式四種，因此，可得很多電路。由于有了隔離功能的雙繞組，繞組可以靠匝數(shù)比不同調(diào)節(jié)變化，因此，電路電壓增益變化不只靠占空比，還可以靠繞組匝比，這就給設(shè)計(jì)帶來(lái)了很多好處，也大大提高了穩(wěn)定性和可靠性。前面分析了 Buck 電路變換器,雖然它們完全可以完成直流電壓的變換。但是,它們實(shí)際上存在著轉(zhuǎn)換功能上的局限性。例如，輸入輸出不隔離，輸入輸出電壓比或電流比不能過(guò)大，以及無(wú)法實(shí)現(xiàn)多路輸出等。這種局限性只能用另一種開關(guān)變換器中的重要部件變

24、壓隔離器來(lái)克服。雙繞組變壓器的符號(hào)，必要時(shí)在原副線圈上加上，如圖所示。這種理想的變壓隔離器的特征如下：1)從輸入到輸出能夠通過(guò)所有的信號(hào)頻率，即從理想的直流到交流都能變換；2)變換時(shí)刻不考慮能量損耗；3)變換中能提供任何選定的電壓和電流變化；4)能使輸入和輸出之間完全隔離。顯然，像上述這種完美的變壓器，實(shí)際上是不存在的。然而，許多和這種理想變壓器特性近似的電路確實(shí)存在的。最常見(jiàn)的用在開關(guān)變換器中的變壓隔離器如圖 2-6(a)所示。電路由高頻變壓器和開關(guān)組成，導(dǎo)通周期幾乎可以是整個(gè)工作周期，與變比由匝比決定。由于磁通有單方向變化的特點(diǎn)，此電路sVoV稱為單端變壓隔離電路。當(dāng)兩個(gè)單端變壓隔離電路并

25、聯(lián)時(shí)構(gòu)成如圖 2-6（b）所示電路，此時(shí)鐵心的磁通有雙向變化，稱為雙端變壓隔離電路。1T圖 2-6 單端變壓隔離器和并聯(lián)的變壓隔離器在圖 2-6 所示的并聯(lián)的變壓隔離器中，當(dāng)原邊的兩個(gè)開關(guān)（和）交替導(dǎo)通1S2S50%間隔時(shí)間（即占空比比不調(diào)整）時(shí)，直流電壓通過(guò)帶中心抽頭的副邊繞sV組及二極管、就可以得到不同于的另一直流電壓，變比由匝比決sN1D2DsVoV定。開關(guān)和交替導(dǎo)通，每次導(dǎo)通周期是整個(gè)開關(guān)周期的 50%。開關(guān)交替的1S2S作用是在的原邊產(chǎn)生一個(gè)對(duì)稱的交流電壓，即通過(guò)控制開關(guān)和的動(dòng)1TpN1S2S作速率使變壓器成為通常的高頻交流變壓器。1T輸出與輸入電壓關(guān)系為 sospNVVN（2.1）

26、用原副邊匝比提供了變壓器所要求的電壓增益，副邊繞組二端1TspNMN的交流電壓，經(jīng) 、整流后得到由式（2.1）確定的直流電壓。因此圖 2-61D2D所示的電路完成了兩級(jí)串聯(lián)（直流到交流及交流到直流）的轉(zhuǎn)換作用，從而實(shí)現(xiàn)了直流到直流的轉(zhuǎn)換功能。在變壓隔離器工作中，不導(dǎo)通的原邊開關(guān)兩端承受的電壓是 2，當(dāng)原邊sV的兩個(gè)開關(guān)各自導(dǎo)通的時(shí)候，兩個(gè)開關(guān)中的開關(guān)峰值電流是相等的，即等于輸入平均電流。另外，原邊開關(guān)接成圖 2-7 所示的兩種形式也得到廣泛應(yīng)用，sI它們分別稱為半橋、全橋變壓隔離變換器。在圖 2.7（a）所示的半橋式電路中，開關(guān)和交替地導(dǎo)通，當(dāng)開關(guān)導(dǎo)1S2S1S通時(shí)，關(guān)斷，然后反之。任何一個(gè)斷

27、開的開關(guān)其兩端的電壓等與源電壓，2SsV而流過(guò)任何一個(gè)導(dǎo)通開關(guān)的峰值電流是平均源電流的兩倍（與圖 2.6 所示電sI路同等輸出功率相比） 。因?yàn)閿嚅_的開關(guān)兩端電壓比圖 2.6 所示的電路減小了,所以較廣泛采用。但是，當(dāng)電源電壓較低時(shí)，通常采用圖 2.6 所示的并聯(lián)連接方法，因?yàn)槿魏我粋€(gè)導(dǎo)通的原邊開關(guān)只流過(guò)源電流。值得指出，原邊半橋式接sI法中，變壓器的原邊電壓在理論上是輸入電壓的一半。因此，對(duì)于給定、sVsV時(shí)，繞組、只需要較少的匝數(shù)。oVpNsN圖 2.7(b) 所示的全橋式電路中,在變換過(guò)程中的第一個(gè)半周內(nèi),開關(guān)和1S同時(shí)閉合，然后在第二個(gè)半周期和也同時(shí)閉上。任何一個(gè)斷開的開關(guān)端4S2S3

28、S電壓均等于源電壓；流過(guò)任何一個(gè)導(dǎo)通開關(guān)的峰值電流均等于平均源電流。因?yàn)槿珮蚴阶儔焊綦x器開關(guān)承受最小的開關(guān)電壓和最小的電流強(qiáng)度，所以這個(gè)方案常用在大功率變換器上（例如大于 750W） 。 圖 2-7 半橋和全橋變壓隔離器連接方式圖 2.6（a）所示的單端方案，有線路簡(jiǎn)單的突出優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在輸出為低、中功率的變換器電路中。但它也有一些缺點(diǎn)，例如它的輸入電流是脈動(dòng)的，幅度由的占空比和的平均值決定。因此，常需用一種低通濾波輸入裝置來(lái)1SsI平滑這些電流脈動(dòng)。由上述可知，變壓隔離器（有的文獻(xiàn)稱為直流變壓器）實(shí)際上是一個(gè)由開關(guān)和高頻變壓器電路組成的，它是組件不是單一的原件。開關(guān)的占空比固定不變，電壓增

29、益靠高頻變壓器原副邊的匝數(shù)比來(lái)確定。 實(shí)際上,變壓隔離器并不單獨(dú)使用，而是插入到各種基本變換器中，達(dá)到輸入/輸出隔離的效果。這時(shí)電壓增益，不單靠開關(guān)占空比調(diào)節(jié)，也可以通過(guò)M繞組變化調(diào)節(jié)，使晶體管占空比在更合理的范圍工作（不大也不?。?。插入到某合適的地方，串聯(lián)的開關(guān)可以簡(jiǎn)化為一個(gè)，電感可能成了電流源的原件，使L輸入電流近似為方波，消除因變壓器漏電感造成的過(guò)電壓。甚至有時(shí)移動(dòng)后的晶體管驅(qū)動(dòng)有了其他特點(diǎn)，如抗干擾性強(qiáng)，容易調(diào)試等。 3 半橋式半橋式 DC-DC 變換器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)變換器的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 電路參數(shù)的計(jì)算與選取電路參數(shù)的計(jì)算與選取3.1.1 主要概念及公式主要概念及公式半橋式 DC-D

30、C 變換器是在 Buck 變換器中插入半橋式變壓隔離器派生而來(lái)的，所以它就具有 Buck 基本變換器的本質(zhì)特征。因此，下邊我們對(duì) Buck 基本電路的參數(shù)方程分析，這些對(duì)半橋式 DC-DC 變換器也是一樣滿足的。（1） 電感電流連續(xù)與不連續(xù)電感電流連續(xù)與不連續(xù)下面分析一下在 Buck 基本電路中，開關(guān)閉合和斷開的情況與輸出電壓的關(guān)系。在圖 3.1 中,設(shè)開關(guān) S，閉合時(shí)間為，開關(guān) S 關(guān)斷時(shí)間11ONsttDT；212OFFstttD TVSabSiSV1LVLiLI0+-RV0C+- 圖 3-1 Buck 變換器電路，稱為接通時(shí)間占空比，體現(xiàn)了開關(guān)接通時(shí)間占周期的百分值，11ONstDT1D

31、，稱為斷開時(shí)間的占空比，體現(xiàn)了開關(guān)斷開時(shí)間占周期的百分值。根21D 2D據(jù)假定（1）很明顯，。121DD在輸入輸出不變的前提下，當(dāng)開關(guān) S 在位時(shí)，波形如圖 3-2所示，a10 t電感電流平均值，電感電流線性上升增量為oLoVIIR（a）（b） 圖 3-2 Buck 變換器工作波形圖 11110tsososoLsVVVVVVidttDTLLL（3.1） 式中 電流增量(A)；1Li 輸入電源電壓(V)；sV 輸出電壓(V)；oV 電感(H)；L 開關(guān)周期(s)；sT 開關(guān)接通時(shí)間占空比。1D當(dāng)開關(guān) S 在位時(shí)，如圖 3.2（a）時(shí)間段所示，電流增量為b12ttLi （3.2）2122112()

32、()tooooLssstVVVVidtttTDTD TLLLL 由于穩(wěn)態(tài)時(shí)這兩個(gè)電流變化量相等，即，所以12LLii 又因?yàn)?整理得121(1)sooosssVVVVDTD TD TLLL121DD 1osVV D（3.3）式（3.3）表明，輸出電壓隨占空比而變化，由于，故，oV1D11D osVV是電壓增益，表示為 M，在本電路中osVV 1osVMDV（3.4） 如圖所示，電壓增益 M 由開關(guān)接通時(shí)占空比決定，即變換器有很好的1D控制特性。圖 3-3 Buck關(guān)系圖1()Mf D當(dāng)電感 L 較小，負(fù)載電阻較大時(shí)，或者較大時(shí)，將出現(xiàn)電感電流以下降sT到零，新的周期卻尚未開始的情況；在新的周期

33、，電感電流從零開始線性增加。這種工作方式稱電感電流不連續(xù)的模式，波形圖如圖 3.2（b）所示。 圖 3-4 連續(xù)和不連續(xù)的狀態(tài)下，Buck 變換器電壓增益 M 與占空比的函數(shù)關(guān)系1D（2）連續(xù)與不連續(xù)的臨界條件）連續(xù)與不連續(xù)的臨界條件在連續(xù)與不連續(xù)狀態(tài)之間有個(gè)臨界狀態(tài)，由圖 3.2（a） （b）所示圖形知Li 臨界狀態(tài) （3.13）12LoiI考慮式（3.2）和式（3.6） ， 整理得 （3.14）22sDLTR式（3.14）為臨界條件的表達(dá)式。該即定義為臨界電感，可表示為L(zhǎng)RL 2221(1)2222ooocssoffooosVVVD RLTD TtDIIP f（3.15）式中 開關(guān)管關(guān)斷時(shí)

34、間（s） ；開關(guān)工作頻率（Hz） ，offtrTsf；1ssfT 240.2 50.000055022 1 10csD RLTHH 取 得1.2cLL1.260cLLH（3）紋波電壓）紋波電壓oV流經(jīng)電容的電流是，對(duì)電容充電產(chǎn)生的電壓稱為紋波電壓，Ci()LoiICioV其波形如圖 3.5 所示。當(dāng)為 的線性函數(shù)時(shí)Cit 2111 1()2228tsLLoCstTIIVi dtTCCC（3.16）把式（3.2）代入式（3.16）得 2221()88ooossVV DVtt TTLCLC（3.17）系統(tǒng)誤差要求 1%，紋波電壓5 1% 20.1oVV 28255 0.21020888 6 100

35、.1osoV DCTFL V 式中為關(guān)斷時(shí)間占空比2D 121211sssTtttDDTT 圖 3-5 電容電壓和電流波形由式（3.15）知，對(duì)于和為固定值時(shí)，降壓變壓器的電流連續(xù)與否是cL2D由確定的。當(dāng)?shù)臍W姆值增大時(shí)，工作狀態(tài)將從連續(xù)轉(zhuǎn)化為不連續(xù)。另一方RR面，如果和是固定的，則電感器的時(shí)，其工作狀態(tài)由連續(xù)轉(zhuǎn)化為R2sD TcLL不連續(xù)。當(dāng)增大時(shí)，即減小，則保持開關(guān)變換器在連續(xù)工作狀態(tài)的降低。sfsTcL仔細(xì)地觀察圖 3-2（a）和（b）的波形，可以推出 Buck 變換器的一些性質(zhì)特點(diǎn)。是在內(nèi)的平均值。時(shí)有時(shí)無(wú)；則是平直的。因此，變換器可以oV1VsT1VoV簡(jiǎn)單地看成是一個(gè)有低通濾波器的

36、電壓斬波器7。低通濾波器的作用就是濾去中隨時(shí)間而變化的交流分量。所以低通濾波器的頻率比開關(guān)頻率要低得1Vcfsf多。由于是的平均值，而的峰值為直流電源電壓，所以總是比小。oV1V1VsVoVsV注意，的波形在兩種不同的工作狀態(tài)下其形狀是不同的。連續(xù)狀態(tài)時(shí)，1V在 期間，在期間，。的平均值是由決定的，而且在1t1sVV21tt10V 1V1D理想情況下，在這個(gè)線路模型中，與無(wú)關(guān)。然而，在不連續(xù)的狀態(tài)中，在oVR期間，有部分時(shí)間為零，部分時(shí)間。所持續(xù)的時(shí)間由決定，2t1V1oVV10V R所以不連續(xù)，由和決定的。由于不連續(xù)時(shí)，中存在的臺(tái)階，所oVR1D2t1oVV以，在和的值相同時(shí)，不連續(xù)狀態(tài)中的

37、較連續(xù)時(shí)的大。sV1DoVoV輸入電流是脈動(dòng)的，與降壓變換器的連續(xù)與否狀態(tài)無(wú)關(guān)。這個(gè)脈動(dòng)電流，si在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)受到限制，以免影響其他電器正常工作。通常，電源和變換sV器的輸入端之間會(huì)加上一些輸入濾波器，這種濾波器必須在開關(guān)變換器設(shè)計(jì)的早期階段和建立模型過(guò)程就要預(yù)先進(jìn)行考慮3。否則，在開關(guān)變換器與輸入濾波器聯(lián)接時(shí)，可能會(huì)引起意外的自激振蕩。和兩個(gè)值決定的平均值。對(duì)沒(méi)有功率損耗的理想 Buck 變換器中，oVRsisI電源變換效率為 100%，因此有。因?yàn)槭且粋€(gè)輸出恒定電壓常數(shù),2ossVV IRoVk故可得 (3.18)2sskIV R式(3.18)說(shuō)明與、兩個(gè)值的乘積成反比例。瞬時(shí)值的上升部

38、分與sIsVRsi相同。當(dāng)變化時(shí)，應(yīng)使變化，以便使保持恒定制。的幅值是變化的，LisV1DoVsi但其最大幅值在一定時(shí)則不變。在一定的輸入功率下，如變換器工作在不bIsV連續(xù)狀態(tài)模型時(shí)，是很大的。這意味著變換器的功率晶體管和續(xù)流二極管bIrT必須具有較高的峰值電壓和電流。由于這個(gè)和其他重要的原因，在高功率應(yīng)1D用中，變換器應(yīng)避免不連續(xù)工作狀態(tài)（即使電感較大和由此引起的成本提高） 。在負(fù)載變動(dòng)較大的場(chǎng)合，也可使用變值扼流器，他的電感數(shù)值隨著通過(guò)它本身的電流而變化19。當(dāng)小電流通過(guò)時(shí)，電感值大，但隨電流增大，電感值卻逐漸變小。這一方法非常有用，但這一個(gè)“變值”電感將由開關(guān)變換器附加濾波器的截至頻率

39、變動(dòng)，使設(shè)計(jì)問(wèn)題復(fù)雜化，即往往使得閉環(huán)控制的穩(wěn)定變得很困難。cf輸出濾波器的截止頻率定義式為cf 12cfLC（3.19）當(dāng)所選的能達(dá)到所需的輸出濾波要求時(shí)，可以選的足夠大，以便使開CL關(guān)變換器保持在連續(xù)的工作狀態(tài)，但電容器本身沒(méi)有完美的電氣性能，所以其內(nèi)部的等效串聯(lián)電阻將消耗一些功率。另外等效串聯(lián)電阻上的壓降會(huì)產(chǎn)生輸出紋波電壓，欲要減小這些紋波電壓，只能靠減小等效串聯(lián)電阻的值和動(dòng)態(tài)電流的值。選擇電容的類型，經(jīng)常有紋波電流的大小決定。截止頻率的高低，cf的大小，都將影響輸出紋波電壓。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，選擇電感和電容時(shí)，LC要綜合考慮其重量、尺寸及成本等因素。從改善動(dòng)態(tài)特性看，可考慮選擇小電感，

40、大電容值。（4）變壓器設(shè)計(jì)）變壓器設(shè)計(jì) (3.20)122ssonospsVDVtVNnN T 式中 -原邊繞組電壓(V)sV -原邊繞組匝數(shù)(匝)pN -副邊繞組匝數(shù)(匝)sN -其中一管導(dǎo)通的占空比DononsonoffttTtt -工作周期(s)sT,所以由120.8DD122ssonospsVDVtVNnN T電路的輸入電壓,輸出電壓,且電路工作在連續(xù)模式,故得400SVV5OVV 321psNN取原邊線圈匝數(shù) 3200 匝 副邊兩個(gè)繞組各取 100 匝。圖 3-6 半橋式 DC-DC 變換器的基本電路圖（5）其它參數(shù)的選?。┢渌鼌?shù)的選取在這個(gè)小功率變換器中，為了有利于控制性能，而又

41、不引起太多損耗，在原邊回路中串聯(lián)一個(gè)電阻，取。511 10R 12470CCF3.2 閉環(huán)的控制方法與實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的控制方法與實(shí)現(xiàn)3.2.1 PWM 的調(diào)制方法的調(diào)制方法 PWM 控制技術(shù)，是利用逆變器裝置中半導(dǎo)體開關(guān)的開通和關(guān)斷，把直流電壓轉(zhuǎn)化變成一定規(guī)律的電壓脈沖序列，以實(shí)現(xiàn)調(diào)頻、調(diào)壓和消除諧波三個(gè)目的的技術(shù)。 本章利用的就是等脈寬 PWM 法，利用直線與三角波進(jìn)行比較，下圖就是我們所需要的開關(guān)觸法脈沖， 圖 3-7 原邊開關(guān)管的電壓和觸發(fā)脈沖波形3.2.2 PID 控制器控制器PID 控制器是最早發(fā)展起來(lái)的控制策略之一。因?yàn)?PID 控制器所涉及的設(shè)計(jì)算法和控制結(jié)構(gòu)都是很簡(jiǎn)單的，并且十分適用

42、于工程應(yīng)用背景，此外 PID 控制方案并不要求精確的控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，且采用 PID 控制的控制效果一般是比較令人滿意的，所以工業(yè)界實(shí)際應(yīng)用中 PID 控制器是應(yīng)用最廣泛的一種控制策略，且都是比較成功的。連續(xù) PID 控制器是如圖 3.8 所示的串聯(lián)控制器的一種常用類型。在實(shí)際生活中，PID 控制器計(jì)算出來(lái)的控制信號(hào)還應(yīng)該經(jīng)過(guò)一個(gè)驅(qū)動(dòng)器后去控制受控對(duì)象，而驅(qū)動(dòng)器一般可以近似為一個(gè)飽和非線性環(huán)節(jié)，這是 PID 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 3-1 所示。在控制系統(tǒng)中可能存在各種各樣的擾動(dòng)信號(hào)。另外，在實(shí)際控制中，用于檢測(cè)輸出信號(hào)的儀器也難以避免得存在噪聲擾動(dòng)信號(hào)，可以理解成高頻率噪聲信號(hào)，定義成量測(cè)噪聲。

43、圖 3-8 PID 類控制器的基本結(jié)構(gòu)連續(xù) PID 控制器的最一般形式為 0tpidde tu tK e tKedKdt其中,和分別是對(duì)系統(tǒng)誤差信號(hào)及其積分與微分量的加權(quán)，控制器pKiKdK通過(guò)這樣的加權(quán)就可以計(jì)算出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)受控對(duì)象模型。如果控制器設(shè)計(jì)得當(dāng)，控制信號(hào)將能使誤差按減小的方向變化，達(dá)到控制要求。 PID 控制的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，另外，這三個(gè)加權(quán)系數(shù),和都有明顯的物理pKiKdK意義：比例控制器直接影響應(yīng)于當(dāng)前的誤差信號(hào)，一旦發(fā)生誤差信號(hào)，則控制器應(yīng)立即發(fā)生作用，以減少偏差。一般情況下，的值大則偏差將變小，且減小對(duì)控制中的負(fù)載擾動(dòng)的敏感pK度，但也將對(duì)測(cè)量噪聲更敏感?？紤]根軌跡分析，無(wú)

44、限制的增大閉環(huán)系統(tǒng)不pK穩(wěn)定；積分控制器對(duì)以往的誤差信號(hào)發(fā)生作用，引入積分控制能消除控制中的靜態(tài)誤差，但的值增大可能增加系統(tǒng)的超調(diào)量、導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩，而小則會(huì)iKiK使得系統(tǒng)響應(yīng)趨于穩(wěn)定值的速度減慢；微分控制器對(duì)誤差的導(dǎo)數(shù)，亦即誤差的變化率發(fā)生作用，又一定的預(yù)報(bào)功能，能在誤差有大的變化趨勢(shì)時(shí)施加合適的控制。的值增大能加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間，過(guò)大時(shí)會(huì)因系統(tǒng)噪dK聲或受控對(duì)象的大時(shí)間延遲出現(xiàn)問(wèn)題。3.2.3 PID 控制器的參數(shù)整定控制器的參數(shù)整定 PID 控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過(guò)程的特性確定 PID 控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID 控制

45、器參數(shù)整定的方法很多，概括起來(lái)有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID 控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過(guò)試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行 PID 控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作(2)僅加入比例控

46、制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期(3)在一定的控制度下通過(guò)公式計(jì)算得到 PID 控制器的參數(shù)在實(shí)際調(diào)試中，只能先大致設(shè)定一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，然后根據(jù)調(diào)節(jié)效果修改。工程整定方法的具體步驟：參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查；先是比例后積分，最后再把微分加；曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大；曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳；曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降；曲線波動(dòng)周期長(zhǎng)，積分時(shí)間再加長(zhǎng)；曲線振蕩頻率快，先把微分降下來(lái)；動(dòng)差大來(lái)波動(dòng)慢，微分時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng)；理想曲線兩個(gè)波，前高后低 4 比 1；一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會(huì)低。3.2.4 閉環(huán)控制方法與實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制方法與實(shí)

47、現(xiàn)為了將輸出電壓穩(wěn)定控制在 5V，我們對(duì)系統(tǒng)采用閉環(huán)控制。當(dāng)輸出電壓波動(dòng)時(shí),通過(guò)調(diào)整開關(guān)管的導(dǎo)通占空比來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3.9 所示，由給定環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、校正環(huán)節(jié)、放大環(huán)節(jié)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、被控對(duì)象和檢測(cè)裝置組成。給定環(huán)節(jié)定義為輸出電壓 5V；檢測(cè)環(huán)節(jié)將實(shí)際輸出的電壓檢測(cè)出來(lái)；比較環(huán)節(jié)將要求的輸出電壓 5V 與實(shí)際輸出電壓作比較求取偏差；校正環(huán)節(jié)將根據(jù)偏差的極性、大小調(diào)整開關(guān)管的通斷時(shí)間；放大環(huán)節(jié)將校正環(huán)節(jié)的輸出調(diào)整為適當(dāng)?shù)谋壤?。圖 3-9 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)閉環(huán)控制回路如圖 3.10 所示，控制回路由 PID 控制器，限幅元件，比例環(huán)節(jié)組成。將輸出電壓取為反饋，極性取負(fù)；要求

48、的穩(wěn)態(tài)輸出電壓 5V 作為給定，極性取正。將輸出電壓與給定電壓作比較，經(jīng)過(guò) PID 調(diào)節(jié)、限幅后，與給定電壓 5V 相加，再經(jīng)過(guò)比例縮小，作為 PWM 調(diào)制中的比較電壓。其中，PID 控制器起到放大偏差、消除誤差的作用，為了避免積分環(huán)節(jié)將偏差無(wú)限積分、放大，可能燒壞元件，所以必須引入限幅環(huán)節(jié)。將調(diào)節(jié)過(guò)的偏差信號(hào)與給定電壓相減作為比較電壓。比例環(huán)節(jié)參數(shù)的設(shè)定：當(dāng)系統(tǒng)輸出電壓等于 5V 時(shí)，偏差信號(hào)為零，經(jīng)限幅環(huán)節(jié)后依然為零，再與要求的輸出值 5V 相加，經(jīng)過(guò)比較器后，此時(shí)占空比應(yīng)恰好為 0.8，所以比例環(huán)節(jié)的參數(shù)應(yīng)選為 0.04。圖 3-10 PID 控制回路4 Matlab/Simulink

49、仿真仿真4.1 MATLAB /SIMULINK 美國(guó) Mathwork 公司于 1967 年推出了矩陣實(shí)驗(yàn)室“Matrix Laboratory”（縮寫為 Matlab）這就是 matlab 最早的雛形。開從 matlab 誕生開始，由于其高度的集成性及應(yīng)用的方便性，在高校中得到了極大的歡迎。由于它使用方便，能非?？斓膶?shí)現(xiàn)科研人員的設(shè)想，極大的節(jié)約了科研人員的時(shí)間，受到了大多數(shù)科研人員的支持。Matlab 是一種解釋性執(zhí)行語(yǔ)言，具有強(qiáng)大的計(jì)算、仿真、繪圖等功能。由于它使用簡(jiǎn)單，擴(kuò)充方便，尤其是世界上有成千上萬(wàn)的不同領(lǐng)域的科研工作者不停的在自己的科研過(guò)程中擴(kuò)充 matlab 的功能，使其成為了

50、巨大的知識(shí)寶庫(kù)?？蒲泄ぷ髡咄ǔ？梢酝ㄟ^(guò) matlab 來(lái)學(xué)習(xí)某個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)知識(shí)，這就是 matlab 真正在全世界推廣開來(lái)的原因。另外，,matlab 和其他高級(jí)語(yǔ)言也具有良好的接口，可以方便的實(shí)現(xiàn)與其他語(yǔ)言的混合編程，進(jìn)一步拓寬了 matlab 的應(yīng)用潛力。 SIMULINK 是 The Works 公司于 1990 年推出的產(chǎn)品，是用于 MATLAB 下建立系統(tǒng)框圖和仿真的環(huán)境。主要用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的仿真.整個(gè) SIMULINK 模塊庫(kù)是由各個(gè)模塊組構(gòu)成。SIMULINK 模塊庫(kù)中提供了建立系統(tǒng)模型所需的大部分模塊,進(jìn)入 MATLAB 環(huán)境后,只需鍵入 SIMULINK 命令就可打開該模塊庫(kù)

51、,用戶可以根據(jù)自己的系統(tǒng)選擇所需的模塊 ,進(jìn)入相應(yīng)的模塊組找到該模塊,將其用鼠標(biāo)拖到自己的系統(tǒng)模型中,然后用鼠標(biāo)劃線連起來(lái) ,就構(gòu)成了系統(tǒng)的SIMULINK 描述。系統(tǒng)的模型建好后 ,用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的不同需要 ,設(shè)置或更改模塊的參數(shù) ,然后打開仿真菜單(Simulation)，設(shè)置仿真參數(shù)，起動(dòng)仿真過(guò)程。仿真過(guò)程中，用戶以通過(guò)輸出示波器 (Scope)觀察各個(gè)所需觀察點(diǎn)的波形，或是通過(guò) plot 命令在方針結(jié)束后繪圖。4.2 半橋半橋 DC-DC 變換器系統(tǒng)仿真模型的建立變換器系統(tǒng)仿真模型的建立仿真系統(tǒng)要求：設(shè)計(jì)一個(gè)半橋式 DC-DC 變換器，要求將 400V 直流電壓降壓至 5V，負(fù)載為

52、5，輸出功率為 5W,開關(guān)頻率為 10KHz。穩(wěn)態(tài)誤差在 1以內(nèi)，快速性較好。 圖 4-1 系統(tǒng)仿真模型圖 4.1 是對(duì)半橋 DC-DC 變換器系統(tǒng)的模型的搭建。為了避免當(dāng)兩個(gè)開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)造成的直流回路短路,故控制每個(gè)開關(guān)管占空比為 40%，根據(jù)變壓器計(jì)算，線圈匝數(shù)為，滿足使半橋 DC/DC 變換器將 400V 的直流輸入變壓至32:1要求的 5V，并且動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)指標(biāo)均符合要求。4.3.1 開關(guān)管控制脈沖仿真模塊的建立開關(guān)管控制脈沖仿真模塊的建立 圖 4-2 控制回路載波三角波的生成使用信號(hào)發(fā)生器輸出 sawtooth 的三角波。幅值為 2 頻率為 20KHZ 圖 4-3 三角波發(fā)生器產(chǎn)生的三角波 取絕對(duì)值，負(fù)變正，然后向下平移一個(gè)單位圖 4