直流升壓變換器的MATLAB仿真

1、學(xué) 號(hào) 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仿真學(xué)生姓名班級(jí)成績(jī)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(kù)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(guò)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(dòng)機(jī)傳動(dòng)、開(kāi)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）斬波器的輸出電壓高于輸入電源電壓，控制

2、開(kāi)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。若升壓式斬波器的開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，關(guān)斷時(shí)間，開(kāi)關(guān)工作周期。定義占空比或?qū)ū?，定義升壓比。根據(jù)電力電子技術(shù)的原理，理論上電感儲(chǔ)能與釋放能量相等，有，升壓比的倒數(shù)。還有，。由此可見(jiàn)，當(dāng)一定時(shí)，改變就可以調(diào)節(jié)。當(dāng)時(shí)，調(diào)就是調(diào)，或調(diào)也是調(diào)，也就改變了，這就是升壓式斬波器的升壓工作原理。二、仿真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(shí)，E向L充電，充電電流恒為，同時(shí)C的電壓向負(fù)載供電，因C值很大，輸出電壓為恒值，記為。設(shè)V通的時(shí)間為，此階段L上積蓄的能量為。圖1V斷時(shí)，

3、E和L共同向C充電并向負(fù)載R供電。設(shè)V斷的時(shí)間為，則此期間電感L釋放能量為，穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中L積蓄能量與釋放能量能量相等?；?jiǎn)得，輸出電壓高于電源電壓，故稱為升壓斬波電路。也稱為boost chooper變換器。為升壓比，調(diào)節(jié)其即可改變。將升壓比的倒數(shù)記為，即，和導(dǎo)通占空比，有如下關(guān)系：，因此。升壓斬波電路能使輸出電壓高于電源電壓的原因是：L儲(chǔ)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(kù)本次設(shè)計(jì)利用Simulink仿真，所使用的Matlab工具箱與模塊庫(kù)主要有：直流電源Dc、場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET、脈沖發(fā)生器（Pulse Generator）、

4、電流測(cè)量（current Measurement）、電感（series RLC Branch）、阻抗負(fù)載（Parallel RLC Branch）、二極管Diode、電壓測(cè)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，MOSFET與Diode、電壓測(cè)量、電流測(cè)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(shí)間基準(zhǔn)）；“Time（t）”時(shí)間，設(shè)置為Use simulation tim

5、e（用仿真時(shí)間）；“Amplitude”脈沖幅值，設(shè)置為1.1；“Period（secs）”周期（s），設(shè)置為0.2e-3，對(duì)應(yīng)著MOSFET的開(kāi)關(guān)頻率為5kHz；“Pulse Width（% of Period）”脈沖寬度（周期的百分?jǐn)?shù)），根據(jù)MOSFET的開(kāi)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(duì)升壓式直流斬波電路（Boost）進(jìn)行仿真，如圖2所示：圖2（1） 仿真參數(shù)，算法（solver）ode23tb，相對(duì)誤差（relative tolerance）為1e-3，開(kāi)始時(shí)間為0，結(jié)

6、束時(shí)間為0.003，如圖3所示：圖3（2） 電源參數(shù)，電壓為100v，如圖4所示：圖4（3） 電感參數(shù)，如圖5所示：圖5（4） 阻抗負(fù)載參數(shù)，如圖6所示：圖6（5） 二極管參數(shù)設(shè)置，如圖7所示：圖7（6） MOSFET參數(shù)設(shè)置，如圖8所示：圖8（7） 脈沖發(fā)生器參數(shù)設(shè)置，如圖9所示：圖9六、仿真結(jié)果觸發(fā)脈沖占空比為50%時(shí)的波形，如圖10所示：圖10設(shè)為門極正脈沖（脈沖發(fā)生器Pulse發(fā)出）、為升壓便留輸出電壓（分壓器發(fā)出）、為MOSFET導(dǎo)通的電感儲(chǔ)能電流（分流器A1發(fā)出）、為電感反電勢(shì)與串聯(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，。仿真波形

7、如上圖9所示，自上而下依次為、i、。由圖可見(jiàn)，波形對(duì)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(shí)波形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(gè)分量組成，從波形圖看到，。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(shí)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(chǎng)合。（2）直流變換電路主要以全控型電力電子器件作為開(kāi)關(guān)器件，通過(guò)控制主電路的接通與斷開(kāi)，將恒定的直流斬成斷續(xù)的方波，經(jīng)濾波后變?yōu)殡妷嚎烧{(diào)的直流輸出電壓。

8、利用Simulink對(duì)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(yàn)證了仿真結(jié)果的正確性。（3）采用Matlab/Simulink對(duì)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(jì)算過(guò)程，得到了一種較為直觀、快捷分析斬波電路的新方法。同時(shí)其建模方法也適用于其他斬波電路的方針，只需對(duì)電路結(jié)構(gòu)稍作改變即可實(shí)現(xiàn)，因此實(shí)用性較強(qiáng)。（4）應(yīng)用Matlab/Simulink進(jìn)行仿真，在仿真過(guò)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）北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20002康華光，陳大欽電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）北京：高等教育出版社，19983 陳桂明，張明照.應(yīng)用MATLAB建