直流升壓變換器的MATLAB仿真設計

1、學號天津城建大學控制系統(tǒng)仿真大作業(yè)直流升壓變換器的 MATLAB仿真學 生 姓 名班級成績控制與機械工程學院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)設定 2五、模塊圭寸裝與仿真框圖搭建 2六、仿真結(jié)果 6七、結(jié)論 6八、參考文獻 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

2、 U0高于輸入電源電壓 US， 控制開關(guān)與負載并聯(lián)連接，與負載并聯(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，以保證向負載提供足夠的能量。若升壓式斬波器的開關(guān)導通時間ton，關(guān)斷時間toff，開關(guān)工作周期 T 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Tt offUs，升壓比的倒數(shù)1 toffT還有，D 1。由此可見，當Us 一定時，改變 就可以調(diào)節(jié)U0。當T const時，調(diào) 就是調(diào)toff，或調(diào)ton也是調(diào)，也就改變了 U0，這就是升壓式斬波器的升壓工作原理。、仿真電路原理圖及原理圖1

3、V斷時，E和L共同向C充電并向負載 R供電。設V斷的時間為toff，則此期間電感 L 釋放能量為 U0-E I 1toff，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hton UO-Ehtoff，U o 旦 吐E E，T/t off 1，輸出電壓高于電源電tofft off壓，故稱為升壓斬波電路。也稱為 boost chooper變換器。toffT/t off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，和導T1 1通占空比，有如下關(guān)系：D 1，因此U oEE。升壓斬波電路能使輸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

4、持住。三、所使用的Matlab工具箱與模塊庫本次設計利用Simulink仿真，所使用的 Matlab工具箱與模塊庫主要有：直流電源De、場效應管 MOSFET 脈沖發(fā)生器(Pulse Generator )、電流測量(current Measurement )、 電感(series RLC Branch )、阻抗負載(Parallel RLC Branch )、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

5、設置。(2) 電感設置為1e-4，阻抗負載設置為：R=5;C=1e-4。(3) 脈沖發(fā)生器的參數(shù)設置至關(guān)重要：“Pulse type ”脈沖類型，設置為 Time based (時間基準)；“Time (t、”時間，設置為 Use simulation time(用仿真時間);“Amplitude ”脈沖幅值，設置為 1.1 ;“ Period (secs、”周期(s),設置為0.2e-3，對應著 MOSFET勺開關(guān)頻率為 5kHz;“ Pulse Width (%of Period、”脈沖寬度(周期的百分數(shù))，根據(jù)MOSFE的開關(guān)特性， 設置為50;“ Phase delay (secs、”

6、 相位延遲(s),設置為 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:Parameters: un tided/Conf igu ration I'Activej圖3(2) 電源參數(shù)，電壓為100V，如圖4所示：E3 cck lJa,amete!rsi DC Voltace Source JI>7 Vc' f S-HH r

7、» na 不M5 nl)I&IeaI DC VQl la a m e.PaTBB-e5;®'?MDlltUM (V)：il:ICtASLrSinr e Kor*圖4(3) 電感參數(shù)，如圖5所示:(4) 阻抗負載參數(shù)，如圖 6所示:圖6(5) 二極管參數(shù)設置，如圖7所示：呂Block Parameters: Diode二一Hwsfcc： -linkImplARtK i diods in. sjarilitl with i serifs RC Enubttr circuit.In on"itate th* Diode sod«l has r:

8、 internal Tesistarice (Ron) and inductiuce (Lon.Fox aofit Aplicati&iiA； the internal inducit&nse shouild te &«t t& zer口""he Diode ispedajnce is infinite in off-etate so-de.P&TUetCTKKegjstsnce Ecn Ohs；:Id. Ml |Inductance Lon 扎 i|qiFoTirajrd vcZ±a<E Vf 仇牛 :&#

9、39;0. BInitial ;ur*if!t le ;Snubber zesislanEe 良m C'hzos ) i500Snubb-tr ct.EiacitAJic«i Cb ''f:2S0e-9Siic-w e LIT EHE已七 第匸 r tQKCanttlH«lpA 口口】(6) MOSFE參數(shù)設置，如圖8所示:圖8(7)脈沖發(fā)生器參數(shù)設置，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導通的電感儲能

10、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。仿真波形如上圖9所示，自上而下依次為 ug、ud、i、iM、iD。由圖可見， ug波形對應脈沖發(fā)生器的脈沖寬度（周期的百分數(shù)），設置為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 iM 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，而且還可以達到改善網(wǎng)側(cè)諧波和提高功率

11、因數(shù)的目的。直流斬波技術(shù)主要應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)果進行了詳細分析，與采用常規(guī)電路分析方法所得到的輸出 電壓波形進行比較，進一步驗證了仿真結(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） 應用Matlab/Simulink進行仿真，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，方便學習與研究。八、參考文獻1王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)（第四版） .北京:機械工業(yè)出版社，20002康華