單端反激變換器的建模及應(yīng)用仿真

1、-. z單端反激變換器的建模及應(yīng)用仿真 摘要：本課程設(shè)計的目的是對直直變換電路中常用的帶隔離的Flyback電路反激電路進展電路分析、建模并利用Matlab/Simulink軟件進展仿真。首先是理解分析電路原理，以元件初值為起點，用simulink軟件畫出電路的模型、并且對電路進展仿真，得出仿真波形。在仿真過程中逐步修正參數(shù)值，使得仿真波形符合要求，并進展電流連續(xù)、斷續(xù)模式與電路帶載特性的分析。 關(guān)鍵詞：單端反激變換器 Matlab/Simulink 建模與仿真 二、反激變換器的根本工作原理 1.根本工作原理 1當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時，變壓器原邊電感電流開場上升，此時由于次級同名端的關(guān)系，輸出二極管V

2、D截止，變壓器儲存能量，負載由輸出電容C提供能量，拓撲電路如下列圖。 圖2-1開關(guān)管導(dǎo)通時原理圖 為防止負載電流較大時磁心飽和，反激變換器的變壓器磁心要加氣隙，降低了磁心的導(dǎo)磁率，這種變壓器的設(shè)計是比擬復(fù)雜的。 2當(dāng)開關(guān)管截止時，變壓器原邊電感感應(yīng)電壓反向，此時輸出二極管導(dǎo)通，變壓器中的能量經(jīng)由輸出二極管向負載供電，同時對電容充電，補充剛剛損失的能量，原理圖如下列圖。圖2-2開關(guān)管截止時原理圖 在開關(guān)管關(guān)斷時，反激變換器的變壓器儲能向負載釋放，磁心自然復(fù)位，因此反激變換器無需另加磁復(fù)位措施。磁心自然復(fù)位的條件是：開關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷時間期間，變壓器一次繞組所承受電壓的伏秒乘積相等。 2、DCM(di

3、scontinuous current mode)&CCM(continuous current mode)根據(jù)次級電流是否有降到零，反激可以分為DCM(副邊電流斷續(xù)模式和CCM副邊電力連續(xù)模式兩種工作模式。兩種模式有其各自的特點。下面兩種工作模式時的波形。圖2-3反激變換器工作在CCM下的各個波形圖2-4反激變換器工作在DCM下的各個波形兩種工作模式有完全不同的工作特性和應(yīng)用場合。以下是這兩種工作模式的優(yōu)缺點比擬。Ug為PWM脈沖信號、UT為開關(guān)管承受電壓、IL1與IL2原副邊電流、UL2副邊電壓。DCM的初級電流、次級電流可達CCM的兩三倍，要求更大電流的開關(guān)管、輸出二極管以及耐高紋波的輸

4、出濾波電容。大的峰值電流會造成嚴(yán)重的RFI問題。反激電路中變壓器磁芯的磁通密度取決于繞組中電流的大小。在最大磁通密度一樣的條件下，CCM下的磁通密度的變化圍要比DCM小，由ViN*B*Ae/DT可知，CCM相對而言需要較多的匝數(shù)或是較大的磁芯。磁芯的利用率較低。CCM下輸出二極管在截止時，由于二極管反向恢復(fù)電流的影響，會有較大的開關(guān)損耗，需要反向恢復(fù)時間短的二極管。而在DCM下，二極管在截止前已經(jīng)沒有電流通過了，PN結(jié)中的存儲電荷已經(jīng)自己完成了復(fù)合，所以不存在反向恢復(fù)的問題。 三、反激電路的建模與仿真翻開matlab/simulink，按照與原理圖依次選取各個電子元件，然后畫出仿真電路如下列圖

5、3-1.圖3-1反激電路仿真原理圖Simulink 仿真模型圖中電壓源為100V直流電壓。Pulse Generator為PWM脈沖發(fā)生器，用于驅(qū)動IGBT，調(diào)節(jié)其占空比就可以控制輸出電壓的大小。Diode為電力二極管，單向?qū)?，阻止電流反向流動；電路的開關(guān)器件為 IGBT，R為電阻、C為輸出電容。Scope用于顯示PWM脈沖信號、IGBT開關(guān)電流Is和開關(guān)管電壓Us、副邊電流Iw2、負載電流I0、負載電壓U0。算法選擇ode15s，stop time選擇0.005秒。圖中有幾個比擬重要的元件的參數(shù)需要設(shè)定。元件參數(shù)如下表3-2所示：DC Voltage100VPWM周期00001sec變壓器

6、f10000HZV1100VV220VR5C2e-4F表3-2仿真電路中參數(shù)設(shè)置圖3-3當(dāng)占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,電阻R=5,IGBT部電感=1e-8H各信號波形圖3-4當(dāng)占空比D=5，Rm=50pu、Lm=2pu,電阻R=5,IGBT部電感=1e-8H各信號波形 從圖3-3和3-4可以看出：當(dāng)其他條件不變時，減小占空比，電路由連續(xù)模式變?yōu)閿嗬m(xù)模式。圖3-5當(dāng)占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,R=5,IGBT部電感=1e-8H各信號波形圖3-6當(dāng)占空比D=50，Rm=50pu、Lm=1pu,R=5,IGBT部電感=1e-8H各信號波形從圖3-5和3-6可以看出

7、，當(dāng)其他條件不變，減小變壓器Lm值時，電路由連續(xù)模式變?yōu)閿嗬m(xù)模式。圖3-7當(dāng)占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,R=5,IGBT部電感=1e-8H各信號波形圖3-8當(dāng)占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,R=1e8,IGBT部電感=1e-8H各信號波形從圖3-7和3-8可以看出，其他條件不變增大輸出電阻阻值，電路由連續(xù)模式變?yōu)閿嗬m(xù)模式，且輸出電壓Uo和輸出電流Io將越來越大、趨于無窮。圖3-9 當(dāng)占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,R=1e8,IGBT部電感=1e-8H時各信號波形圖3-10當(dāng)占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,R=1e8,IGBT部電感=0.1H時各信號波形從圖3-9和3-10可以看出，其他條件不變增大IGBT部電感值，電路由連續(xù)模式變?yōu)閿嗬m(xù)模式。四結(jié)論 1在其他條件不變的情況下，占空比D、變壓器Lm值、輸出電阻R、IGBT部電感的變化可以決定電路是工作在電流連續(xù)狀態(tài)還是斷續(xù)狀態(tài)。電流斷續(xù)模式下，在輸出電阻比擬大的極端情況下，由于T導(dǎo)通時儲存在變壓器電感中的磁