直流升压变换器的MATLAB仿真综述

1、学号天津城建大学控制系统仿真大作业直流升压变换器的MATLAB仿真生 姓 名级绩控制与机械工程学院2014年6月20日目录一、绪论 1二、仿真电路原理图及原理 1三、所使用的 Matlab 工具箱与模块库 2四、模块参数设定 2五、模块封装与仿真框图搭建 2六、仿真结果 6七、结论 6八、参考文献 7一、绪论在电力电子技术中，将直流电的一种电压值通过电力电子变换装置变换为另一种固定或可调电压值的变换，成为直流-直流变换。直流变换的用途非常广泛，包括直流电动机传动、 开关电源、单相功率因数校正，以及用于其它领域的交直流电源。根据电力电子技术原理，升压式（ Boost）斩波器的输出电压 U0高于输

2、入电源电压 Us， 控制开关与负载并联连接，与负载并联的滤波电容必须足够大，以保证输出电压恒定，储能电感也要很大，以保证向负载提供足够的能量。若升压式斩波器的开关导通时间ton，关断时间toff，开关工作周期 T二ton toff。定义占空比或导通比 D = ton/T，定义升压比=Uo/Us。根据电力电子技术的原理，理论上电感储能与释放能量相等，有U Us二丄Us ,升压比的倒数1 Jt offQa T还有，D 亠1。由此可见，当 Us 一定时，改变1就可以调节U0。当T= const时，调一：就 是调toff，或调ton也是调1，也就改变了 U0，这就是升压式斩波器的升压工作原理。二、仿真

3、电路原理图及原理原理图如图1所示：假设L值、C值很大，V通时，E向L充电，充电电流恒为|1，同 时C的电压向负载供电，因 C值很大，输出电压 为恒值，记为U0。设V通的时间为ton， 此阶段L上积蓄的能量为 EI Iton 。V断时，E和L共同向C充电并向负载 R供电。设V断的时间为toff，则此期间电感 L释放能量为 U3-E I itoff，稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量能量相等。化简得EI 1to U0-E I 1toff，U。二也 也 E E，T/t off-1，输出电压高于电源电 tofftoff压，故称为升压斩波电路。也称为boost chooper变换器。T/t off

4、为升压比，调节其即可改变uo。将升压比的倒数记为，即卩1toff，和导1 1通占空比，有如下关系：d ： =1，因此U EE。升压斩波电路能使输P 1 - D出电压高于电源电压的原因是：L储能之后具有使电压升高的作用与电容C可将输出电压保持住。三、所使用的Matlab工具箱与模块库本次设计利用Simulink仿真，所使用的 Matlab工具箱与模块库主要有：直流电源De、场效应管 MOSFET 脉冲发生器(Pulse Generator )、电流测量(current Measurement )、 电感(series RLC Branch )、阻抗负载(Parallel RLC Branch )

5、、二极管 Diode、电压测量(Voltage Measurement )、示波器 scope 以及 powergui 模块等。四、模块参数设定(1) 直流电压源 us =100v , MOSFE与Diode、电压测量、电流测量等均采用默认设置。(2) 电感设置为1e-4，阻抗负载设置为：R=5;C=1e-4。(3) 脉冲发生器的参数设置至关重要：“Pulse type ”脉冲类型，设置为 Time based (时间基准)；“Time (t、”时间，设置为 Use simulation time(用仿真时间);“Amplitude ”脉冲幅值，设置为 1.1 ;“ Period (secs、

6、”周期(s),设置为0.2e-3，对应着 MOSFET勺开关频率为 5kHz;“ Pulse Width (%of Period、”脉冲宽度(周期的百分数)，根据MOSFE的开关特性， 设置为50;“ Phase delay (secs、” 相位延迟(s),设置为 0.001e-3 。五、模块封装与仿真框图搭建利用Simulink软件对升压式直流斩波电路(Boost、进行仿真，如图2所示：(1 )仿真参数，算法(solver ) ode23tb，相对误差(relative toleranee)为 1e-3，开始时间为0,结束时间为0.003，如图3所示：Con hgu rat ion Para

7、meterSr unt i Hei/Co n figuration (Active)SisulAtIon ti&bStar-： txsA： 0. 0)Stop t:za:Q035-1 vx 彌t j.ani LEklElE *nd St IBS- 口ptHEILETileljle aadd for paricidic： asp-4 ilas:Jlutz.Jlut-EAS亡Ji 11$ Knntil-a irta tfAftciti-QR fararI Eifhmx* priority VibIlib iJidicat h.iciir IeleZ primit?Zez-?c;r9BEKnE Gn

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9、nce Fs Dhss .| Show MasuTesent portHtlC(6) MOSFE参数设置，如图8所示:Block Parameters: Mosfet图9#MosfstUOSFE a.nd intarnal di-oda in par al lai with a Er SC cnubbar c-ixc-uit. When a. Eat & 弓纠且： ie applied th* WOSFET eon du 亡七巴 And a t2 as a. resistance Ea-fL? n tath di rations. If the E&tfalls： ta et nen curr

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11、bb*r reslsfante Ks (Ohos l le5Snutb#? s;az-BcltaTi；c Ct (F):iftf IShow SfajLcuroziGint porta . 主丸：alp辭nl(7)脉冲发生器参数设置，如图 9所示:六、仿真结果触发脉冲占空比为 50%寸的波形，如图10所示:图10设ug为门极正脉冲（脉冲发生器Pulse发出）、Ud为升压便留输出电压（分压器uo发出）、iM为MOSFE导通的电感储能电流（分流器A1发出）、iD为电感反电势与 Us串联叠加流经二极管向负载供电的电流（分流器A2发出）、i为流经电感电流（分流器 A发出），显然，i =iM iD。仿真

12、波形如上图9所示，自上而下依次为 ug、u、i、iM、iD。由图可见， Ug波形对应脉冲发生器的脉冲宽度（周期的百分数），设置为50；升压变流输出电压瞬时波形ud振荡走高后逐步趋近并等于200v （直流）；i为流经电感电流（分流器 A发出）由两个分量组成，从波形图看到，i m iD。七、结论（1） 直流斩波电路可将直流电压变换成固定的或可调的直流电压，使用直流斩波技术，不仅可以实现调压的功能，而且还可以达到改善网侧谐波和提高功率因数的目的。直流斩波技术主要应用于已具有直流电源需要调节直流电压的场合。（2）直流变换电路主要以全控型电力电子器件作为开关器件，通过控制主电路的接通 与断开，将恒定的直

13、流斩成断续的方波，经滤波后变为电压可调的直流输出电压。利用 Simuli nk对升压斩波的仿真结果进行了详细分析，与采用常规电路分析方法所得到的输出 电压波形进行比较，进一步验证了仿真结果的正确性。（3） 采用Matlab/Simulink对直流斩波电路进行仿真分析，避免了常规分析方法中繁琐的绘图和计算过程，得到了一种较为直观、快捷分析斩波电路的新方法。同时其建模方法 也适用于其他斩波电路的方针，只需对电路结构稍作改变即可实现，因此实用性较强。（4） 应用Matlab/Simulink进行仿真，在仿真过程中可以灵活改变仿真参数，并且能 直观的观察到仿真结果随参数的变化情况，方便学习与研究。八、参考文献1 王兆安，黄俊电力电子技术（第四版）