毕业设计（论文）基于并联开关电源的功率比例分配研究

1、摘要摘要 直流稳压电源主要分为线性稳压电源和开关稳压电源两种。开关稳压电源 相比普通的线形稳压电源，具有非常多的优点。它的开关管以开关方式工作， 功耗小，效率高，稳压范围宽，安全可靠，对电网电压及频率的变化适应性强， 能够提供不同数值的输出电压。 本文主要研究使用两块开关电源模块并联形成的供电系统，输出电压稳定 在 8v，电流比例可调节。利用 matlab 的 simulink 环境，搭建降压结构 dc/dc 转换器的仿真电路，采用电流分配法，用调节电源模块的输出，来实现并联模 块之间的电流分配。 关键词：关键词：开关电源并联；电流分配；matlab abstract dc voltage s

2、tabilizer are divided into linear voltage stabilizer and a switching power supply two kinds. a switching power supply compared to common linear manostat, has very many advantages. its switch tube to switch work way, little power consumption, high efficiency, wide range of voltage, safe and reliable,

3、 and to power voltage and frequency changes adaptability is strong, can provide different values of the output voltage. this paper mainly studies using two pieces of switch power supply module in parallel form of power supply system, the output voltage stability in 8v, current ratio can be adjusted.

4、 use of matlab simulink environment, set up step-down structure dc/dc converter circuit of the simulation, the current distribution method, adjust the power module with output, to realize the current distribution of parallel between modules keywords:switch power supply parallel;current distribution;

5、matlab 目录 1 绪论绪论.1 1.1 开关电源技术发展方向.1 1.2 题目分析.3 1.3 设计任务与指标.3 2 并联特性及电流分配方法并联特性及电流分配方法.5 2.1 并联特性.5 2.2 电流分配方法.6 2.2.1 下垂法.6 2.2.2 有源电流分配法.7 2.2.3 最大电流法.9 2.2.4 平均电流分配法.9 2.2.5 主从电流分配法.10 3 降压斩波电路降压斩波电路.11 3.1 降压斩波电路的概念.11 3.2 降压斩波电路的特点.11 3.3 降压斩波电路的原理.11 3.3.1 pwm 控制信号.11 3.3.2 降压主电路.12 3.3.3 降压反馈回

6、路.13 4 软件仿真设计软件仿真设计.15 4.1 软件介绍.15 4.1.1 matlab 仿真软件介绍 .15 4.1.2 simulink 仿真环境介绍.15 4.1.3 simulink 电路仿真环境使用方法.16 4.2 仿真电路的搭建.17 4.3 电路参数的选择.18 4.3.1 pwm 信号的参数选择.18 4.3.2 主电路各器件的参数选择.18 5 系统调试系统调试.21 5.1 降压调试.21 5.2 电流比例 1:1 调试.21 5.3 电流比例 1:2 调试.23 5.4 调试注意事项.24 结结 论论.25 致致 谢谢.26 参考文献参考文献.27 1 1 绪论绪

7、论 大量电子设备，特别是计算机、通讯、空间站等的广泛应用，要求组建一 个大容量、安全可靠、不间断供电的电源系统。如果采用单台电源供电、该变 换器势必处理巨大的功率、电应力大，给功率器件的选择、开关频率和功率密 度的提高带来困难。并且一旦单台电源发生故障，则导致整个系统崩溃。采用 多个电源模块并联运行，来提供大功率输出是电源技术发展的一个方向。并联 系统中每个模块处理较小功率，解决了上述单台电源遇到的问题。 八十年代起，分布式电源供电方式成为电力电子学新的研究热点。相对于 传统的集中式供电，分布式电源利用多个中、小功率的电源模块并联来组建积 木式的大功率电源系统。在空间上各模块接近负载，供电质量

8、高，通过改变并 联模块的数量来满足不同功率的负载，设计灵活，每个模块承受较小电应力， 开关频率可以达到兆赫级，从而提高了系统的功率密度。 大功率输出和分布式电源，使电源模块并联技术得以迅速发展。然而一般 情况下不允许模块输出间直接进行并联，必须采用均流技术以确保每个模块分 担相等的负载电流，否则，并联的模块有的轻载运行，有的重载甚至过载运行， 输出电压低的模块不但不为负载供电，反而成了输出电压高的模块的负载，热 应力分配不均，极易损坏。 对于多个模块并联运行电源系统的基本要求是：一是输入电压或者负载发 生变化时，保持输出电压稳定;二是控制各模块的输出电流，实现负载电流平均 分配，均流动态响应良

9、好。为提高系统可靠性，并联系统应该具备以下特性： 实现冗余。当任意模块发生故障时，其余模块继续提供足够电能，整个电源系 统不会崩溃;实现热拔插，电源系统真正意义上的不间断供电。 1.11.1 开关电源技术发展方向开关电源技术发展方向 进入 21 世纪，开关电源技术将有更大的发展，主要集中在以下几个方面 a.a.高性能碳化硅功率半导体器件高性能碳化硅功率半导体器件 可以预见，碳化硅将是 21 世纪最有可能成功应用的新型功率半导体器件材 料，碳化硅的优点就是：禁带宽，工作温度高，通态电阻小，导热性能好，漏 电流极小，pn 结耐压高等等。 b.b.高频磁技术高频磁技术 高频开关电源中用了多种磁原件，

10、有许多基本问题需要研究，如磁芯损耗 的数学建模，磁滞回线仿真建模，高频变压器一维和二维仿真模型等。此外， 高频磁原件的设计决定了高频开关电源的性能，损耗分布和波形，因此，人们 希望给出设计推测、方法、磁参数和结构参数与电路性能的依赖关系，明确设 计的自由度与约术条件等，同时，人们将研究损耗更小，散热性能更好，磁性 能更优越的高频磁性材料。高频磁技术材料的研究还包括磁电混合集成技术， 即将铁氧体或其他薄膜材料高密度集成在硅片上，或者将硅材料集成在铁氧体 上。 c.c.新型电容器新型电容器 研究开发适用于功率电源系统用的新型电容器和超大电容。要求电容量大、 等效串联电阻(esr)小、体积小等。20

11、 世纪 90 年代末，美国已经开发出 330uf 新型固体钽电容，其 esr 显著下降。 d.d.功率因数校正功率因数校正 ac-dcac-dc 开关变换技术开关变换技术 开关电源输入侧有整流器、电容平波电路，使其输入电流呈尖脉冲状，谐 波分量很高，一半功率因数仅有 0.65 左右。对电网产生很大的谐波污染；同时 对其他设备有很大的干扰，引起仪器仪表和保护装置的误测量、误动作。开关 电源的高次谐波抑制，及功率因数的提高主要采用无源功率因数校正技术 （pfc）有源功率因数校正技术（apfc）和简化电路方式等方法。 e.e.高频开关电源的电磁兼容研究高频开关电源的电磁兼容研究 高频开关电源的电磁兼

12、容问题通常涉及到开关过程产生的 di/dt,du/dt,它 引起强大的传导性电磁干扰和谐波干扰。有些情况还会引起强电磁场辐射。不 但严重污染周围电磁环境，对附近的电气设备造成电磁干扰，还可能危机附近 操作人员的安全。同时，开关电源内部的控制电路也必须能承受主电路及工业 应用现场的 电磁噪声的干扰，显然，在电磁兼容领域，有许多前沿课题有待研究，如 典型电路与系统的传导干扰和辐射干扰建模；印制板电路和开关电源 emc 优化 设计软件；大功率开关电源 emc 测量方法的研究。 f.f.开关电源的设计、测量技术开关电源的设计、测量技术 建模、仿真和 cad 是一种新的、方便且节省的设计工具。为了仿真开

13、关电 源，首先要进行建模。仿真模型中应包括电力电子器件，变换器电路、数字和 模拟控制电路以及磁原件和磁场分布模型，电路分布参数模型等，还要考虑开 关管的热模型，可靠性模型和 emc 模型。开关电源的 cad，包括主电路和控制 电路设计、器件选择、参数优化、磁设计、热设计 emi 设计和印制电路板设计、 可靠性预估、计算机辅助综合和优化设计等。此外，开关电源的热测试、emi 测试、可靠性测试等技术的开发、研究与应用也是应大力发展。 g.g.开关电源的开数据处理系统的速度和效益日益提高开关电源的开数据处理系统的速度和效益日益提高 低电压、大电流的开关电源的开数据处理系统的速度和效益日益提高，新 一

14、代处理器的逻辑电压抵达 1.1 到 1.8v，而电流达 50 到 100a，其提供电源低 电压、大电流输出 dc-dc 变换器模块将会成为开关电源新的研究方向之一。 1.21.2 题目分析题目分析 开关电源电路是电力电子电路的一种，被广泛应用在小功率及各种电子设 备领域，顾名思义，开关电源就是电力电子器件在看管状态的电源 ，对于 dc/dc 电路，可以变换的对象主要是电压和电流。在这道题中，要求使用两块 开关电源模块并联形成的供电系统，输出电压稳定在 8v，电流比例可调节。这 道题的难点就在与实际操作中开关电源不能同时控制输出电压和电流，但既要 输出稳定电压，又要电流呈一定比例。利用 matl

15、ab 仿真技术搭建电路，掌握 pwm 波产生原理及其占空比的调节方法，降压斩波电路的原理及搭建，输出电 压反馈的调节，并利用 matlab 的 simulink 环境，搭建降压结构 dc/dc 转换器 的仿真电路，采用电流分配法，用调节电源模块的输出，来实现并联模块之间 的电流分配。建立其线性模型，得到由控制到输出的传递函数，对系统进行补 偿，使系统的稳定性达到最优。并进行仿真分析，调整电路结构、元件参数和 仿真参数。 1.31.3 设计任务与指标设计任务与指标 设计一个有两个额定输出功率为 16w 的 8v dc/dc 模块构成的并联供电系统， 如图 1.1 所示。 图 1.1 两个 dc/

16、dc 模块并联供电系统主电路示意图 a.a.调整负载电阻值额定输出功率工作状态，供电系统的直流输出电压 v。4 . 00 . 8uo b.b.额定输出功率工作状态下，供电形同效率不低于 60%。 c.c.调整负载电阻，保持输出电压v,是两个模块输出电流之比4 . 00 . 8uo 为 1:1 和 1:2。 2 2 并联特性及电流分配并联特性及电流分配方法方法 2.12.1 并联特性并联特性 图 2.1 为两个模块并联工作时的等效电路及其外特性曲线。如果两个模块 的参数完全相同，即，两条外特性曲线重合，负载电流均 max2max1 vv 21 rr 匀分配。如果其中一个模块的电压参考值较高，输出

17、电阻较小（外特性斜率小） ， 如图 1 中的模块 1，则该模块将承受大部分负载电流，负载增大，模块 1 将运 行于满载或超载限流状态，影响了系统可靠性。 （a）并联等效电路 （b）输出外特性 图 2.1 两个模块并联均流原理图 可见，并联电源系统中各模块按照外特性曲线分配负载电流，外特性的差 异是电流难以分配的根源.正常情况下，各并联模块输出电阻是个恒值，输出电 流不均衡主要是由于各模块输出电压不相等引起。电流分配的实质即是通过均 流控制电路，调整各模块的输出电压，从而调整输出电流，以达到电流分配的 目的。一般开关电源是一个电压型控制的闭环系统，电流分配的基本思想是采 样各自输出电流信号，并把

18、该信号引入控制环路中，来参与调整输出电压。选 择不同的电流信号注入点，可以直接调节系统基准电压、反馈电压误差、或者 反馈电流误差，形成多种电流分配方案，以满足不同的稳态性能和动态响应。 2.22.2 电流分配方法电流分配方法 根据并联电源系统中模块之间有无传递电流分配信号的互连线，所有电流 分配方法可归成两大类：下垂法和有源电流分配法，下垂法为模块之间只有输 出端导线相连;有源电流分配法除了连接输出导线外，还用电流母线把各模块连 在一起。 2.2.12.2.1 下垂法下垂法 下垂法（又叫斜率法，输出阻抗法）是最简单的一种电流分配方法。其实 质是利用本模块电流反馈信号或者直接输出串联电阻，改变模

19、块单元的输出电 阻，使外特性的斜率趋于一致，达到电流分配。由图 2.1（b）可见，下垂法的 电流精度取决于各模块的电压参考值、外特性曲线平均斜率及各模块外特性的 差异程度。选择不同的电流反馈信号注入点，可以修正控制环路的反馈电压值 或基准电压。图 2.2（a）为采用调节基准电压来改变电压参考值的方式下所对 应的外特性曲线图。可见电压参考值的差异越小，均流效果越好。图 2.2（b） 为采用调节反馈电压值来改变斜率的方式下所对应的外特性曲线图。外特性斜 率越陡，电流分配效果越好。 图 2.2（a）调节基准电压 图 2.2（b）调节反馈电压 常用的下垂法均流控制框图如图 2.3 所示。为电流放大器输

20、出信号，与 i v 模块输出电流成比例，为电压反馈信号，显然 ，当 i k f v 00 ikvkv iv 某模块电流增加时，上升，下降，通过反馈使该模块输出电压随之下降， i v e v 即外特性向下倾斜，接近其他模块的外特性，从而其他模块电流增大，实现电 流分配。电压误差放大器 e/a 具有很大的直流增益，假设时 0 k 0 k ， ，改变电压环和电流环的比例参数可 viooorefo kkivikikvv v / max 以获取期望的外特性。 图 2.3 下垂法电流分配控制框图 此外，在模块输出端与负载之间串联一定的电阻值也是一种调节输出电阻 的下垂法。缺点为串联电阻会消耗额外电能。较为

21、经济的办法是串联热敏电阻， 其阻值随在电阻上消耗的热能变化而改变，同样达到电流分配。 而且，电流不连续模式下的 buck、boost、buck-boost 变换器和串联谐振 变换器本身就固有一定的外特性下垂率，这类变换器可以直接并联运行，实现 自然均流。 下垂法的特点可归纳如下：模块之间无互连通讯线;实为开环控制，小电流 时电流分配差，随着负载增加电流分配效果有所改善;对稳压源而言，希望外特 性斜率越小越好，而下垂法则以降低电压调整率为代价来获取电流分配，该法 可以应用在电流分配精度大于或等于 10%的场合;对于不同额定功率的并联模块， 难以实现电流分配。 2.2.2.22.2 有源电流分配法

22、有源电流分配法 有源电流分配法是电流分配方法中的一大类别，其特征是采用互连通讯线 连接所有的并联模块，用于提供共同的电流参考信号。一般并联变换器采用电 流型控制，即电流内环和电压外环双环控制，以下把功率级和电流内环作为变 换器的基本单元。在基本单元外设计控制结构和母线连接方式，形成各类有源 电流分配法，如主从法、平均电流法、最大电流法等。 控制结构指均流环与电压环如何配置，图 2.4 为有源电流分配法的三种控 制结构：电压环环外调整、环内调整和双环调整。环外调整中均流环从电压环 外部叠加（图 2.4a） ，电流母线带宽低，对噪音不敏感，但由于受到低带宽电 压环限制，电流分配控制反应比较缓慢;环

23、内调整中电流分配环从电压环内叠加 （图 2.4b） ，电流分配环可以很好的和电流环结合起来，整个结构简单，电流 分配信号从环内注入，其带宽不受电压环的限制，反应速度快，电流母线的电 压从电压调整放大器获得，但容易引起噪声;双环调整中电流分配环和电压环并 行一起作用于基本单元（图 2.4c） 。 (c)双环调整 图 2.4 三种控制结构 电流母线连接方式指如何从所有的模块中获取公共电流参考信号，表明了 模块间的主从关系。图 2.5 显示了三种电流母线的连接：自主配置、平均配置 和指定配置。自主配置（图 2.5a）中，各个模块和母线之间通过二极管连接， 只有具备最大电流的模块对应的二极管才能导通，

24、电流母线上代表的是最大电 流信号;平均配置（图 2.5b）中，各个模块和母线之间通过参数完全一致的电 阻连接，电流母线上代表的是平均电流;指定配置（图 2.5c）中，只有人为指 定的模块直接连接电流母线,成为主模块。 图 2.5 三种电流母线连接方式 2.2.2.2.3 3 最大电流法最大电流法 图 2.6 所示为最大电流法控制框图，对比图 2.4、图 2.5 可见最大电流分配 技术由环外调整和母线自主配置相结合而成，不改变模块基本单元的内部结构， 只需在电压环外面叠加一个电流环，各模块间接一条电流线 csb。 图 2.6 最大电流法 因为二极管单向性，只有电流最大的模块才能与电流母线相连，该

25、模块即 为主模块。其余为从模块，比较各自电流反馈与电流线之间电压的差异，通过 误差放大器输出来补偿基准电压达到电流分配。 特点是：（1）这种电流分配方法一次只有一个单元参与调节工作，主模块 永远存在且是随机的，为实现冗余最常用的方法;（2）二极管总存在正向压降， 因此主模块的电流分配会有误差;（3）电流分配是一个从模块电流上升并超过 主模块电流的过程，系统中主、从模块的身份不断交替，各模块输出电流存在 低频振荡。 unitrode ic 公司开发的均流控制芯片 uc3902、uc3907 正是基于最大电流 自动电流分配的思想，简化了并联电源系统的设计与调试，得到广泛应用。 2.2.2.2.4

26、4 平均电流分配法平均电流分配法 环外调整结构和母线平均配置相结合形成平均电流分配法。即将图 2.6 中 的二极管用一个电阻 r 代替。如果所有电阻 r 参数完全一致，电流线的电压反 映了所有模块电流的平均值。当 时表明已经达到电流分配，如果电流 csba uu 分配不均，电阻 r 上出现电压，该电压通过误差放大器输出一个误差电压，从 而修正基准电压，以达到电流分配目的。 平均电流法是一项专利技术，可以实现精确的均流。缺点是当电流母线短 路或某个模块不工作时母线电压下降，将促使每个模块电压下调，甚至达到下 限，造成故障。解决办法是自动地把故障模块从电流母线上切除。 2.2.2.2.5 5 主从

27、电流分配法主从电流分配法 在并联电源系统中，人为的指定一个模块为主模块，直接连接到电流母线， 其余的为从模块，从母线上获取电流分配信号。图 2.7 为采用电压环内调整结 构的主从电流分配法。主模块工作于电压源方式，从模块的误差电压放大器接 成跟随器的形式，工作于电流源方式。因为系统在统一的误差电压下调整，模 块的输出电流与误差电压成正比，所以不管负载电流如何变化，各模块的电流 总是相等。 图 2.7 主从电流分配法 采用这种电流分配法，精度很高，控制结构简单，模块间联线复杂。缺点 是一旦主模块出现故障，整个系统将完全瘫痪，宽带电压回路容易产生噪声干 扰。使用中主、从模块间的联线应尽量短。 3

28、3 降压斩波电路降压斩波电路 3.13.1 降压斩波电路的概念降压斩波电路的概念 降压斩波电路是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时 间比率，维持稳定输出电压的一种电路，该电路一般由脉冲宽度调制（pwm）控 制 ic 和 mosfet 构成。降压开关电源属于直流开关电源非隔离式单管 dc/dc 转 换器的派生型。 3.23.2 降压斩波电路的特点降压斩波电路的特点 降压斩波电路是将直流电流变为另一固定电压或可调直流电，也成为直接 变换器。其主要特点有：非常小的内部损耗；非常小的温度漂移；很高的输出 电压稳定度；很好的负载和线性调整率；很宽的工作温度范围；较宽的输入范 围；外围电路

29、非常简单，使用起来极为方便。 3.33.3 降压斩波电路的原理降压斩波电路的原理 3.3.13.3.1 pwmpwm 控制信号控制信号 pwm 波形的产生和控制是降压斩波电路的技术核心之一，本文采用的是模 拟电路构成三角波和直流信号发生电路，用比较器来确定他们的交点，以形成 等脉宽 pwm 波。如图 3.1 所示。 图 3.1 pwm 控制信号 3.3.23.3.2 降压主电路降压主电路 直流降压斩波主电路使用一个全控电压驱动器件 igbt。用控制电路和驱动 电路来控制 igbt 的导通或关断。当 t=0 时，v 管被激励趋于导通，vd 要承受反 压。在 v 管接通的的 t1 时间内，开关管

30、v 流过的电流就是电感电流，电感 l 中 电流直线上升，能量存能电感中。电源 e 向负载供电，负载电压=e,负载电 0 u 流 io 按指数曲线上升。 当 t=t1 时刻 v 管关断，由于电感储能作用，电感电流必须要按某一路径流 通，能量要释放。其中二极管 vd 势必导通，电感电流可通过负载，vd 形成通 电回路。电流经二极管 vd 续流，负载电压近似零，负载电流指数曲线下降。 0 u 为了使负载电流连续且脉动小，故应串联较大的电感 l。 当电路工作稳定时，负载电流在一个周期的初期和终值相等，e t t u on 式中为 v 处于通态时间，处于断态时间；t 为开关周期；为占空比， on t o

31、ff ttt on / 简称导通比。 图 3.2 降压斩波电路主电路 负载电流的平均值为 i=/r 0 u 若负载中 l 值较小，则在 v 关断后，到了 t2 时刻，负载电流已衰减至零， 会出现负载电流断续的情况。有波形可见，负载电压平均值被抬高，一般不 0 u 希望出现电流断续的情况。 图 3.3 降压电路波形图 3.3.33.3.3 降压反馈回路降压反馈回路 根据题目要求，要做到不论输入电压 vi怎样变化，都要得到一定的输出电 压 vo ，并且输出电压值 vo逐渐趋于稳定，所以要设计反馈回路，以达到电压 自动调节。 由公式（3.1）知，输出电压 vo与输入电压 vi 、占空比 d 有关，那

32、么当输 入电压 vi变化时，只要调节占空比 d 就可使输出电压 vo自动稳定到要求得到的 电压值。由 pwm 信号的产生方法可知，调节直流信号 b 的值可直接调节占空比 d，b 与 d 的关系为： bd1 . 01 （3.1） 结合式 3.1 和式 3.2 得： )1 . 01 . 0(vivovib (3.2） 由式 （3.1）可知当输入电压 vi一定时，输出电压 vo只与 b 有关，所以设 计如图（3.2）所示反馈回路得到 b 值。 图中 u 为实际输出电压，uvo，0.1 为实际输出电压 u 与理想输出电压 vo的差 值的反馈比例系数。 4 4 软件仿真设计软件仿真设计 4.14.1 软

33、件介绍软件介绍 4.1.14.1.1 matlabmatlab 仿真软件介绍仿真软件介绍 matlab 是矩阵实验室（matrix laboratory）之意。除具备卓越的数值计 算能力外，它还提供了专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实 时控制等功能。当前流行的 matlab 6.5/7.0 包括拥有数百个内部函数的主包和 三十几种工具包(toolbox).工具包又可以分为功能性工具包和学科工具包.功能 工具包用来扩充 matlab 的符号计算,可视化建模仿真,文字处理及实时控制等功 能.学科工具包是专业性比较强的工具包,控制工具包,信号处理工具包,通信工 具包等都属于此类. 目前

34、，matlab 已经把工具包延伸到了科学研究和工程应用 的诸多领域，诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、优化算法、 偏微分 方程求解、神经网络、小波分析、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统 设计、lmi 控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非 线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、dsp 与通讯、电力系统仿真等，都在工具箱（toolbox）家族中有了自己的一席之地。 4.1.24.1.2 simulinksimulink 仿真环境介绍仿真环境介绍 simulink 是一个以 matlab 的核心数学运算功能、图形处理功能和编程语 言

35、为基础的仿真系统。它是 matlab 软件的扩展，是实现动态系统建摸和仿真的 一个软件包，用于动态系统仿真、性能评估、控制、dsp 和通信系统设计的框 图建模环境。同时，simulink 又是以 matlab 为基础的，必须在 matlab 环境中 运行。simulink 中的“simu”一词表示可用于计算机仿真，而“link”一词表 示它能进行系统连接，即把一系列模块连接起来，构成复杂的系统模型。作为 matlab 的一个重要组成部分，simulink 由于它所具有的上述的两大功能和特色， 以及所提供的可视化仿真环境、快捷简便的操作方法，而使其成为目前最受欢 迎的仿真软件。 另外，simul

36、ink 是一个开放式组件，具有很好的开放性，允许与 matlab 的工具箱一起使用，且可以调用并执行 matlab 的 m 文件。在使用 dsp builder 进行算法的模型设计时，可以通过编写 m 文件来提供图像处理系统的输入，并 将处理后的结果读回显示，这对于数字图像处理来说，是非常有益处的，既可 以方便的读取图像，又可以直观的看到模型输出的图像处理结果，从而根据结 果对设计进行调整。 4.1.34.1.3 simulinksimulink 电路仿真环境使用方法电路仿真环境使用方法 利用 simulink 进行系统仿真的步骤是：启动 simulink；建立 smulink 仿 真模型；设

37、置仿真参数，进行仿真；输出仿真结果。 a.a.启动启动 simulinksimulink 单击 matlab command 窗口工具条上的 simulink 图标，或者在 matlab 命令 窗口输入 simulink，即弹出图示的模块库窗口界面(simulink library browser)。该界面右边的窗口给出 simulink 所有的子模块库。常用的子模块库 有 sources(信号源)，sink(显示输出),continuous(线性连续系统)， discret（线性离散系统)，function & table（函数与表格)，math(数学运算)， discontinuities

38、 (非线性)，demo（演示）等。 每个子模块库中包含同类型 的标准模型，这些模块可直接用于建立系统的 simulink 框图模型。 b.b.打开空白模型窗口；打开空白模型窗口； 模型窗口用来建立系统的仿真模型。只有先创建一个空白的模型窗口，才 能将模块库的相应模块复制到该窗口，通过必要的连接，建立起 simulink 仿真 模型。也将这种窗口称为 simulink 仿真模型窗口。 以下方法可用于打开一个空白模型窗口： (1)(1)在 matlab 主界面中选择【file:newmodel】菜单项； (2)(2)单击模块库浏览器的新建图标； (3)(3)选中模块库浏览器的【file : new

39、 model】菜单项。 c.c.建立建立 smulinksmulink 仿真模型；仿真模型； 在 simulink 模型或模块库窗口内，用鼠标左键单击所需模块图标，图标四 角出现黑色小方点，表明该模块已经选中。在模块库中选中模块后，按住鼠标 左键不放并移动鼠标至目标模型窗口指定位置，释放鼠标即完成模块拷贝。模 块的删除只需选定删除的模块，按 del 键即可。使模块输入输出端口的方向改 变。选中模块后，选取菜单 formatrotateblock，可使模块旋转 900。 d.d.设置仿真参数，进行仿真；设置仿真参数，进行仿真； 模块参数设置：用鼠标双击指定模块图标，打开模块对话框，根据对话框 栏

40、目中提供的信息进行参数设置或修改。例如双击模型窗口的传递函数模块， 弹出图示对话框，在对话框中分别输入分子、分母多项式的系数，点击 ok 键， 完成该模型的设置。 模块的连接：模块之间的连接是用连接线将一个模块的输出端与另一模块 的输入端连接起来；也可用分支线把一个模块的输出端与几个模块的输入端连 接起来。连接线生成是将鼠标置于某模块的输出端口(显一个十字光标) ，按下 鼠标左键拖动鼠标置另一模块的输入端口即可。 分支线则是将鼠标置于分支点， 按下鼠标右键，其余同上。 模块文件的取名和保存：选择模型窗口菜单 filesave as 后弹出一个“save as”对话框，填入模型文件名，按保存(s

41、)即可。 仿真运行和终止：在模型窗口选取菜单【simulation: start】 ，仿真开始， 至设置的仿真终止时间，仿真结束。若在仿真过程中要中止仿真，可选择 【simulation: stop】菜单。也可直接点击模型窗口中的 （或 ） 启动（或停止）仿真。 在 matlab 命令窗口下可直接运行一个已存在的 simulink 模型： t,x,y=sim(model,timespan,option,ut) t 为返回的仿真时间向量； x 为返回的状态矩阵； y 为返回的输出矩阵； model 为系统 simulink 模型文件名； timespan 为仿真时间； option 为仿真参数选

42、择项，由 simset 设置； ut 为选择外部产生输入, =t,u1,u2,un。 t u e.e.输出仿真结果；输出仿真结果； 双击示波器图标，查看输出信号。 4.24.2 仿真电路的搭建仿真电路的搭建 matlab 7.0 中提供了用于电力电子仿真的 power system blockset(psb)工 具箱，在 simulink 下打开 psb 工具箱，建立新文件，用鼠标将要用到的图标拖 放到新建的窗口文件中，将各模块按一定的顺序进行连接，构建成图 5.1 所示 的系统仿真框图。 图 4.1 系统仿真框图 所需说明的是，图中 relational operator 为比较器，选择为大

43、于比较器 使得 b 值越大，占空比 d 越小；ideal switch1 为开关管；current measuremrnt 为电流表；voltage measurement 位电压表；scopel 为示波器， 同时可以显示 pwm 波信号，负载电流信号，反馈公式， vivvb oi 1 . 01 . 0/ 的运算过程。 viooorefo kkivikikvv v / max 4.34.3 电路参数的选择电路参数的选择 4.3.14.3.1 pwmpwm 信号的参数选择信号的参数选择 为了使开关频率够高，选择 pwm 工作频率为 20khz，所以 t0.00005s， 参照反馈值 b 的大小，

44、确定三角波幅值 a10，使得 b 可以与三角波相交，得 到完整的 pwm 波。 在 simulink 环境中，要想运行系统得到完整的 pwm 波形，需设置系统运行 的步长，只有当步长小于周期 t 的四分之一时才能得到完整的波形，所以设置 步长为 0.00001。 4.3.24.3.2 主电路各器件的参数选择主电路各器件的参数选择 a.a.开关管的选择开关管的选择 导通时等效电阻 54 . 0 :)(ondsr 漏源极电压：100v ds v 门极源极电压：20v gs v 开通时间：47ns 关断时间：42ns 门极和漏极总的电荷量=5.0nc g q b.b.二极管的选择二极管的选择 反向电

45、压：200v rmv 平均正向电流 io：10a 导通压降：0.93v maxf v 反向恢复时间：30ns rr t c.c.电感的选择电感的选择 在开个关功率源的功率极中，电感的功能是储存能量，电流流过时能量会 以磁场的方式储存下来，所以定性的说，电感的作用就是试图保持固定不变的 电流值，或者等效的说是限制流过电感电流的变化率。在 dc/dc 电路设计时， 要求设定在连续导通模式下，负载电流都高于某个一定的水平，这个水平通常 是全负载电流的 5%到 10%。输入电压范围，输出电压和负载电阻通常都是由电 路规格来定的，这样电感值就成了让转换器工作在连续导通模式的可设计参数。 让电路工作在连续

46、导通模式的电感的最小值可以由式（4.1）来确定。 (4.1) max1 max1 min 2vv v i tv l ocrito so 带入数值计算得 lmin0.000071h。 d.d.电容的选择电容的选择 在开关功率源的功率级中，由于加载电压输出电容在电厂储存能量，所以 定性的说，电容的功能就是试图保持一个固定不变的电压。 通常选取 dc/dc 功率级的输出电容值，使得把输出电压的纹波电压限制在 规格要求的水平。电容的串联阻抗和功率级的输出电流决定了输出电压的纹波。 导致电容产生阻抗的三哥元素是等效串联电阻、等效串联电感和电容。对于连 续电感器电流模式下的工作，为了确定电容值，需要知道它

47、一个关于输出负载 电流 io、开关频率 fs 、 要求的输出纹波电压vo 的函数，在假定所有输出电 压纹波都是由电容器的电容产生的情况，使用式（4.2） 。这是因为在功率级开 态，输出电容器提供了所有的输出负载电流。 (4.2) os maxmaxo vf di c 式中 io（max）是最大输出电流，dmax是最大占空比。 带入数值计算得 c0.0005f。 e.e.负载电阻的选择负载电阻的选择 为使满足题目要求输出电压最大达 8v。所以负载选择 4。 f.f.电压环和电流环的比例参数电压环和电流环的比例参数 根据均流技术下垂法，改变电流的反馈信号也就改变了外特性曲线，根据公式 算出和。 v

48、iooorefo kkivikikvv v / max i k v k 5 5 系统调试系统调试 5.15.1 降压调试降压调试 由式 2.1 可知，当占空比 d 小于 0.5 时，电路处于降压工作状态，由于占 空比 d 由反馈回路中的参数 constant1 决定，所以当确定输入电压 vi 后，设置 理想输出值 constant1vi 即可得到降压效果。调试过程可反复实验多个输入电 压 vi，检查电路是否能达到预期效果。 当输入电压 u=24v 时，运行系统得到输出电压信号如图 5.1 所示。 图 5.1 电压输出信号图 5.25.2 电流比例电流比例 1:11:1 调试调试 为两个模块并联

49、工作时的等效电路及其外特性曲线。如果两个模块的参数 全相同，即。输出电流信号如图 5.2 所示。 max2max1 vv 图 5.2 电流输出信号 1 i 图 5.3 电流输出信号 2 i 5.35.3 电流比例电流比例 1:21:2 调试调试 根据均流技术改变改变电压环和电流环的比例参数改变外特性改变输出电 流。电流输出信号如图 5.4 所示。 图 5.4 电流输出信号 1 i 图 5.5 电流输出信号 2 i 5.45.4 调试注意事项调试注意事项 在调试过程中，要多次调节 pwm 信号改变占空比观察输出电压信号和输出 电流信号，根据均流技术多次调节反馈电流使输出电流能达到我们所需要的比

50、例。为了使观察到的波形更为完整，在示波器的设置中应该加大取点个数的设 置，将默认的 5000，改为 500000，以满足需要。 在修改参数时，注意要先停止运行系统，再修改参数，运行前先进行保存。 为了看清局部波形的具体数值，可以单击示波器工具栏的放大图标，在需要放 大的波形位置拖动鼠标，便可以看到局部放大后的波形。 结结 论论 通过这么长一段时间的学习和指导，我的论文仿真设计终于完成，看着自 己努力后的结果，有说不出的感触。通过这段时间的努力，对我前期的学习有 了系统的总结。 本设计利用 matlab 仿真软件中的 smulink 环境对并联开关电源的电流比例 进行了设计于仿真。其中包括了前期

51、对 matlab 软件的学习，在学习过程中遇到 了很多的问题，通过查资料逐个解决。之后进行了降压斩波的路的资料收集工 作，对 pwm 波的产生方法进行了深入的学习，对均流技术进行了系统的学习， 中间遇到很多很多问题，通过自己的努力和老师的指导我终于拨开云雾见青天 了。本设计的难点在于主电路的设计和反馈回路的设计，在做这一部分工作时 遇到了很多困难，通过指导老师的指点和各方面资料的阅读，完成了电路的整 体设计。在调试过程中又出现了新的问题：参数的选择。通过公式计算得到了 基本参数，但是在运行时还存在很多细微的偏差，比如电压稳定后与额定值误 差太大等情况，在不断的运行、记录、比较、修改、再运行中，选定了合适的 参数。最终测量了几组数据，都已达到毕业设计任务书的各项要求，成功的完 成了本次毕业设计。 通过这次毕业设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知 识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结 论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 同时让我学会了分析问题、处理问题的方法，可以说达到了举一反三的目的。 为以后工作、学习都打下了比较坚实的基础。 致致 谢谢 大学的美好时光将随着这篇设计的完成告一段落，回首过往不得不唏嘘时 光荏苒。相信下