电力电子系统建模与控制作业

2023/2/6电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)1/共23页Buck电路仿真研究《电力电子系统建模与控制（双语）》作业2023/2/6电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)2/共23页主要内容Buck电路仿真参数Buck电路开环仿真Buck电路闭环仿真1232023/2/6电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)3/共23页1

Buck电路仿真参数1.1已给定参数输入电压Vi为100V输出电压Vo为80V输出功率Po为500W开关频率f为20kHz输出电压纹波γ为1%电感电流相对波动度δ为0.12023/2/6电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)4/共23页1

Buck电路仿真参数1.2电感、电容计算（1）电感L计算由可得L=0.64mH，其中D为占空比，R为负载电阻。（2）电容C计算

由可得C=9.7656μF。2023/2/6电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)5/共**页2Buck电路开环仿真2.1输入电压突变

仿真电路如左图所示。在5ms时，输入电压由100V突变为120V，其仿真波形如左下图所示；在5ms时，输入电压由100V突变为80V，其仿真波形如右下图所示。输出电压电感电流输出电压电感电流2023/2/6电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)6/共23页2Buck电路开环仿真2.2负载突变负载突变时的仿真电路如上图所示，在5ms时进行负载切换，下面给出负载切换时的仿真波形，共有4组。2023/2/6电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)7/共23页2Buck电路开环仿真2.2.1满载到半载切换在5ms时进行满载到半载切换，电感电流、输出电压波形如上图所示。2023/2/6电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)8/共23页2Buck电路开环仿真2.2.2半载到满载切换在5ms时进行半载到满载切换，电感电流、输出电压波形如上图所示。2023/2/6电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)9/共23页2Buck电路开环仿真2.2.3满载到空载切换在5ms时进行满载到空载切换，电感电流、输出电压波形如上图所示。2023/2/6电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)10/共23页2Buck电路开环仿真2.2.4空载到满载切换在5ms时进行空载到满载切换，电感电流、输出电压波形如上图所示。2023/2/6电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)11/共23页3Buck电路闭环仿真3.1Buck闭环仿真电路2023/2/6电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)12/共23页3Buck电路闭环仿真3.2.1满载到空载分析当Buck电路由满载切换到空载后，电感上储存的能量向电容上转移（还有可能向电源回馈能量，这取决于满载到空载的切换时刻），电容电压急剧上升至输入电压（100V）左右，电感电流急剧下降至零左右。由于输出电压上升使得PI调节器的输出为零，开关管关断。实际上，开关管在切换负载后会继续导通一段时间。与此同时，电容开始向采样电阻放电。当电容电压降至80V时，系统使输出电压稳定在80V，电感电流工作在断续状态，放电时间为170.6ms，总的恢复时间为197.2ms。若无采样电阻，电容电压维持在100V左右。在5ms切换时会有能量回馈现象，在5.01ms切换时则没有，下面以在5ms时切换负载为例进行说明。2023/2/6电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)13/共23页3Buck电路闭环仿真3.2.2整体波形2023/2/6电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)14/共23页3Buck电路闭环仿真3.2.35ms负载切换时的输出电压波形输出电压波形如左图所示，在5ms时，负载由满载切换到空载，输出电压有一个过冲。2023/2/6电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)15/共23页3Buck电路闭环仿真3.2.45ms负载切换时的电感电流波形如左图所示，在5ms时，负载由满载切换到空载，电感电流出现负值，能量向电源回馈。2023/2/6电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)16/共23页3Buck电路闭环仿真3.2.45ms负载切换时的相关波形

5ms满载切换到空载时的反馈电压Vf、PI调节器输出Vpi、偏差信号Verror、驱动信号Vg波形如左图所示。2023/2/6电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)17/共23页3Buck电路闭环仿真3.2.5在空载时开关管开始工作时的波形2023/2/6电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)18/共23页3Buck电路闭环仿真3.2.6空载时开关管开始工作时的相关波形在空载时，开关管开始工作时的反馈电压Vf、PI调节器输出Vpi、偏差信号Verror、驱动信号Vg波形如左图所示。2023/2/6电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)19/共23页3Buck电路闭环仿真3.2.7空载稳态波形2023/2/6电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)20/共23页3Buck电路闭环仿真3.2.8240ms时空载切换到满载时的波形2023/2/6电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)21/共23页3Buck电路闭环仿真3.2.9无采样电阻时的整体波形2023/2/6电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)22/共23页3Buck电路闭环仿真3.3有无软起动比较无软起动，PI调节器输出有限幅时波形如上图所示。此时，输