开关电源《基于matlabsimulink的boost电路仿真》.docVIP

基于Matlab/Simulink 的BOOST电路仿真 姓 名： 学 号： 班 级： 时间：2010年12月7日 1 引 言 BOOST 电路又称为升压型电路, 是一种直流- 直流变换电路, 其电路结构如图1 所示。此电路在开关电源领域内占有非常重要的地位, 长期以来广泛的应用于各种电源设备的设计中。对它工作过程的理解掌握关系到对整个开关电源领域各种电路工作过程的理解, 然而现有的书本上仅仅给出电路在理想情况下稳态工作过程的分析, 而没有提及电路从启动到稳定之间暂态的工作过程, 不利于读者理解电路的整个工作过程和升压原理。采用matlab仿真分析方法, 可直观、详细的描述BOOST 电路由启动到达稳态的工作过程, 并对其中各种现象进行细致深入的分析, 便于我们真正掌握BOO ST 电路的工作特性。 图1 BOO ST 电路的结构 2 电路的工作状态 BOO ST 电路的工作模式分为电感电流连续工作模式和电感电流断续工作模式。其中电流连续模式的电路工作状态如图2 (a) 和图2 (b) 所示, 电流断续模式的电路工作状态如图2 (a)、(b)、(c) 所示, 两种工作模式的前两个工作状态相同, 电流断续型模式比电流连续型模式多出一个电感电流为零的工作状态。 (a) 开关状态1 (S 闭合) (b) 开关状态2 (S 关断) (c) 开关状态3 (电感电流为零) 图2 BOO ST 电路的工作状态 3 matlab仿真分析 matlab 是一种功能强大的仿真软件, 它可以进行各种各样的模拟电路和数字电路仿真，并给出波形输出和数据输出, 无论对哪种器件和哪种电路进行仿真, 均可以得到精确的仿真结果。本文应用基于matlab软件对BOO ST 电路仿真, 仿真图如图3 所示, 其中IGBT作为开关, 以脉冲发生器脉冲周期T=0.2ms,脉冲宽度为50%的通断来仿真图2 中开关S的通断过程。 图3 BOO ST 电路的PSp ice 模型 3.1电路工作原理 在电路中IGBT导通时，电流由E经升压电感L和V形成回路，电感L储能；当IGBT关断时，电感产生的反电动势和直流电源电压方向相同互相叠加，从而在负载侧得到高于电源的电压，二极管的作用是阻断IGBT导通是，电容的放电回路。调节开关器件V的通断周期，可以调整负载侧输出电流和电压的大小。负载侧输出电压的平均值为: （3-1） 式（3-1）中T为开关周期, 为导通时间， 为关断时间。 升压斩波电路之所以能使输出电压高于电源电压，关键有两个原因:一是L储能之后具有使电压泵升的作用，二是电容C可将输出电压保持住。在以上分析中，认为开关处于通态期间因电容C的作用使得输出电压不变，但实际上C值不可能为无穷大，在此阶段其向负载放电，必然会有所下降，故实际输出电压会略低于理论所得结果，不过，在电容C值足够大时，误差很小，基本可以忽略。 3.2在模型中设置仿真参数： （1）设置电源电压为200V，电阻的阻值为5Ω。 （2）脉冲发生器脉冲周期T=0.2ms,脉冲宽度为50%。 （3）IGBT和二极管的参数可以保持默认值。 （4）初选L的值为0.1ms，C的值为100μF。 3.3启动仿真 3. 31 电路瞬态过程分析 设置仿真时间为0.03s，算法采用ode15s。仿真波形如图3.1.1.14-7所示,其放大的电路图为图3.1.1.2，所对应的开关管电压的波形、二极管电流的波形、输出电压的波形、开关管电流的波形、现分析其工作过程如下: 0～0.1ms 时段: 开关处于断开状态, 直流电源通过电感、二极管向负载供电, 电路处于稳态。 图3.3.1.1 电路相应信号仿真波形 0.1ms～ 0.2ms 时段: 开关于0.1ms～ 0.2ms 之间闭合, 并保持闭合状态直到0.2ms, 电路处于图2. a) 状态。由于电路开关状态发生突变, 电路进入暂态。由于开关闭合,开关电压降为0, 电感两端产生压降, 电感电流开始增长, 电感开始储存能量; 此时二极管D 处于断态, 输出端由电容C 向负载RL 提供能量, 因此可以明显的观察到, 电容上的输出电压在下降, 这意味着电容在释放刚刚静态时储存的能量。 0.2ms～ 0.3ms 时段: 开关于0.2ms～ 0.3ms 之间断开, 并保持断开状态直到0.3ms, 电路处于图2. b) 状态。电路开关状态再次发生突变, 电路仍处在暂态中。 电感与电源V串联, 以高于电源的电压向电路的后级供电, 使电路产生了升压作用。此时, 电感向后级电路释放能量, 电感电流不断减小