计算机仿真技术作业五 单端反激DC DC电路仿真设计.docx

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计算机仿真技术作业五单端反激DCDC电路仿真设计

单端反激DC/DC电路仿真

——计算机仿真技术作业五

姓名：

班级：

学号：

一、单端反激电路设计

【实验要求】

设计一个单端反激电路，输入直流电压28V，输出电压5V，输出额定功率30W。

电路开关频率50kHz，整流二极管通态压降0.8V，计算功率管的工作占空比，并选择开关管（选择MOSFET）及二极管。

1、DCM模式时器件的选择

（1）变压器变比及开关管控制信号占空比选择:

取Vs=56V，

（2）占空比选择

（3）原边电感大小的计算

（4）滤波电容大小的计算

2、CCM模式时器件的选择

（1）变压器变比及开关管控制信号占空比选择:

取Vs=56V，

（2）占空比选择

（3）原边电感大小的计算

最小负载电流0.1A，则最大电阻有10欧，原边电感量：

（4）滤波电容大小的计算

二、计算机仿真及分析

【实验要求】

Ⅰ满负载的仿真：

DC/DC变换器，R=0.83Ω，C=1320μF,仿真时间0.2s。

观察并记录MOSFET的工作波形（电压、电流波形），输出整流二极管的工作波形（电压、电流波形），输出电压波形。

Ⅱ小负载的仿真：

R=10Ω,C=1200μF，仿真时间0.5s。

选择合适占空比,使得输出电压为5V。

观察并记录MOSFET的工作波形（电压、电流波形），输出整流二极管的工作波形（电压、电流波形），输出电压波形。

利用simpowersystems建立的仿真模型如下：

图2

1、满负载的仿真：

根据理论算出来的占空比进行仿真，发现输出电压稳定时的有效值为4.92V。

为了更加精确，对占空比进行微调。

实际占空比为0.5363，此时的输出电压为5.001V。

（1）MOSFET的工作波形：

①电压波形：

图3

由上图可以看到，电路刚起动时MOSFET管两端的电压很大，最大可达到73.92V。

MOSFET的工作电压波形存在振荡过程，在t=0.035s时，电路才稳定下来。

对上图波形稳定部分进行局部放大，如下：

图4

由上图，可以看到，开关管在关断时所承受的反向电压大约为60V，在开通时有大约0.3V的正向导通压降，与普通二极管相比，这个电压是很小的（与肖特基二极管相当）。

②电流波形：

图5

由上图可以看到，电路刚起动时有很大的冲击电流，最大可达到8.402A，且存在振荡过程。

大概在t=0.035s时，电路才稳定下来。

对上图波形稳定部分进行局部放大，如下：

图6

由上图，可以清楚地看到电路的开关周期为0.0001s，开关管的正常工作电流为2.5～3.2A。

（2）输出整流二极管的工作波形：

①电压波形：

图7

由上图可以看到，电路刚起动时二极管两端的电压很大，最大可达到12.54V。

二极管的工作电压波形存在振荡过程，在t=0.035s时，电路才稳定下来。

对上图波形稳定部分进行局部放大，如下：

图8

由上图，可以看到，在开关管关断期间，二极管导通，其正向压降大约为0.7V；在MOSFET开通期间，二极管反向截止，其承受的反向压降为-10V。

②电流波形：

图9

由上图可以看到，电路刚起动时流过二极管的电流很大，最大可达到47.01A。

电流波形存在振荡过程，大概在t=0.035s时，才稳定下来。

对上图波形稳定部分进行局部放大，如下：

图10

由上图可知，开关管的正常工作电流为14～18A。

（3）输出电压波形：

图11

由上图可以看到，电路刚起动时输出电压存在振荡过程，峰值为7.626V，在t=0.035s时，输出电压才稳定在5V。

对上图波形稳定部分进行局部放大，如下：

图12

由上图可知，输出电压的波动范围为：

4.96～5.04V，纹波电压百分数为

。

2、小负载的仿真：

根据理论算出来的占空比0.5327进行仿真，发现输出电压稳定时的有效值为6.883V。

这显然不满足要求。

改变占空比，经多次尝试，发现当占空比为0.3935，输出电压有效值为5V。

（1）MOSFET的工作波形：

①电压波形：

图13

此图虽然比较模糊，但至少可以给予我们这样一个信息：

电路起动时，MOSFET两端电压没有出现瞬间冲击。

对上图波形稳定部分进行局部放大，如下：

图14

由上图可知，开关管在关断时所承受的反向电压大约为60V、28V，在开通时有大约0.05V的正向导通压降，比满载时小了很多。

为什么在MOSFET关断时，其反压有突变呢？

观察图14、16、18、20，我们可以发现激磁电流断续了（或者，变压器磁动势不连续）。

当流经二极管的电流提前下降到0时，变压器被短路，但由于MOSFET还未导通，MOSFET直接承受电源28V的反压。

同理，此时的二极管承受电容5V的反压。

②电流波形：

图15

由上图可以看到，电路起动时流经MOSFET的电流较大，最大为4A，只有满载（8.4A）时的一半。

对上图波形稳定部分进行局部放大，如下：

图16

由上图可知，在正常的工作状态下，流经MOSFET的电流为0～0.5333A。

（2）输出整流二极管的工作波形：

①电压波形：

图17

由上图可以看到，起动时二极管两端电压没有瞬间冲击，也没有振荡过程。

对上图波形稳定部分进行局部放大，如下：

图18

由上图，可以看到，。

②电流波形：

图19

由上图可以看到，起动时，流经二极管的电流存在较大冲击，最大电流为22A，但没有振荡过程。

对上图波形稳定部分进行局部放大，如下：

图20

由上图可知，开关管的正常工作电流为0～2.936A。

（3）输出电压波形：

图21

由上图可以看到，输出电压没有超调。

对上图波形稳定部分进行局部放大，如下：

图22

由上图可知，输出电压的波动范围为：

4.996V～5.003V。

纹波电压百分数为

。

这比满载时小了很多。

三、选择器件的应力

【实验要求】

通过仿真分析，选择合适的功率管和整流二极管（耐压，耐流）。

通过上面的仿真分析，我们可以看到，满载对于功率管和整流二极管的应力提出了更高的要求。

所以，倘若不加入任何抑制起动冲击的电路结构，我们可以基于满载仿真分析得到选择功率管、整流二极管的耐压与耐流。

满载仿真分析表明：

MOS管所承受的最大反压为60V，流经的最大电流为8.4A。

二极管所承受的最大电压为12.54V，流经的最大电流为47.01A。

故而，所选择的MOS管参数为80V/10A，二极管参数为20V/60A。

【参考文献】

［1］NedMohan，ToreM.Vndeland，WilliamP.Robbbins.PowerElectronic:

Converters,Applications,AndDesign［M］.北京：

高等教育出版社，2004.

［2］马莉.MATLAB语言实用教程［M］.北京：

清华大学出版社，2010.

［3］洪乃刚.电力电子、电机控制系统的建模和仿真［M］.北京：

机械工业出版社，2013.