电力电子仿真作业.docx

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电力电子仿真作业

升压（Boost）变换器的MATLAB仿真

摘要

伴随着高速的电力电子技术的发展，电力电子器件的种类及设备越来越多，其应用领域也越来越广泛，电子器件设备正向着小型化发展，这也直接导致了电源向轻、薄、小和高效率方向发展。

开关电源因其体积小、重量轻和效率高等优点在电子设备中有着广泛的应用，因此，人们对于开关电源的研究也在不断的向前发展，并向着低电压，大电流和高效率方向发展。

现代开关电源有两种：

一种是直流开关电源；另一种是交流开关电源。

这里主要介绍的只是直流开关电源，其功能是将电能质量较差的原生态电源（粗电），如市电电源或蓄电池电源，转换成满足设备要求的质量较高的直流电压（精电）。

直流开关电源的核心是DC/DC变换器。

直流-直流（DC-DC）变换器，能将一种直流电源变换为另一种具有不同输出特性的直流电源。

一般按照电路拓扑的不同，DC-DC变换器分为不带隔离变压器的DC-DC变换器和带隔离变压器的DC-DC变换器。

不带隔离变压器的DC-DC变换器主要分为降压（Buck）变换器、升压（Boost）变换器、升降压（Suck-Boost）变换器、丘克（Cuk）变换器。

其中Buck电路和Boost电路是DC-DC变换器最基本的两种拓扑形式。

DC-DC变换器的基本手段都是通过开关器件的通断，使带有滤波器的负载线路与直流电源一会儿接通，一会儿断开，在负载上得到另一个等级的直流电压。

本仿真着重介绍Boost变换器的原理，并进行MATLAB/SIMULINK仿真分析。

关键词：

开关电源；DC/DC;升压（boost）变换器；

1.升压（Boost）变换器的电路拓扑及其分析

图1-1Boost变换器电路拓扑

升压式（Boost）变换器是一种输出电压等于或高于输入电压的单管非隔离直流变换器。

通过控制开关管T的导通比，可控制升压变换器的输出电压。

根据电感电流是否连续，升压变换器可以分为连续导电状态、不连续导电状态及临界状态三种工作模式。

（1）Boost变换器电感电流连续模式

当开关管T导通时，二极管阳极接Us负极，承受反压而截止。

电容C向负载R供电，极性上正下负。

电源电压Us全部加到电感两端UL=Us，在该电压作用下电感电流iL线性增长，储存的磁场能量也逐渐增加。

在一个开关周期Ts内开关管T导通的时间为ton。

当T截止时，iL经二极管D流向输出侧，电感L中的磁场将改变L两端的电压极性，以保持iL不变，这样电源电压Us与电感电压UL串联给C和R供电，负载R端电压U0仍然是上正下负。

电感上的电压为Us-U0<0，电感电流iL线性减小。

在一个周期TS内开关管T断开的时间为Ts-ton。

到TS时刻，iL达到最小值iL2。

最后推出电压增益公式

DC是占空比。

由公式可知，Dc是一个小于1的数，输出电压与输入电压的比值始终大于等于l，即输出电压高于输入电压。

（2）Boost变换器电感电流断续模式

T导通时，与电感电流连续模式下的工作情况相同，T关断，电感中电流iL线性衰减，直到t2时刻下降到零。

经推理，Boost变换器电感电流临界连续条件为

纹波电压△U0及电容设计，

从而有

2.升压（Boost）变换器电路的参数选择

将一个输入电压为3-6V的不稳定电源升压到稳定的15V，纹波电压低于0.2%，负载电阻l0Ω，开关管选择MOSFET，开关频率为40kHz，要求设计电感电流连续与不连续两种情况。

设计仿真参数、搭建仿真模型并分析结果。

（1）确定占空比调节范围：

（2）确定电感值：

实际电感值可取临界值的1.2倍，因此L取15μH。

（3）确定电容值：

实际中所取电容值应该有一个裕量，在本次仿真中不取裕量，直接取电容为1mF。

3.升压（Boost）变换器的matlab仿真模型

其中，直流电压设计为6v，电容设为1mF。

电阻设为10Ω，选择“Branchvoltage”，电感设为15μH，选择“Branchvoltageandcurrent”：

Mosfet的二极管的导通压降〔ForwardVoltage（V）]改为0，导通电阻（ResistanceRon）设置为很小，比如0.00000001，勾选“Showmeasurementport”。

二极管的参数同上：

Multimeter中添加电感电流与电感电压，以及电阻电压，Scope设置为6个输入通道。

BusSelector设置为测试各自的电流。

PulseGenerator中Period（secs）设置为25e-6，PulseWidth（%ofperiod）设置为60。

MeanValue中Averagingperiods设置为20e-6，并且选取Display

4.升压（Boost）变换器的仿真结果与分析

Display显示的是输入为6V时的输出电压平均值为15.04V。

输出波形如所示。

从上到下依次为为MOSFET门极触发脉冲Ug、电感电压UL、电感电流iL、输出电压U0、二极管电流iD.，MOSFET电流iT。

如果将输入电压改为3V，占空比改为0.8，输出电压平均值为14.93V，输出波形如下图所示。

如果电感值低于12μH，模式变为电感电流断续模式，例如输入电压为6V，占空比为0.6，将电感值变为6μH，输出电压平均值为19.48V，输出波形如下图所示。

可以明显看出，电感电压的周期和触发脉冲电压的周期不再相同。

输入电压为6V，占空比为0.6，将电感值变为4μH，输出电压平均值为23.03V，输出波形如下图所示。

5.结论

通过仿真结果可以发现，升压（Boost）变换器可以将一个输入电压为3-6V的不稳定电源升压到稳定的15V，随着输入电压不同，可以调整占空比，从而达到要求的电压值。

除了设计电感电流连续模式，还设计了不连续模式，在不连续模式下，电感电压的周期和触发脉冲电压的周期不再相同。

在同样的输入和占空比情况下，电感电流不连续时的输出会变大，并且电感值越小输出电压越大。