基于MATLAB的升压-降压式变换器的仿真

时间:2025-07-11

直流斩波电路的种类很多,包括6种基本斩波电路:降压斩波电路,升压斩波电路,升降压斩波电路,Cuk斩波电路,Sepic斩波电路,Zeta斩波电路,前两种是最基本电路。本文先分析了降压斩波电路,升压斩波电路,升降压斩波电路的工作原理,又用Matlab对升压-降压变换器进行了仿真建模,最后对仿真结果进行了分析总结。

基于MATLAB的升压-降压式变换器的仿真

自动0703 祁婕

一、 摘要(150-250字)

直流斩波电路(DC Chopper)的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电,也称为直接直流—直流变换器( DC/DC Converter)。直流斩波电路的种类很多,包括6种基本斩波电路:降压斩波电路,升压斩波电路,升降压斩波电路,Cuk斩波电路,Sepic斩波电路,Zeta斩波电路,前两种是最基本电路。应用Matlab的可视化仿真工具Simulink建立了电路的仿真模型,在此基础上对升降压斩波Boost—Buck电路进行了较详细的仿真分析。

本文先分析了降压斩波电路,升压斩波电路,升降压斩波电路的工作原理,又用Matlab对升压-降压变换器进行了仿真建模,最后对仿真结果进行了分析总结。

二、 设计目的和意义

通过本次设计,希望达到以下目的:

1、理解直流斩波电路中:降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路的工作原理,熟悉其原理图及工作时的波形图,掌握着两种电路的输入输出关系、电路解析方法、工作特点,并在理解的基础上会对直流斩波电路进行分析计算,加深对直流斩波电路的掌握及应用。

2、掌握应用Matlab的可视化仿真工具Simulink建立电路的仿真模型的方法,在此基础上对升降压斩波Boost—Buck电路进行详细的仿真分析,以提高设计建模的能力及加强对Matlab/Simulink软件的熟练程度。

3、认真分析总结仿真结果,将仿真波形与常规分析方法得到的结果进行比较,总结结论,体会Matlab软件在电力电子技术学习和研究中的应用价值。

三、 设计原理

1、降压斩波电路(Buck Chopper)工作原理

(1)t=0时刻驱动V导通,电源E向负载供电,负载电压uo=E,负载电流io按指数曲线上升。

(2)t=t1时控制V关断,二极管VD续流,负载电压uo近似为零,负载电流呈指数曲线下降。通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。

(3)t=t2时刻,再次驱动V导通,重复上述过程。

直流斩波电路的种类很多,包括6种基本斩波电路:降压斩波电路,升压斩波电路,升降压斩波电路,Cuk斩波电路,Sepic斩波电路,Zeta斩波电路,前两种是最基本电路。本文先分析了降压斩波电路,升压斩波电路,升降压斩波电路的工作原理,又用Matlab对升压-降压变换器进行了仿真建模,最后对仿真结果进行了分析总结。

a) 原理图

b) 电流连续时的波形图

图(1) 降压斩波电路的原理图及波形图

数量关系: 负载电压平均值:U0 tonton toffE tonTE E

ton——V在一个周期内的导通时间 toff——V在一个周期内的关断时间

T为斩波周期,T=ton+t0ff

负载电流平均值:I0 a--导通占空比 0U EMR

2、升压斩波电路(Boost Chopper)工作原理

(1)假设L和C值很大。

(2)V处于通态时,电源E向电感L充电,电流恒定I1,电容C向负载R供电,输出电压Uo恒定。

(3)V处于断态时,电源E和电感L同时向电容C充电,并向负载提供能量。

直流斩波电路的种类很多,包括6种基本斩波电路:降压斩波电路,升压斩波电路,升降压斩波电路,Cuk斩波电路,Sepic斩波电路,Zeta斩波电路,前两种是最基本电路。本文先分析了降压斩波电路,升压斩波电路,升降压斩波电路的工作原理,又用Matlab对升压-降压变换器进行了仿真建模,最后对仿真结果进行了分析总结。

a) 原理图

b) 波形图

图(2) 升压斩波电路的原理图及波形图

数量关系:

设V通态的时间为ton,此阶段L上积蓄的能量为 EI1ton

设V断态的时间为toff,则此期间电感L释放能量为 (U0 E)I1toff

稳态时,一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等:EI1toff (U0 E)I1toff 化简得: U

0 ton tofftonE TtonE T/off>1,输出电压高于电源电压,故为升压斩波电路。

3、升降压斩波电路(buck -boost Chopper)工作原理

(1)V通时,电源E经V向L供电使其贮能,此时电流为i1。同时,C维持输出电压恒定并向负载R供电。

(2)V断时,L的能量向负载释放,电流为i2。负载电压极性为上负下正,与电源电压极性相反,该电路也称作反极性斩波电路。

直流斩波电路的种类很多,包括6种基本斩波电路:降压斩波电路,升压斩波电路,升降压斩波电路,Cuk斩波电路,Sepic斩波电路,Zeta斩波电路,前两种是最基本电路。本文先分析了降压斩波电路,升压斩波电路,升降压斩波电路的工作原理,又用Matlab对升压-降压变换器进行了仿真建模,最后对仿真结果进行了分析总结。

a) 原理图

b) 波形图

图(3) 升压/降压斩波电路的原理图及波形图

数量关系:

稳态时,一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为零,即:

T

0uLdt 0

当V处于通态时,uL E;当V处于断态时,uL uo;于是:

Eton U0toff

所以输出电压为: U0 tontoffE tonT tonE 1 E

由此可见,改变导通占空比α,就能够 …… 此处隐藏:3580字,全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……

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