基于MATLAB的升压－降压式变换器的仿真

一、摘要

直流斩波电路就是将直流电压变换成固定的或可调的直流电压，也称DC/VC变换。使用直流斩波技术，不仅可以实现调压功能，而且还可以达到改善网侧谐波和提高功率因素的目的。直流斩波技术主要使用于已具有直流电源需要调节直流电压的场合。

直流斩波包括降压斩波电路、升压斩波电路和升降压斩波电路。而利用升压——降压变换器，既可以实现升压，也可以实现降压。

二、设计目的

通过对升压-降压（Boost-Buck）式变换器电路理论的分析，建立基于Simulink的升压-降压式变换器的仿真模型，运用绝缘栅双极晶体管（IGBT）对升压－降压进行控制，并对工作情况进行仿真分析和研究。通过仿真分析也验证所建模型的正确性。

三、设计原理

升压-降压式变换器电路

图如右图所示。

设电路中电感L值很大，电容 C值也很大，使电感电流L和电容 电压u0基本为恒值。

设计原理是：当可控开关V出于通态时，电源经V向电感L供电使其贮存能量，此时电流为i1，方向如图1-1中所示。同时，电容C维持输出电压基本恒定并向负载R供电。此后，使V关断，电感L中贮存的能量向负载释放，电流为i2，方向如图1-1中所示。可见，负载电压极性为上负下正，和电源电压极性相反，因此该电路也称作反极性斩波电路。

稳定时，一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为零 则 ： ?T0iuLdt?0

?u0当V处于通态期间时，uL?E；而当V处于端态期间时，uL?。

于是，

Eton?U0toff，所以输出电压为:

U?ton?E?Etoff?

其中β=1-α，若改变导通比α，则输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0<α<0.5时为降压，当0.5<α<1时为升压，如此可以实现升压-降压的变换，该电路称作升降压斩波电路即升降压变换器。

图中给出了电源电流i1和负载电流

i2的波形，设两者的平均值分别为I1和I2，

当电流脉动足够小时，有

可得如下

tI1?onI2tofft0ff

t0n

如果V、VD为没有损耗的理想开关时，

UI则: EI1?02，

I2?I1??I1?

其输出功率和输入功率相等，可将其看作直流变压器。

四、详细设计步骤

3、在MATLAB中的Simulink下画出仿真模型。

打开Power System工具箱中的电力电子模块组,分别复制一个IGBT 模块、二极管Diode 模块到模型中。打开IGBT 对话框,按照默认值设置相关参数,并取消内部缓冲电路,即RS=inf、CS=0。

打开电源模块, 复制一个直流电压源模块Us，电压源Us=100V

打开元件和接地模块组, 复制一个串联RLC元件模块和一个并联RLC原件模块以及接地模块到模型窗口中打开参数设置对话框, 要将串联的RLC电路改单个L原件，设置参数为R=0、L=5mH，C=inf。将并联的RLC原件模块改成并联的RC模块，设置参数为R=50、L=inf、C=3e-6

从Simulink 信号和系统模块组中复制一个具有两个输出信号的分离器,输入端连接到IGBT 的m 端(用于IGBT 电流和电压的测量), 一个输出端接到示波器Scope 的输入端上。

从Simulink 输入源模块组中复制一个脉冲发生器模型模型窗口中,命名为Pulse并将其输出接到IGBT 的门极上。

从连接器模块组中复制两个T 连接器到仿真模型窗口中, 作为多元件连接的节点。

则仿真电路图如下

五、仿真

打开仿真参数窗口, 选择ode23tb 算法,相对误差设置为 1e-03,开始仿真时间设置为0,停止仿真时间设置为 0.002s

打开脉冲发生器窗口，参数设置：幅值=10，周期=0.0001，占空比分别为30%、50%、75%。

通过示波器可以得出在不同的占空比下，IGBT的电流值，电感的电流值以及负载的电压值，波形图如下。其中，Ic为IGBT电流，Il为电感电流，V为负载电压

1、当占空比为30%时，以下分别为Ic、V、Il的值

2、以下为占空比为50%时Ic、V、Il的值