基于mantlab的dc-dc电路主电路仿真分析_毕业设计论文(编辑修改稿)

基于mantlab的dc-dc电路主电路仿真分析_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

种复合概念的斩波器。 前面介绍的 电流可逆 斩波电路是由不 同的基本斩波电路组合而成的。 与此不同，多相多重斩波电路是在电源和负载之间接入多个结构相同的基本斩波电路而构成的。 一个控制周期中电源侧的电流脉波数称为斩波电路的相数，负载电流脉波数称为斩波电路的重数。 内蒙古工业大学本科毕业 设计说明书 7 图 三相三重斩波电路 图 所示为三相三重降压斩波电路。 该电路相当于由三个降压斩波电路单元并联而成，总输出电流为三个斩波电路单元输出电流之和，其平均值为单元输出电流平均值的三倍。 而三个单元电流的脉动幅值互相抵消，使总的输出电流脉动幅值变得很小。 多相多重斩波电路的总输出电流最大脉动率（即电流脉动幅值与电 流平均值之比）与相数的平方成反比，且输出电流脉动频率提高，因此多相多重斩波电路和单相斩波电路相比，在输出电流最大脉动率一定时，所需平波电抗器的总重量大为减轻。 工作原理 与数量关系 当上述电路电源公用而负载为三个独立负载时，则为三相一重斩波电路，而当电源为三个独立电源，向一个负载供电时，则为一相三重斩波电路。 此时，电源电流为合可控开关的电流之和，其脉动频率为单个斩波电路时的三倍，谐波分量比单个斩波电路时显著减小，且电源电流的最大脉动率也是与相数的平方成反比。 这使得由电源电流引起的感应干扰大大减小 ，若需滤波，只需接上简单的 LC 滤波器就可充分防止感应干扰。 多相多重斩波电路还且有备用功能，各斩波电路单元可互为备用，万一斩波单元发生故障，其余各单元可以继续运行，使得总体的可靠性提高。 由于多相多重电路 由三个降压斩波电路单元并联而成 所以数量关系可由 节中降压斩波电路数量关系得到。 MATLAB 建模与仿真 分析 启动 MATLAB ，进入 SIMULINK 后新建文档，绘制电流可逆斩波 电路内蒙古工业大学本科毕业 设计说明书 8 仿真模型如图 所示。 双击各个模块，在出现的对话框中设置相应的电气参数。 （ 1） 直流电压源参数设置：直流电源电 压为 200V。 （ 2） 电感、电阻参数设置： L1=L2=L3=5mH、 R=2Ω。 （ 3） 脉冲发生器模块（ Pulse）的参数设置：振幅为 1V，频率为 1kHz(即周期为 )、脉冲宽度为 20。 三个驱动信号相位差依次相差120176。 （即相差 ）。 图 三相三重斩波电路仿真模型 设置好各元件参数后，将 MATLAB 工具栏中的仿真时间设为 ，最终显示的是 ～ 的电路波形，此时电路基本接近稳态。 单击工具栏的 按钮进行仿真。 双击示波器模块，得到仿真结果如图 所示。 波形图由上到下依 次为驱动信号 3， L L L3 电流 ，输出 电压 、电源电流。 内蒙古工业大学本科毕业 设计说明书 9 1012u G E 1 / u G E 2 / u G E 3 1 0010203040i L 1 / i L 2 / i L 32 1 . 8 1 . 6 1 . 4 1 . 2 1 0 . 8 0 . 6x 1 010203040O u t p u t v o l t a g e / S o u r c e c u r r e n t图 三相三重斩波电路仿真波形 从图 中可以看出， 总输出电流为三个斩波电路单元输出电流之和，其平均值为单元输出电流平均值的三倍。 而三个单元电流的脉动幅值互相抵消，使总的输出电流脉动幅值变得很小。 与理论分析相符，验证了仿真结果的准确性。 内蒙古工业大学本科毕业 设计说明书 10 第二章 单端正激电路 主电路结构 单端正激电路实际上就是一个带隔离变压器的 Buck 变换电路，图 所示 为 单端正激变换器。 其中 Ui 加 一直流电源以提供能量， VD1 是 输出整流二极管、 VD2 是续流二极管、 L 和 C 是输出滤波电感和滤波电容。 隔离变压器有三个绕组，原边绕组 W1，匝数 N1；副边绕组 W2，匝数 N2；复位绕组 W3， 图 单端正激变换器 匝数 N3。 绕组中标 有 “ •”的一端为同名端。 VD3 是复位绕组 W3 的 串联 二极管。 通过图中的开关 S 周期 性的开通与关断来控制电路。 工作 原理 与数量关系 开关 S 开通后， 电源电压 Ui 加在 N1 上， 一次绕组 N1 的电流 i1 线性上升。 变压器绕组 W1 两端的电压为上正下负，与其耦合的 W2 绕组两端的电压也是上正下负，因此 VD1 处于通态， VD2 为断态 ， 电感电流 iL=i1 向负载供电。 开关 S 关断后， 三个绕组的电压均反向： W2 的电压下正上负使 VD1 关断 、VD2 导通， iL 经 VD2 续流。 变压器的励磁电流经 N3 绕组和 VD3 流回电源，所以 S 关断后承受的电压为 式（ 21）。 iS UNNu )1(31 （ 21） 内蒙古工业大学本科毕业 设计说明书 11 在开关 S 开通后，由于 i1 由零开始线性增加，直到 S 关断。 所以必须保证在 S 关断期间使 i1 的电流降到零，否则励磁电流会在本周期结束时的剩余 值的基础上不断增 加，最终导致变压器励 磁电感饱和。 损坏电路中的开关元件。 在正激电路中， 变压器 的 磁芯复位很重要，磁芯复位过程见图。 图 正激电路磁芯复位过程 变压器变压器 绕组 W3 和 VD3 组成复位电路使变压器励磁电流在 S 关断期间流回电源，并逐渐的降到零。 从 S 关断到绕组 W3 的电流降到零所需的时间 trst 见式（ 22）。 on13rst tNNt  （ 22） S 处于关断的时间必须大于 trst， 这就可得到占空比 D≤ Dmax= N1/（ N1+ N3） （ 23） 在输出滤波电感电流连续的情况下，即 S 开通时电感电流不为零，输出电压与输入电压 关系 为 ： i12o DUNNU  （ 24） 对于变压器的设计，变比 内蒙古工业大学本科毕业 设计说明书 12 DFUUDUUUNN 0m in1m in2m in121μ (25) 式中， min1U 为 变压 器一次侧电压最小值， min2U 为二次侧电压最小值。 对于滤波电感与电容的设计，根据电路形式与电流文波的大小就可以确定出电感值。 由式（ 23）得 Dmax，再由（ 24）得到 0maxU ， 因为输出电流I0 等于电感峰值电流，所以有： LTURU ON1m ax0  （ 26） 则 ， max01UTUL ON （ 27） 在 L、 C 滤波电路中， 谐振频率一般为开关频率的 1/10～ 1/2，谐振频率 (28) 在确定 L 后则可确定滤波电容 C 的值。 MATLAB 建模与仿真 结果 分析 启动 MATLAB ，进入 SIMULINK 后新建文档，绘制 正激电路 仿真模型如图 所示。 双击各个模块，在出现的对话框中设置相应的电气参数。 （ 1） 直流电压源参数设置：直流电源电压为 100V。 （ 2） 电感、电容、电阻参数设置： C=40μF、 L=1mH、 R=4Ω。 （ 3） 变压器参数设置： UW1=100V、 UW2=100V、 UW3=100V。 （ 4） 脉冲发生器模块（ Pulse）的参数设置：振幅为 1V，频率为 20kHz(即周期为 )、脉冲宽度为 30。 设置好各元件参数后，将 MATLAB 工具栏中的仿真时间设为 3ms，最终显示的是 ～ 3ms 的电路波形，此时电路基本接近稳态。 单击工具栏的 按钮进行仿真。 双击示波器模块，得到仿真结果 如图 所示。 波形图由上到下依次为开关管电压、开关管电流、电感电流、励磁电流和输出电压。 由图 可知，变压器的变比为 1:1，而脉冲发生器的占空比为 30%，内蒙古工业大学本科毕业 设计说明书 13 通过公式（ 24）计算可知，输出电压应为 100/100 30=30v，而由仿真波形图看到的输出电压介于在 30v 左右，波形较为平滑。