基于Simulink的直流斩波电路的建模与仿真

基于Simulink 的直流斩波电路的建模与仿真
摘要：直流—直流变流电路的功能是将直流电变为另一种固定
电压或者可调电压的直流电，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。

直接直流变流电路也称斩波电路（DC Chopper ），它的功能之将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。

间接直流变流电路是在直接直流变流电路增加了交流环节。

根据电力电子技术的原理，加到负载上的时间即开关导通时间on t 与输出脉冲电压周期T 之比叫做占空比D 。

下面主要介绍降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，buck 斩波电路。

关键词：Matlab/Simulink 直流斩波电路 建模与仿真
1直流斩波电路的工作原理 1.1降压斩波电路
若斩波器的开关导通时间on t ，关断时间off t ，则开关工作周期T=on t +off t 。

定义占空比为D=on t /T(D<1) ,则输入电压Uo=D*Us 。

这就是降压式斩波电路的调压原理。

1.2升压斩波电路
若斩波器的开关导通时间on t ，关断时间off t ，则开关工作周期T=on t +off t 。

定义占空比为D=on t /T ，定义升压比为S U U 0=α。

根据电力电子技术原理，理论上电感储能与释放能量相等，有
S S off
O U U t T U β
1
=
=
,还有，D+β=1。

由此可见，当Us 一定时，
改变β就可以调节Uo 。

1.3升降压斩波电路
若斩波器的开关导通时间on t ，关断时间off t ，则开关工作周期T=on t +off t 。

定义占空比为D=on t /T ，根据电力电子技术原理，则
升
降
压
斩
波
电
路有输出电压
S
S
on
on S
off
on O U
D
D
U
t T t U
t t U -=
-=
=
1。

由此可见，当Us 一定时，
改变D 就可以调节Uo 。

1.4 Cuk 斩波电路
其降压变换与升压变换的原理与Buck-Boost 斩波器相同。

2.直流斩波电路的建模与仿真
2.1降压斩波电路
（1）仿真模型及参数设置
电源电压Us=220v ，Em=50v ；电阻设为500Ω，电感为10H ；触发脉冲的幅值为5，周期为0.02，脉冲宽度设为40。

它设为默认。

电源电压Us
VD
Series RLC Branch
Scope
Pulse Generator
g m
C
E
IGBT
Em
v
+
-
1
i
+
-
1
v
+
-
（2）仿真结果
触发信号
00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1
负载电流
00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1
负载电压
00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1
电源电压
00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1
2.2升压斩波电路
（1）仿真模型与参数设置
直流电源为24v ；脉冲的幅值为5，周期为0.0002，宽度为80；电阻为5Ω，电感为0.1mH ，电容C=100uF 。

v +-
Voltage Measurement1
Series RLC Branch2
Series RLC Branch1
Series RLC Branch
Scope2
Pulse Generator
g
m
C
E
IGBT
Diode
DC Voltage Source
i +
-
Current Measurement1
i +
-
Current Measurement
（2）仿真结果
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0.006
0.007
0.008
0.009
0.01
触发信号
00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.009
0.01
输出电压
00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.009
0.01
流经电感电流
00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.009
0.01
流过IGBT 的电流
00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.01
向负载供电电流
2.3升降压斩波电路
（1）仿真模型与参数设置
直流电源为24v ；脉冲的幅值为5，周期为0.0001宽度为60或者40，电阻为5Ω，电感为0.1mH ，电容C=100uF 。

v +-
Voltage Measurement1
Series RLC Branch2
Series RLC Branch1
Series RLC Branch
Scope2
Pulse Generator
g m C
E
IGBT
Diode
DC Voltage Source
i +
-
Current Measurement2
i +-
Current Measurement1
（2）仿真结果
脉冲宽度为60。

为升压
1
2
3
4
5
6
7
8
x 10
-3
输出电压
01234567
8
x 10
-3
流经电感电流
01234567
8
x 10
-3
流过IGBT 的电流
1
2
3
4
5
6
7
8
x 10
-3
向负载释放电能的电流脉冲宽度为40，降压。

1
2
3
4
5
6
7
8
x 10
-3
输出电压
01234567
8
x 10
-3
流经电感电流
1
2
3
4
5
6
7
8
x 10
-3
流过IGBT 的电流
01234567
8
x 10
-3
向负载释放电能的电流
2.4 Cuk 斩波电路
（1）仿真模型与参数设置 电源为24V; 电阻为5Ω，L1为0.1mh,C1为0.1uF, L1为0.1mh,C2为200uF ，脉冲周期设为0.0001s ，脉冲宽度为93，脉冲幅度为5；仿真时间为0.01s 。

v +-Voltage Measurement
Series RLC Branch3Scope2
Scope1
Scope
Pulse Generator
3Multimeter
g
m
d
s
Mosfet
L2
L1
Diode1
Diode
DC Voltage Source
i +
-
Current Measurement
C2C1
（2）仿真结果
00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.01
输出端电压
00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.01
电容C1端电压
00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.01
电容C1电流
流过L1的电流
00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.01
4晶体管两端的电压
00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.01
3.分析与结论
从仿真结果可以知道，Cuk电路的升压效果比升压斩波电路和升降压斩波电路好，因为L2和C2的滤波作用，输出电压的波动
小，但是C1两端峰值电压较高，达600V，对电路元器件的耐压
要求比升压斩波电路高。

升压斩波电路之所以能使输出电压高于电源电压，关键有两个
原因：一是电感L储能之后具有使电压泵升的作用，二是电容C 可将输出电压保持住。

在升降压斩波电路中，当0<α<0.5时为降压；当0.5<α<1时为升压。

从升降压斩波电路的仿真图形中可以验证这一点。

Cuk斩波电路，其输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很小，有利于对输入输出进行滤波。

4.心得与体会
通过这次实验，复习了直流—直流变流电路（斩波电路），上个学期学的差不多忘光了，但通过自己的看书又记起来了，印象更为深刻，我懂得了温故而知新的重要性。

仿真实验能更形象的说明所学的理论知识，是我们对理论知识有进一步的理解，这样一来就不会容易忘记。

在仿真过程中还是遇到了一些小麻烦，主要是一些参数的设置问题上，不过通过自己查资料和问同学，一一都解决了。

5.参考文献
《电力电子技术》王兆安刘进军主编机械出版社
《电力电子电机控制系统的建模与仿真》洪乃刚编著机械工业出版社
题目：基于Simulink的直流斩波电路的建模与仿真
姓名：姜洪磊
学号：S11081104008
专业：模式识别与智能系统
2011年10月20日。