Buck-boost变换器建模及仿真
Buck变换器建模和仿真
Buck 变换器的建模与仿真(一)Buck 变换器的性能指标带有反馈控制回路Buck 变换器的电路图如图（1-1）所示，我们假定其工作在CCM 方式。
其基本电路参数为： 输入电压g V =2030V 输出电压V =12V 输出纹波125mV （1%）电压跌落250mV （最大，2003out I mA A =） 开关频率s f =100kHz 最大输出电流4A输入电流最大纹波0.4A(峰峰值)图（1-1）带有反馈控制回路的直流斩波电路（二）Buck 变换器参数的选择 1. 滤波电感0L 的选择 由diu Ldt=得 6.max 0.max ()(3012)410180H 0.14in out on out V V T dt L u di I μδ--⨯-⨯⨯====⨯⨯这里我们取0L 为180H μ 最大负载时的峰值电流为.max .max 40.054 4.22peak out out I I I A δ=+=+⨯=2. 滤波电容0C 的选择 由dui cdt=得 其向量形式为I j cU ω=I jcUω=所以需要穿越频率的带宽为2outc out outI f C V π∆=∆如果假定穿越频率为10kHz250892.8out c out V mZ m I ∆===Ω∆ 原则上为了留有设计裕量，电阻的阻抗按13计算阻抗选取 根据上面计算结果，我们可以在Rubycon 公司的ZL 系列，16V 中选取以下规格：C=330F μ,760C rms I mA =@105A C =︒ ,72ESR low R m =Ω@20A T C =︒ ,220ESR low R m =Ω@10A T C =-︒电容ESR 的阻抗应小于输出电容在穿越频率处的阻抗11482 6.2810330c out m f C k π==Ω⨯⨯86c Z m ≤==Ω设计余量不足，我们重新选ZL 系列中C=1000F μ，同样的过程，我们可以得出满足条件。
基于PSIM软件的Buck-Boost变换器的设计与仿真
息技 术与信 息化 ，２ ０ １ ５ （ ８ ） ．
［ ４ ］ 张晟涛 ，张文婧 ． 人工智能在计算机 网络技 术中的应 用研 究
搜索空间，评估公式可 以表示为 ｆ 木 （ ｎ ） ： ｇ 水 （ ｎ ） ＋ ｈ 木 （ ｎ ） ，在 这个公式中， ｈ 水 （ ｎ ） 指的是节点 ｇ 与节点 ｎ ２ ＿ 问的最短路径 ｇ 冰 （ ｎ ） 则表示节 点 ｎ与节点 Ｓ 之间的最短路径 。与传 统的
计算方法相 比，人工智能 问题求解技术能够提高资源 的有 程安排 、邮件收发等 ，服务质量较高 。自主性 以及学 习性 效利用率 以及 管理效率，避免浪费大量的网络资源 ，该技 也是该技术具有的优势特征 ，它可 以促使计算机 自动完成 术具有重要 的推广意义 。 用户提 出的任 务，使 网络技术与计算机 技术 的发展得到有 ５结语 人 工智能技术具备较为广 阔的应用前景，在计算机技 效推动 。 ４ ． ３在 网络系统管理与评价中的应用 术 中，人工智能可 以极大的提升系统运行 的实际效率，提 第一是专家知识库技术。在 专家 系统中，专家知识库 高管理的质量 与安全性 。当前应用较为广泛 的人工智能技 发挥着不可替代的重要作用 ，它会直接影响到系统 的运行 术包括数据挖掘技术 、人工智能 问题求解技术 、人工免疫 情况 。当前专家知识库中的内容有两部分，一是通过 间接 技术 、智能防火墙技术等 ，工作人员应 当视实 际情况进行 或者直接方式获得的专 门知识，这些专 门知识多为经验积 择取 ， 使计算机系统的智能化、人性化水平得到有效提升 。 累；二 是基础性的原理理论 。专家知识库技术 能够对 当前 获得 的网络系统管理 以及评价方面 的经验 内容予 以编码处 【 参考文 献 】 １ 】 魏传 林 ． 人 工智能在计 算机 网 络技 术 中的应 用探 讨 ［ Ｊ ］ ． 电 理，并建立起相应 的数据库 。 这样在进行网络管理决策时， ［ 脑 知 识 与 技 术 ， ２ ０ １ ５ （ ２ ９ ） ． 系统就可 以得 到专家经验的有效支持 ，继而高质量的完成 ２ 】茆呜 ． 人 工智能在 计算机 网络技 术 中的应用研究 ［ Ｊ ］ ． 电子 问题评价、同种管理 、相似管理等 工作 。当前，专家知识 ［ 技 术与软件工程，２ ０ １ ６ （ ９ ） ． 库技术的应用较为广泛。 ３ ］ 王彦娴 ． 人工智能在计算机 网络技术中的应用研究 ［ Ｊ ］ ． 信 第二是人 工智能问题求解技术 。该技术是一种重要的 ［ 算法 ，其构成包括在状态 图前提下实现 的搜索技术、在结 构化知识表示前提下形成 的求解技术、在谓词逻辑前提下 形成的推理技术。人工智能 问题技 术可 以在有限 的步骤 内 将 问题解决，其搜索技术既可 以实现对博弈 的搜索 ，也可 以实现对问题 空间以及转 台空间的搜索， 对于同一个 问题 ， 系统通常可 以采取多种技术展开搜 索，此 时为 了使搜索效 率达到最大化，就 需要选择最为优质、最为适宜 的搜索技 术 。评价搜索 技术质量 的标准有两个，分 别是最优解 以及
基于MATLAB的升压－降压式变换器的建模与仿真
基于MATLAB 的升压－降压式变换器的建模与仿真一、摘要本文在对升压-降压（Boost-Buck ）式变换器电路理论分析的基础上,建立了基于Simulink 的升压-降压式变换器的仿真模型,运用IGBT 对升压－降压进行控制，并对工作情况进行仿真分析与研究。
通过仿真分析也验证了本文所建模型的正确性。
二、设计意义直流斩波就是将直流电压变换成固定的或可调的直流电压，也称DC/DC 变换。
使用直流斩波技术，不仅可以实现调压的功能，而且还可以达到改善网侧谐波和提高功率因数的目的。
升压-降压式变换电路即升降压斩波电路，主要应用于已具有直流电源需要调节直流电压的场合。
三、设计原理升压-降压式变换器电路图如下图1-1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 i 和电容电压0u 基本为恒值。
图1-1 电路原理设计原理是：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1i ，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2i ，方向如图1-1中所示。
可见，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，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L u 对时间的积分为零，当V 处于通态期间时，L u =E ；而当V 处于端态期间时，L u =-0u 。
于是，E on t =off t U 0，所以输出电压为U=offon t t E=βαE 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1-2中给出了电源电流1i 和负载电流2i 的波形，设两者的平均值分别为1I 和2I ， 当电流脉动足够小时，有21I I =off on t t 。
16、buck-boost变换器DCM小信号建模
2.已知Buck-Boost变换器电路参数：D=0.6，R=10欧姆，Vg=30V，L=160uH，C=160uF。
开关频率fs=50kHz。
确定Buck-Boost变换器传递函数的主要特征参数，并绘制输入-输出传递函数及控制-输出传递函数的伯德图。
一、buck-boost变换器原理图二、分析1、当MOSFET导通时因为电容一个开关周期的电流平均值为0，负载一个周期的电流平均值为，假设电路无损耗，设输入电流为，有：所以等于：所以电感一个周期的平均电流为:当电感电流一个周期的平均值小于时，电流断续，即化简得：所以可知本题电路工作于连续电流模式，其电路的小信号等效模型如下图所示：∧v:1①、输入扰动与输出扰动的传递函数忽略占空比扰动的作用，则其等效电路图为：∧v对电路进行拉式变换，可得：所以电路可等效成如下形式：1*2'+sRCRD又因为所以输出扰动与输入扰动的传递函数为：带入参数得：② 、控制扰动与输出扰动的传递函数：忽略输入扰动的作用，其小信号模型等效电路图为：∧v:1将变压器一次侧归算到二次侧，则等效电路为：∧v利用叠加定理，当只考虑时，输出扰动与控制扰动的传递函数 为：当只考虑时，输出扰动与控制扰动的传递函数 为：则输出扰动与控制扰动的传递函数 为：带入参数为：所以输出电压的扰动表示为：三、MATLAB 仿真1、绘出输出电压扰动与输入电压扰动的传递函数的bode 图，则 ，输出扰动与输入扰动的传递函数 为：MATLAB程序如下：>>num=[-2.4];>>den=[2.56*10^(-7),1.6*10^(-4),2.4];>>figure(1);bode(num,den);grid;Bode图如下：2、绘出输出电压扰动与控制扰动的传递函数的bode图，则，输出扰动与控制扰动的传递函数为：MATLAB程序如下：>>num=-[7.2*10^(-3),-300];>>den=[2.56*10^(-7),1.6*10^(-4),1.6];>>figure(2);bode(num,den);grid;Bode图如下：。
级联Buck_BoostPFC变换器建模及仿真_郭学军
２０１６年３月２５日第３３卷第２期Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｍａｒ．２５，２０１６，Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．２收稿日期：２０１５－０９－１６作者简介：郭学军（１９９１－），男，硕士研究生，研究方向为电力电子装置及其控制。
文章编号：１００９－３６６４（２０１６）０２－０００４－０３ 中图分类号：ＴＮ７０２ 文献标识码：Ａ研制开发级联Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ ＰＦＣ变换器建模及仿真郭学军，刘以建（上海海事大学电气工程学院，上海２０１３０６） 摘要：文中采用状态空间平均法对级联Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ ＡＣ－ＤＣ变换器进行了小信号建模分析，提出了一种基于瞬时功率守恒的新的平均电流控制（ＡＣＣ）技术。
通过这种新的控制技术能够使得输入电流波形接近正弦波且与输入电压同相位，总的谐波扰动小于３％。
最后通过ＰＳＩＭ仿真实验，验证了这种新的控制方法的可行性和优越性。
关键词：小信号建模；平均电流控制（ＡＣＣ）；ＰＳＩＭ仿真实验Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃａｓｃａｄｅｄ Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ ＡＣ－ＤＣ ＣｏｎｖｅｒｔｅｒＧＵＯ Ｘｕｅ－ｊｕｎ，ＬＩＵ Ｙｉ－ｊｉａｎ（Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１３０６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｔａｔｅ－ｓｐａｃｅ ａｖｅｒａｇｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｓｍａｌｌ－ｓｉｇｎａｌ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｃａｓｃａ－ｄｅｄ Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ ＡＣ－ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｎｅｗ ａｖｅｒａｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ（ＡＣＣ）ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｎｓｔａｎｔａｎｅ－ｏｕｓ ｐｏｗｅｒ ｂａｌａｎｃｅ（ＩＰＢ）ｌａｗ．Ｔｈｉｓ ｎｅｗ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｍａｋｅｓ ｔｈｅ ｉｎｐｕｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｃｌｏｓｅｒ ｔｏ ｓｉｎｅ ｗａｖｅｓ ａｎｄｈａｖｅ ａ ｓａｍｅ ｐｈａｓｅ ｗｉｔｈ ｉｎｐｕｔ ｖｏｌｔａｇｅ，ａｎｄ ｍａｋｅｓ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ（ＴＨＤ）ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ３％．Ｔｈｅ ＰＳＩＭ ｓｉｍｕｌａ－ｔｉｏｎ ｖｅｒｉｔｙ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌｌｙ ａｎｄ ｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｍａｌｌ－ｓｉｇｎａｌ ｍｏｄｅｌｉｎｇ；ａｖｅｒａｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ（ＡＣＣ）；ＰＳＩＭ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ０ 引 言电力电子装置被广泛使用于工业、交通及家庭等领域，造成电网侧输入功率因数降低及谐波污染严重，因此，功率因数校正技术在开关电源设备中得到广泛应用。
Buck变换器的建模与仿真
装备应用与研'♦Zhu/ngbei Yingyong yu YanjiuBuck变换器的建模与仿真施媛媛蒋伟周世豪王一林(扬州大学电气与能源动力工程学院，江苏扬州225127)摘要:Buck变换器作为DC/DC变换器中最为典型的拓扑结构，引申发展出了很多种类的变换器。
对Buck变换器进行建模与仿真，有利于更好地研究其他种类的DC/DC变换器。
利用小信号分析法计算电路的传递函数,并利用LTspice验证理论计算的传递函数，最终釆用type-3型PI控制器，对电路进行闭环控制。
关键词：Buck变换器;传递函数；闭控制0引言学的发展，现代电力电了大发展，其中Buck变换器DC/DC变换器中最为典型的拓扑结构，引申发展出了很多种类的变换器，对Buck变换器进行建模与仿真，有利于更好地研究其他种类的DC/DC变换器。
1电压控制型Buck变换器完整的Buck变换器包括功率电路以及控制电路部分，单电Buck变换器模型1°Buck变换器的功率电路部分电S#电$(电生电％)、电容C(电电阻Q以电R组成，计数1。
电控制和电控制变换器的控制，于电控制，电控制更，用Buck变换器中能电路。
采用电控制，对输出电采闭，采出电，出电与，PI器生成调制，PWM制控制信号&来控制S的表1设计参数输入电压％/V 输出电压！/V电电电阻%1/m"电C/^F电电r*/m"电开关频率yi/kHz穿越频率"kHz361422016100150 1.54722Buck变换器建模2.1主电路建模为了更好地计控制部分PI调节器的数，需先分析主电路的传递函数，主电路传递函数的建立一有均法法[1]°一周T内，对电路中的电压以电:用数作为控源数:电路的大信号数电路:并小信号:建小信号模型。
以用小信号分析法对出电的传递函数传递函数以出阻抗传递函数，并在LTspice 中建电路，进行仿真验证。
用状态空间平均法为buckboost变换器建模.docx
用状态空间平均法为buck -boost 变换器建模选取了状态空间平均法为电路建模，当变换器满足低频假设和小纹波假设时，对于状态变量与输入变量可以用一个开关周期内的平均值代替瞬时值，并近似认为平均值在一个开关周期内维持恒值。
这种方法使不同结构的变换器的解析模型有了统一的形式。
DCM 模式下，buck -boost 电路比CCM 模式多了一种工作状态。
一、列写状态方程和电感电流平均变量方程 1. 工作状态1 开关管导通，二极管截止 设状态变量()()()i t x t v t ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦，()i t 为电感电流，()v t 为输出电压 输出变量()()g y t i t ⎡⎤=⎣⎦，()g i t 为输入电流 输入变量()()g u t v t ⎡⎤=⎣⎦，()g v t 为输入电压inVR根据电路图，变换器的状态方程和输出方程如下：()001()()1()()00g di t i t dt v t L dv t v t RC dt ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎡⎤⎢⎥⎢⎥=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎢⎥⎣⎦[]()()100*()()g g i t i t v t v t ⎡⎤=+⎢⎥⎣⎦则10010A RC ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥-⎣⎦，110B L ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎣⎦，[]110C =，[]10E = 2. 工作状态2 开关管截止，二极管导通inVR变换器的状态方程和输出方程如下：[]()10()0()11()()g di t i t dt L v t dv t v t C RC dt ⎡⎤⎡⎤-⎢⎥⎢⎥⎡⎤=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦ []()()000*()()g g i t i t v t v t ⎡⎤=+⎢⎥⎣⎦则21011L A C RC ⎡⎤-⎢⎥=⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎣⎦，[]20B =，[]200C =，[]20E = 3. 工作状态3 开关管和二极管都截止inV R变换器的状态方程和输出方程如下：()00()0()1()()00g di t i t dt v t dv t v t RC dt ⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎡⎤⎡⎤⎢⎥=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦⎢⎥⎣⎦⎢⎥⎣⎦[]()()000*()()g g i t i t v t v t ⎡⎤=+⎢⎥⎣⎦则30010A RC ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥-⎣⎦，300B ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦，[]300C =，[]30E =列写电感电流平均变量方程()1()()()2sTs g Ts Ts d T i t v t v t L<>=<>-<> 上式为电感电流在12[0,()]s d d T +时间段内的平均电感电流二、求静态工作点和D23121D D D =--根据分阶段列写的状态方程与输出方程可得到2112233201D L A D A D A D A D C RC ⎡⎤-⎢⎥=++=⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎣⎦ 11122330D B D B D B D B L ⎡⎤⎢⎥=++=⎢⎥⎣⎦[]11223310C DC D C D C D =++= []1122330E D E D E D E =++=根据0AX BU Y CX EU+=⎧⎨=+⎩，可以得到变换器的稳态方程组2120010g D D I LV L D V CRC ⎡⎤-⎡⎤⎢⎥⎡⎤⎢⎥+=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎢⎥-⎣⎦⎢⎥⎣⎦ []100*g g I I D V V ⎡⎤=+⎢⎥⎣⎦12sg D T I V L=从上式可得210g D V DV -+=20VD I R-= 可以得到用1D 和2D 表示的变比M12g D VM V D == 可以解得未知量2D 、I 、g I 和变比M21122sg D L K RT M I DV I D I D R =======当变换器运行在闭环情况下，M 、K 、V 已知，因此将1D 和2D 、I 表达为M 、K 、V 的函数更便于确定系统的控制策略。
Buck_Boost变换器的设计及仿真
Buck_Boost变换器的设计及仿真Buck-Boost变换器是一种可以在同一电路内同时实现升压和降压的变换器。
这种变换器可以用于多种不同的应用，主要用于对电压进行放大和缩小，以达到正确的电压水平。
它总是能够将输入电压提高到所需的输出电压。
在本文中，将介绍Buck-Boost变换器的设计及其功能仿真工作。
Buck-Boost变换器的主要部件包括电感器，可变阻器，开关，振荡器和控制器。
电感器的设计是为了提供电流，形成负反馈环。
可变阻器的设计可以改变电路的过载，从而实现电流的调整。
开关的设计是为了实现升压和降压，允许电感器和可变阻器之间的能量交换。
振荡器的设计是为了控制电路内部的电流，以保证开关的实时响应。
通过控制器，可以实现输入和输出电压之间的转换，从而达到预期的电压水平。
为了对Buck-Boost变换器进行仿真，先进行输入，输出和负载之间的建模。
输入模型包括输入电压和要求的输出电压，其中输入电压可以在建模中任意调整。
负载建模通常是一个电阻和一个电容的组合。
输出模型则定义了电路的输出功率和输出电压水平。
接下来，可以对电感器和可变阻器进行建模。
由于电感器是一个电流源，故其建模需要考虑电流大小和电压偏移。
可变阻器建模则需要考虑其阻值和电压偏移。
最后，可以利用仿真软件进行仿真，探究Buck-Boost变换器的性能。
可以仿真该电路的输入和输出电压以及电流，从而分析改变输入电压对系统的影响。
此外，还可以分析负载的影响，比如负载变大时电路的输出能力会怎样受到影响。
这些仿真结果都能为设计者提供宝贵的启发，为确保电路的正常工作奠定基础。
Buck-Boost变化器是一种功能强大的电路，可以改变输入电压并生成预期的输出电压水平。
本文介绍了其设计原理和仿真过程，为设计者提供了宝贵的参考。
未来的研究将会探究更多的变换器类型，继续提高电路的性能和功效。
Buck-Boost变换器的设计与仿真
1 概述直流-直流变流电路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，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。
其中，直接直流变流电路又叫斩波电路，它包括降压斩波电路（Buck Chopper）、升压斩波电路（Boost Chopper)、升降压斩波电路（Buck/Boost）、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路共六种基本斩波电路。
Buck/Boost升降压斩波电路同时具有Buck斩波电路和Boost斩波电路的特点，能对直流电直接进行降压或者升压变换，应用广泛。
本文将对Buck/Boost升降压斩波电路进行详细的分析。
RVDRVDRVD 2 主电路拓扑和控制方式2.1 Buck/Boost 主电路的构成Buck/Boost 变换器的主电路与Buck 或Boost 变换器所用元器件相同，也由开关管、二极管、电感、电容等构成，如图1所示。
与Buck 和Boost 不同的是电感L 在中间，不在输出端也不在输入端，且输出电压极性与输入电压极性相反。
开关管也采用PWM 控制方式。
Buck/Boost 变换器也由电感电流连续和断续两种工作方式，但在实际应用中，往往要求电流不断续，即电流连续，当电路中电感值足够大时，就能使得电路工作在电流连续的状态下。
因此为了分析方便，现假设电感足够大，则在一个周期内电流连续。
图2-1 Buck/Boost 主电路结构图电流连续时有两个开关模态，即V 导通时的模态1，等效电路见图2（a ）；V 关断时的模态2，等效电路见图2（b ）。
（a ）V 导通（b ）V 关断，VD 续流图2-2 Buck/Boost 不同模态等效电路ttttt2.2 电感电流连续时的工作原理及基本关系电感电流连续工作时的工作主要波形见图2-3。
图2-3电感电流连续时的主要波形为了方便分析，假设电感、电容的值足够大，并且忽略电感的寄生电容。
电感电流连续工作时，Buck/Boost 变换器有V 导通和V 关断两种工作模态。
BUCK-BOOST仿真分析
BUCK-BOOST转换器仿真分析摘要：本课题利用电感电压平均近似和电容电流平均近似的方法，建立连续模式(CCM)下电压控制型BUCK/BOOST结构DC/DC转换器的线性模型，实现非线性向线性模型的转化，得到由控制到输出的传递函数；在此基础上利用Matlab工具对不同补偿网路的频域特性进行仿真，并对仿真结果进行分析。
关键词：BUCK/BOOST ；DC/DC转换器；MA TLAB仿真；频域特性BUCK-BOOST CONVERTER SIMULA TION ANAL YSISAbstract: This project uses the inductor voltage and capacitor current average approximate average approximation method, build a continuous mode (CCM), under voltage-controlled BUCK / BOOST structure DC / DC converter linear model, to achieve non-linear transformation to the linear model obtained from the control to output transfer function; on the basis of compensation for the use of Matlab tools for different networks frequency domain simulation, and analysis of simulation results.Keywords: BUCK / BOOST; DC / DC converter; MA TLAB simulation; frequency domain中图分类号：TM712 文献标识：B 文章编号：0 引言开关电源转换器是现代电路理论的重要研究对象。
Buck-boost变换器建模及仿真
Buck-boost变换器建模及仿真Buck-boost 变换器建模及仿真1、Buck-boost 变换器平均开关模型利用平均开关网络法推导buck —boost 变换器的平均开关模型，Buck-boost 变换器电路图如图1所示，这里开关管的导通电阻为，二极管的前向导通压降为0.8v 。
gV )(t v图1 Buck-boost 变换器电路图中，虚线框内为开关网络，它是一个二端口网络，共有、、和四个变量，选定其中两个变量作为输入变量，则余下两个变量可以由输入变量表示出来。
在此，我们选择和作为输入变量。
接下来我们要求出这四个变量的在一个周期内的平均值，首先根据图1画出它们在一个周期内的波形图，如图2所示。
)(1t v s dT sT (1i sdT s)(1t i )(2t i )(1t v on R )(2t v )(1t i )(2t v图2 开关网络电压电流的曲线图根据图2，写出)(1t i 、)(2t i 、)(1t v 、)(2t v 在一个周期内平均值：（1）（2）（3）（4）由式（3）与（4）得（5）将公式（1）与（5）代入（3）中得（6）将公式（6）中两边的)(1t v 合并得到下面式子：（7）由（1）与（2）得（8）])([)()(')()()(211D T T on T V t v t d t d t i t d R t v s s s +><+><=><= ><)()()(')(12(2vD(2t i ss s T T t i t d t i ><=><)()()(1s s T T t i t d t i ><=><)()(')(2))()((')()()(11s s s T C D g on T T t V V V t d R t i t d t v ><-++><=>s +><+><+>=<><由式（7）（8）可以得到开关网络的平均开关模型，如图3所示：图3 平均开关模型把图1中的开关网络用图3所示的平均开关模型代替可得到图4所示的Buck-boost 变换器的开关模型电路。
Buck-Boost变换器状态空间平均模型建模
实验一：Buck-Boost变换器状态空间平均模型建模（一）实验目的1.掌握Matlab的程序编程2.掌握电力电子变换器的状态空间平均建模（二）实验原理1．升降压斩波电路原理图1.升降压斩波电路原理图该电路的基本工作原理：当可控开关V处于通态时，电源E经V向电感L供电使其储存能量，此时电流为i1。
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储存的能量向负载释放，电流为i2。
当V处于通态期间，u L=E；而当V处于断态期间，u L=u0。
于是，Et on=U0t off，所以输出电压为U0=t ont offE=α1−αE由EI1=U0I2，得出输出电流为I2=1−ααI12.状态空间平均法的原理状态空间平均法是平均法的一阶近似，其实质为：根据线性RLC元件、独立电源和周期性开关组成的原始网络，以电容电压、电感电流为状态变量，按照功率开关器件的“ON”和“OFF”两种状态，利用时间平均技术，得到一个周期内平均状态变量，将一个非线性电路转变为一个等效的线性电路，建立状态空间平均模型。
对于不考虑寄生参数的理想PWM变换器，在连续工作模式（CCM）下一个开关周期有两个开关状态相对应的状态方程为：ẋ=A1x+B1v i，0≤t≤dTẋ=A2x+B2v i，dT≤t≤T式中d为功率开关管导通占空比，d=t on/T，t on为导通时间，T为开关周期；x=[i L u C]，x是状态变量，ẋ是状态变量的导数，i L是电感电流,u C是电容电压，E是开关变换器的输入电压；A1,A2,B1,B2是系数矩阵,与电路的结构参数有关。
对上式进行平均得到状态平均方程为ẋ=Ax+Bv i，A=d A1+(1-d)A2, B=d B1+(1-d)B2,这就是著名的状态空间平均法。
可此式可见，时变电路变成了非时变电路，若d为常数，则这个方程描述的系统是线性系统，所以状态空间平均法的贡献是把一个开关电路用一个线性电路来替代。
Buck-Boost建模
A x B1u x 1 A 2 x B 2u
t [ti 1，ti 1 DTs ] t [ti 1 DT s , ti ]
R3 0 L 1 , A2 1 R2C C 1 , B L 2 R R2 0 1 R1R2C
第二级 Buck-Boost 建模与仿真分析
1 电路的拓扑结构
电路的拓扑结构如图 1 所示：
图 1 电路的拓扑结构
2 Buck 电路模型建立
2.1 平均模型
蓄电池等效为恒压源与电阻的串联结构，如下图所示：
+ Ui
S VD
+
L C2
+ + R Uo
图 2 Buck 理想开关模型
diL di ui uC L L 0 uC dt dt 开关道通期间： ；开关关断期间： du u u du u u C C iL c o C C iL c o dt R R dt R R L
选取电感电流和电容电压做状态变量，得到状态方程：
A x B1u x 1 A 2 x B 2u
t [ti 1，ti 1 DTs ] t [ti 1 DT s , ti ]
0 其中 A1 1 C
1 L 1 L B , 1 1 0 RC
Uc R R2 U c I L ( D 1) s 1 iL ( s ) L R1 R2C L LC 2 ˆ ( s) R R R2 (1 D) ( R1 R2 ) R3 d s2 ( 3 1 )s L R1 R2C LC R1 R2CL uc ( s ) ˆ (s) d U (1 D) I L R3 IL s c C LC R R R D) 2 ( R1 R2 ) R3 (1 2 s2 ( 3 1 )s L R1 R2C LC R1 R2CL
Buck_Boost变换器的设计及仿真
1 概述直流-直流变流电路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，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。
其中，直接直流变流电路又叫斩波电路，它包括降压斩波电路（Buck Chopper）、升压斩波电路（Boost Chopper)、升降压斩波电路（Buck/Boost）、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路共六种基本斩波电路。
Buck/Boost升降压斩波电路同时具有Buck斩波电路和Boost斩波电路的特点，能对直流电直接进行降压或者升压变换，应用广泛。
本文将对Buck/Boost升降压斩波电路进行详细的分析。
RVDRVDRVD2 主电路拓扑和控制方式Buck/Boost 主电路的构成Buck/Boost 变换器的主电路与Buck 或Boost 变换器所用元器件相同，也由开关管、二极管、电感、电容等构成，如图1所示。
与Buck 和Boost 不同的是电感L 在中间，不在输出端也不在输入端，且输出电压极性与输入电压极性相反。
开关管也采用PWM 控制方式。
Buck/Boost 变换器也由电感电流连续和断续两种工作方式，但在实际应用中，往往要求电流不断续，即电流连续，当电路中电感值足够大时，就能使得电路工作在电流连续的状态下。
因此为了分析方便，现假设电感足够大，则在一个周期内电流连续。
图2-1 Buck/Boost 主电路结构图电流连续时有两个开关模态，即V 导通时的模态1，等效电路见图2（a ）；V 关断时的模态2，等效电路见图2（b ）。
（a ）V 导通（b）V关断，VD续流图2-2 Buck/Boost不同模态等效电路ttttt电感电流连续时的工作原理及基本关系电感电流连续工作时的工作主要波形见图2-3。
图2-3电感电流连续时的主要波形为了方便分析，假设电感、电容的值足够大，并且忽略电感的寄生电容。
电感电流连续工作时，Buck/Boost 变换器有V 导通和V 关断两种工作模态。
Boost和Buck-Boost变换器的设计与计算机仿真.
电力电子系统的计算机仿真——总结报告题Boost 和Buck-Boost 变换器的设计与计算机仿一、综合训练设计内容及技术要求1. MATLAB部分（1）熟悉Matlab 使用环境。
（2）初步掌握Matlab 的基本应用，包括数据结构，数值运算，程序设计及绘图等。
（3）熟悉Simulink 系统仿真环境，包括Simulink 工作环境，基本操作，仿真模型，仿真模型的子系统，重要模块库等。
（4）初步掌握Simpowersystems 模型库及其应用。
（5）能够使用Simpowersystems 模型库进行电力电子电路的仿真分析。
2．设计部分（1）设计一个升压变压器，输入电压为3-6V，输出电压15V，负载电阻为10 欧姆，要求电压连续。
根据上述要求完成主电路设计。
（2）设计一个Buck-Boost 变换器，输入20V 的直流电源，输出范围为10~40V, 要求电感电流连续。
根据上述要求完成主电路设计，开关器件选用MOSFIT，开关频率20KHz，负载为10 欧姆。
（3）完成上述升压变化器的计算机仿真，观察输出电压电流波形、系统输入电流波形、电压电流波形的谐波情况、不同仿真条件时输入输出的变化情况、和理论分析的结果进行比较。
4. 选作：使用PSIM仿真软件完成上述仿真。
二、综合训练总结报告必须提交的成果（1）综合训练总结报告（不少于20 页，约一万字左右）需包括：1）前言。
2）目录。
3）主电路工作原理说明。
4）主电路设计详细过程与图纸。
5）仿真模型的建立、各模块参数的设置。
6）仿真结果的分析。
7）总结。
8）参考文献。
9）体会。
（2）综合训练总结报告要求用A4 页面打印，小四宋体，单倍行距，采用word 默认的边距，仿真模型、模块参数设置、仿真结果等都要在总结报告中进行详细说明。
前言电力电子学是综合应用电工理论、电子技术及控制理论等，利用电力电子（功率半导体）器件控制或变换电能，以达到合理而高效率地使用能源。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Buck-boost 变换器建模及仿真
1、Buck-boost 变换器平均开关模型
利用平均开关网络法推导buck —boost 变换器的平均开关模型，Buck-boost 变换器电路图如图1所示，这里开关管的导通电阻为 ，二极管的前向导通压降为0.8v 。
g
V )(t v
图1 Buck-boost 变换器电路
图中，虚线框内为开关网络，它是一个二端口网络，共有 、 、 和
四个变量，选定其中两个变量作为输入变量，则余下两个变量可以由输入
变量表示出来。
在此，我们选择 和 作为输入变量。
接下来我们要求出
这四个变量的在一个周期内的平均值，首先根据图1画出它们在一个周期内的波形图，如图2所示。
)
(1t v s dT s
T (1i s
dT s
)(1t i )(2t i )(1t v on R )(2t v )(1t i )(2t v
图2 开关网络电压电流的曲线图
根据图2，写出)(1t i 、)(2t i 、)(1t v 、)(2t v 在一个周期内平均值：
（1）
（2）
（3）
（4）
由式（3）与（4）得
（5）
将公式（1）与（5）代入（3）中得
（6）将公式（6）中两边的)(1t v 合并得到下面式子：
（7）
由（1）与（2）得
（8）
])([)
()
(')()()(211D T T on T V t v t d t d t i t d R t v s s s +><+><=><s s T T t i t d t d t i ><=
><)()()(')(12
(2v
D
(2t i s
s s T T t i t d t i ><=><)()()(1s s T T t i t d t i ><=><)()(')(2))()((')()()(11s s s T C D g on T T t V V V t d R t i t d t v ><-++><=><D T C on T g T V t d t V R t i V t d t v s s s )('))()()(()(12-><-><-=><s s s T C g T T t V V t v t v ><-=><+><)()()(121)2111)()()((')()(D T T on T T V t v t v t d R t i t v s s s
s +><+><+>=<><
由式（7）（8）可以得到开关网络的平均开关模型，如图3所示：
图3 平均开关模型
把图1中的开关网络用图3所示的平均开关模型代替可得到图4所示的Buck-boost 变换器的开关模型电路。
图4 Buck-boost 变换器的开关模型电路
15V
平均开关模型
s
T t v >
<)(s
2、仿真分析
利用PSIM搭建的电路模型对Buck-boost电路进行瞬态仿真，电路模型如图5所示。
图中各参数为：Vg1=Vg2=15v，VSQ1幅值为5v，频率为100kHz，占空比为0.8，RL1和RL2电
阻都为0.1Ω，电感都为15uH，C1=C2=50uF，R1=R2=20Ω，Ron/d(t)=0.0625Ω，变压器变比为1:4，VD=0.8v。
（a）
（b）
（a）Buck-boost变换器电路（b）Buck-boost变换器平均开关模型电路
图5 利用PSIM搭建的电路模型
仿真得到的电感电流曲线和输出电压曲线分别如图6，图7所示。
图6 电感电流曲线图
图7 输出电压曲线图
图6及图7分别为电感电流和输出电压的开通瞬态曲线，从图中可以看到，开关纹波在平均开关模型中消失了，但其他的性质与原电路几乎相同。
平均电路模型模拟可以用来预测变换器的稳态和动态响应，也可以用来预测变换器的损耗及效率。