基于MATLAB的Boost电路仿真

基于Matlab的Boost

电路仿真

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1、前言

由于DC/DC开关电源具有高效率，高功率密度和高可靠性等优点，越来越广泛地应用于通信、计算机、工业设备和家用电器等领域。在近几十年里，开关电源技术得到了长足的发展。在很多场合下，需要从低压电源变换到高压电源，Boost变换器是最基本，也是最常用的一种变换器。

在电力电子系统的研究中，仿真研究由于其高效、高精度及高的经济性与可靠性而得到大量应用。近二十年来，仿真已逐渐成为电力电子技术研究的有力工具。Matlab语言的强大仿真功能和方便性受到广大使用者的广泛爱好。本文对Boost变换器电路进行简单的介绍，采用Matlab来完成建模和仿真。

2、Boost电路的工作状态

Boost变换器的电路结构如下图所示：

Boost 电路的结构

(a) 开关状态1 (S 闭合) (b) 开关状态2 (S 关断)

(c) 开关状态3 (电感电流为零)

3、Matlab仿真分析

Matlab 是一种功能强大的仿真软件，它可以进行各种各样的模拟电路和数字电路仿真，并给出波形输出和数据输出，无论对哪种器件和哪种电路进行仿真，均可以得到精确的仿真结果。采用Matlab仿真分析方法，可直观、详细的描述Boost 电路由启动到达稳态的工作过程，并对其中各种现象进行细致深入的分析，便于我们真正掌握Boost电路的工作特性。仿真图如下所示：

电路工作原理：

在电路中IGBT导通时，电流由E经升压电感L和V形成回路，电感L储能；当IGBT关断时，电感产生的反电动势和直流电源电压方向相同互相叠加，从而在负载侧得到高于电源的电压，二极管的作用是阻断IGBT导通是，电容的放电回路。调节开关器件V的通断周期，可以调整负载侧输出电流和电压的大小。

其负载侧输出电压的平均值为：

上式中T 为开关周期, 为导通时间， 为关断时间。

在模型仿真中的参数设置：

（1）设置电源电压为200V ，电阻的阻值为5Ω。

（2）脉冲发生器脉冲周期T=0.2ms,脉冲宽度为50%。

（3）IGBT 和二极管的参数可以保持默认值。

（4）初选L 的值为0.1ms ，C 的值为100µF 。

启动仿真：

设置仿真时间为0.03s ，算法采用ode15s 。所对应的开关管电压的波形、二极管电流的波形、输出电压的波形、开关管电流的波形仿真图如下所示：

电路相应信号仿真波形

E t T E t t t U off off off on o =+=

电路相应信号放大仿真波形

观察图易见，电感电流在5ms 左右趋于稳定, 电路进入稳态。

通过改变电感的值可更清楚的观察电感电流的波形，如图所示：

4、结论

以上的仿真过程分析，可以得到以下结论：直流变换电路主要以全控型电力电子器件作为开关器件，通过控制主电路的接通与关断，将恒定的直流斩成断续的方波，经滤波后变为电压可调的直流输出电压。利用Simulink对升压斩波电路的仿真结果进行了分析，与采用常规电路分析方法所得到的输出电压波形进行比较，进一步验证了仿真结果的正确性。

由此可见，应用Matlab的动态系统仿真工具Simulink进行直流变换器的仿真，能够较好模拟实际电路的各种电气量。