关于高压开关电源仿真技术的设计

关于高压开关电源仿真技术的设计

摘要：传统的高压直流电源通常用工频交流电源经升压变压器升压、整流滤波

而得。这类整流电路优点是接线简单，缺点是所用设备、组件的电压较高，体积、重量和占地面积大，使设备变得非常笨重。随着电力电子器件和相关应用技术的

发展，以开关方式工作的直流稳压电源以其体积小、重量轻、效率高、稳压效果

好的特点，正逐步取代传统电源的位置，成为电源行业的主流形式。本文应用MATLAB对一种要求输出电压大范围连续可调的高压开关电源进行了建模与仿真。系统结构采用复合结构，满足了输出电压大范围连续可调，输出纹波小的要求，

由仿真结果可知系统结构合理，方案正确。

关键词: 高压开关电源 MATLAB

在当今的军事、工业生产、日常生活等领域，高压直流电源有着广泛的应用，尤其在医学方面高压直流电源经常用于X光机、CT等大型设备。

一、设计任务及仿真软件

在开关电源的设计过程中，计算机仿真是重要的手段和工具。应用仿真手段

可以检验设计的系统是否满足性能要求，并且可以减少很多电路的实验工作。与

电路实验相比，计算机仿真所需时间要少得多，并可以更全面、更完整地进行，

以希望改进设计质量。

半桥式变换器是中等功率的开关电源常用的结构形式，它具有变压器双向激磁，没有变压器偏磁问题，开关元件较少，成本低等优点。本次设计主变换器采

用半桥结构，系统的性能指标为：

输入电源：AC220V±22V；

输出： DC5～30KV，5～30mA；

输出电压稳定度不大于0.1%；

输出电压纹波不大于0.1%

此次设计采用MATLAB作为仿真研究工具。MATLAB是广泛应用于控制及相

关各领域的功能非常强大的仿真软件，应用其中的simulink可以非常直观、系统

地对电力电子装置进行仿真。

二、仿真系统构成

开关电源的仿真首先要解决PWM发生器的问题，这里应用直流电平与三角

波进行比较的方法构建了PWM发生器

由于主变换器结构采用半桥式，所以PWM发生器输出应为互补的双路，并

且要有一定的死区，以防止上下桥臂的功率管直通。同时为了保证输出电压的纹

波不太大，PWM的占空比又不能太小，这里选用固定占空比0.35。

为了满足电源输出电压的大范围连续可调，同时保证输出纹波不增加，在主

电路的直流母线上加入PWM调压电路，并由电源输出端引回电压反馈，形成闭

环控制，闭环控制器采用工程中经常使用的PI调解器。调压电路的PWM发生电路，与半桥电路的PWM发生器相似，主要区别在于，半桥电路的PWM发生器

为双路输出，调压电路的PWM发生电路为单路输出。

高压电源的输出部分采用高压高频变压器结合倍压整流电路组成，这种结构

是高压电源的常用结构，与实际应用情况一致。

其中变压器原边的半桥采用两只IGBT串联，变压器副边采用两只二极管串联，结合滤波电容构成倍压整流电路。

三、仿真波形

系统运行后观察各点波形。

半桥变换器中两只IGBT的驱动信号波形。看出信号占空比与设计值相同，死区明显，信号符合IGBT驱动的要求。高压变压器原边所示波形与IGBT工作过程相一致。

输出电压30KV，电流分别为30mA和5mA时输出电压波形，由波形可以看出，系统响应速度较快，幅值满足30KV±30V的要求，电压纹波小于0.1%，满足系统性能指标要求。

输出电压5KV，电流分别为30mA和5mA时，输出电压波形。由波形可以看出，各项指标满足系统要求。

由仿真过程和波形可知，系统结构设计合理，可以满足系统要求。

参考文献

[1] 洪乃刚. 电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真[M]机械工业出版社，2206，1

[2] 高增辉.单端反激式高频高压开关电源的数字仿真研究[J].西南民族学院学报，1998