实验一 DC-DC 变换电路的性能研究
一、实验目的
熟悉Matlab 的仿真实验环境，熟悉Buck 电路、Boost 电路、Cuk 电路及单端反激变换（Flyback ）电路的工作原理，掌握这几种种基本DC-DC 变换电路的工作状态及波形情况，初步了解闭环控制技术在电力电子变换电路中的应用。
二、实验内容
1．Buck 变换电路的建模，波形观察及相关电压测试 2．Boost 变换电路的建模，波形观察及相关电压测试； 3．Cuk 电路的建模，波形观察及电压测试；
4．单端反激变换（Flyback ）电路的建模，波形观察及电压测试，简单闭环控制原理研究。
（一）Buck 变换电路实验
（1）电感电容的计算过程：
V V 500=，电流连续时，D=0.4； 临界负载电流为I=
20
50
=2.5A ； 保证电感电流连续：)1(20D I f V L s -⨯=
=5
.210002024.0-150⨯⨯⨯⨯）
（=0.375mH 纹波电压 0.2%=
s
s f LCf D V ⨯8-10）
（，在由电感值0.375mH ，算出C=31.25uF 。
（2）仿真模型如下：
在20KHz 工作频率下的波形如下：
示波器显示的六个波形依次为：MOSFET的门极电压、流过电阻两端的电流、电感电流、输出电压、MOSFET电流及续流二极管电流的波形。
在50KHz工作频率下的波形如下：
示波器显示的六个波形一次为：MOSFET的门极电压、流过电阻两端的电流、电感电流、输出电压、MOSFET电流及续流二极管电流的波形；
建立仿真模型如下：
（3）输出电压的平均值显示在仿真图上，分别为49.85,49.33；
（4）提高开关频率，临界负载电流变小，电感电流更容易连续，输出电压的脉动减小，使得输出波形应更稳定。
（二）Boost 变换电路实验
（1）电感电容的计算过程： 升压比M=
S V V 0=D
-11,0V =15V,S V =6V,解得D=60%； 纹波电压0.2%=s c f f D ⨯
，c f RC
1=,s f =40KHz,求得L=12uH,C=750uf 。 建立仿真模型如下：
（2）输入电压6V时，MOSFET的门极电压、电感电压、电感电流、输出电压、续流二极管电流、MOSFET的电流波形如下：
（3）测量输出电压的平均值并显示，示值为14.71；
（4）减小电感值到4uH,使电感电流不连续，其余条件不变，建立仿真模型如下:
输入电压6V时，MOSFET的门极电压、电感电压、电感电流、输出电压、续流二极管电流、MOSFET的电流波形如下：
(4)电感小于临界值时，电感电流断流，输出电压波形的幅度变大，但是输出电压的纹波大小不变，波形的变化趋势不变。
（三）Cuk变换电路
（1）建立仿真模型如下：
（2）记录的MOSFET的门极电压、电源电流、电感电流波形如下：
续流二极管电流、MOSFET的电流波形如下：
电容电压U C1的输出电压波形如下：
输出电压波形如下：
（3）在5~30V输出电压的平均值，改变占空比D的值，测量对应输出电压的平均值如下：
D=20%，V0=4.185V；D=25%，V0=5.838V；D=30%，V0=7.721V；
D=35%，V0=9.883V；D=40%，V0=12.39V；D=45%，V0=15.33V；
D=50%，V0=18.81V；D=55%，V0=23V；D=60%，V0=28.12V。
占空比D与输出电压平均值的关系曲线如下：
（四）flyback变换电路实验
（1）建立仿真模型如下：
（2）记录输出的电压波形如下：
变压器原边绕组电流、变压器副边绕组电流波形：
（3）输出电压的平均值依次为：4.672,15.59，-15.59。
（4）分析PID控制的作用:提高系统的快速性，消除系统的静态误差，但使系统的动态性能变差。
实验二 DC-AC的变换性能研究
（一）单相逆变电路实验
(a)方波逆变方式
(1)建立仿真模型
由于要求输出电压频率为50Hz,所以周期为0.02s,方波脉冲设置参数为：
(2)电阻负载
R=30Ω时
①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：
压
电
时间
负载电流Ib: Series RLC Branch
流
电
时间
②电源电流，负载电压，负载电流，门极T1，T4电压，门极T2，T3电压波形（示波器显示）：
(3)RL负载
R=20Ω，L=60mH时
基波电流i a=4V D/π*错误!未找到引用源。sin(wt-φ1)
计算得电流初始值为-9.5A
①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：
Ib: Series RLC Branch
②电源电流，负载电压，负载电流，门极T1，T4电压，门极T2，T3电压波形（示波器显示）：
(4)电感负载
L=100mH时
由于电感电流滞后电压90°，根据课本94页计算公式I am=V D/4fL,可计算得电感电流初始电流为-15A，故设置如下：
①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：
负载电压Ub: Series RLC Branch
300
200
100
-100
-200
-300
负载电流Ib: Series RLC Branch
15
10
5
-5
-10
-15
②电源电流，负载电压，负载电流，门极T1，T4电压，门极T2，T3电压波形（示波器显示）：
(5)R=30Ω时输出电流的FFT分析
