直流升压变换器的MATLAB仿真设计

一．课程设计目的（1）通过matlab的simulink工具箱，掌握DC-DC、DC-AC、AC-DC电路的仿真。

通过设置元器件不同的参数，观察输出波形并进行比较，进一步理解电路的工作原理；（2）掌握焊接的技能，对照原理图，了解工作原理；（3）加深理解和掌握《电力电子技术》课程的基础知识，提高学生综合运用所学知识的能力；二．课程设计内容第一部分：simulink电力电子仿真/版本matlab7.0（1）DC-DC电路仿真（升降压（Buck-Boost）变换器）仿真电路参数：直流电压20V、开关管为MOSFET（内阻为0.001欧）、开关频率20KHz、电感L为133uH、电容为1.67mF、负载为电阻负载（20欧）、二极管导通压降0.7V（内阻为0.001欧）、占空比40%。

仿真时间0.3s，仿真算法为ode23tb。

图1-1占空比为40%的，降压后为12.12V。

触发脉冲、电感电流、开关管电流、二极管电流、负载电流、输出电压的波形。

图1-2占空比为60%的，升压后为28.25V。

触发脉冲、电感电流、开关管电流、二极管电流、负载电流、输出电压的波形。

图1-3•图1-4升降压变换电路（又称Buck-boost电路）的输出电压平均值可以大于或小于输入直流电压，输出电压与输入电压极性相反，其电路原理图如图1-4(a)所示。

它主要用于要求输出与输入电压反相，其值可大于或小于输入电压的直流稳压电源工作原理：①T导通，ton期间，二极管D反偏而关断，电感L储能，滤波电容C向负载提供能量。

②T关断，toff期间，当感应电动势大小超过输出电压U0时，二极管D导通，电感L经D向C和RL反向放电，使输出电压的极性与输入电压在ton期间电感电流的增加量等于toff期间的减少量，得：由的关系，求出输出电压的平均值为：上式中，D为占空比，负号表示输出与输入电压反相；当D=0.5时，U0=Ud；当0.5<D<1时，U0>Ud，为升压变换；当0≤D<0.5时，U0<Ud，为降压变换。

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 。

升压式变换器的仿真一工作原理. (1)二仿真实例及结果 (1)三心得体会 (6)四参考文献 (6)一．工作原理根据电力电子技术的原理，升压式斩波器的输出电压0U 高于输入电源电压sU，控制开关与负载并联，与负载并联的滤波电容必须足够大，以保证输出电压恒定，储能电感也要很大，以保证向负载提供足够的能量。

若升压式斩波器的开关导通时间是on t ，关断时间是off t ，开关工作周期o ffon t t T +=。

定义占空比或导通比T t D on /=，定义升压比为s U U /0=α。

根据电力电子技术的原理，理论上电感储能与释放能量相等，有s s offU U t T U β10==，升压比的倒数Tt off ==αβ1。

还有，1=+βD 。

由此可见，当s U 一定时，改变β就可调节0U 。

当c on s t T =时，调β就是调off t ，或调on t 也是调β，也就改变了0U ，这就是升压式斩波器的升压工作原理。

二．仿真实例及结果以下用实例说明采用电力场效应管MOSFET 的升压式斩波器的仿真过程。

参数设置如下：电源电压100=s U v ，电阻负载Ω=10R ，滤波电容F C μ200=，升压储能电感mH L 1.0=，二极管Diode 用来阻断MOSFET 导通时的电容C 放电通路。

输出电压0U v 200=，MOSFET 的开关频率为KHZ 5。

脉冲信号发生器的脉冲幅值设置为1.1，周期设置为30.2e -，对应着MOSFET 的开关频率。

脉冲宽度设置为50，对应着输出电压。

相位延迟设置为3e 01.00-。

仿真模型如下图1所示：图1 采用MOSFET的升压式斩波器仿真模型仿真后通过示波器观察到如下图2，图3，图4，图5，图6：图2 脉冲发生器发出门极正脉冲的波形图3 升压变流输出电压的波形图4 流经电感电流的波形图5 MOSFET导通的电感储能电流的波形图6 流经二极管向负载供电的电流的波形由图可见，升压变流输出电压瞬时波形振荡走高后逐步趋近并等于200v，实现了升压。

基于MAT LAB 的Buck /Boost 直流变换器仿真韩学民3(安徽理工大学电气工程系,安徽　淮南　232001)[摘　要]　对Buck 和Boost 直流变换器电路进行介绍,并且应用Matlab 分别进行建模、仿真。

在仿真过程中,改变触发脉冲的占空比,从而改变变换器的输出电压、电流,与理论分析结果进行比较。

[关键词]　Buck 变换器;Boost 变换器;占空比;Matlab;仿真[中图分类号]　T M401.1 [文献标识码]　A [文章编号]　1672-9706(2006)03-0023-06The S i m ul a ti on of Buck /Boost DC -DC Converter Ba sed on M ATLABHAN Xue -m in(The Electric Engineering Depart m ent,Anhui University of Science &Technol ogy,Huainan 232001,China )[Abstract]　The paper intr oduces Buck converter &Boost converter,and si m ulates with Matlab .Changingout put voltage &current,thr ough alter duty rati o of pulse,si m ulati on results are verified andcorres pond t o theory by comparing wave si m ulati ons .[Key words]　buck converter;boost converter;duty rati o;Matlab;si m ulati on1　引言直流变换技术(亦称直流斩波技术),作为电力电子技术领域中非常活跃的一个分支,在近几十年里,得到了长足的发展。

基于Matlab/Simulink 的BOOST电路仿真姓名：学号：班级：时间：2010年12月7日1引言BOOST 电路又称为升压型电路, 是一种直流- 直流变换电路, 其电路结构如图1 所示。

此电路在开关电源领域内占有非常重要的地位, 长期以来广泛的应用于各种电源设备的设计中。

对它工作过程的理解掌握关系到对整个开关电源领域各种电路工作过程的理解, 然而现有的书本上仅仅给出电路在理想情况下稳态工作过程的分析, 而没有提及电路从启动到稳定之间暂态的工作过程, 不利于读者理解电路的整个工作过程和升压原理。

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BOO ST 电路的工作特性。

图1BOO ST 电路的结构2电路的工作状态BOO ST 电路的工作模式分为电感电流连续工作模式和电感电流断续工作模式。

其中电流连续模式的电路工作状态如图2 (a) 和图2 (b) 所示, 电流断续模式的电路工作状态如图2 (a)、(b)、(c) 所示, 两种工作模式的前两个工作状态相同, 电流断续型模式比电流连续型模式多出一个电感电流为零的工作状态。

(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)图2BOO ST 电路的工作状态3matlab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。

本文应用基于matlab软件对BOO ST 电路仿真, 仿真图如图3 所示,其中IGBT作为开关, 以脉冲发生器脉冲周期T=0.2ms,脉冲宽度为50%的通断来仿真图2 中开关S的通断过程。

图3BOO ST 电路的PSp ice 模型3.1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。

基于MATLAB的直流调压调速控制系统的仿真直流调压调速控制系统是一种常见的工业控制系统，广泛用于电力系统、电机驱动系统等领域。

MATLAB是一种功能强大的数学软件，可以用于建立系统的数学模型，进行仿真和控制算法的设计。

在直流调压调速控制系统中，主要包括两个部分：调压环节和调速环节。

调压环节用于控制直流电压的大小，而调速环节则用于控制直流电机的转速。

需要建立直流调压调速系统的数学模型。

以调压环节为例，可以根据直流调压系统的电路特性，建立其数学模型。

假设直流调压调速系统的输入电压为Vin，输出电压为Vout，输入电流为Iin，输出电流为Iout，则可以得到以下数学模型：Vout = K1 * Vin - K2 * IoutK1和K2分别为系统的增益参数。

接下来，需要设计调压环节的控制算法。

常见的控制算法包括比例控制、积分控制和PID控制。

假设调压环节的控制信号为U，设定电压为Vref，则可以得到以下控制算法：U = Kp * (Vref - Vout) + Ki * ∫(Vref - Vout)dt + Kd * d(Vref - Vout)/dtKp、Ki和Kd分别为比例、积分和微分参数。

然后，可以使用MATLAB进行系统仿真。

需要在MATLAB中定义系统的参数和控制算法。

然后，可以使用SIMULINK工具箱来建立系统的模型，连接各个模块，并设置输入电压和负载。

可以运行模型，观察系统的输出结果，评估系统的性能。

在仿真过程中，可以根据不同的需求和控制策略，调整系统的参数和控制算法，进行参数优化和性能改进。

基于MATLAB的直流调压调速控制系统的仿真可以帮助工程师和研究人员进行系统设计和性能评估，提高系统的稳定性和可靠性。

通过仿真还可以节省成本和时间，快速验证和优化控制算法。

基于MATLAB的直流调压调速控制系统的仿真
直流调压调速控制系统是工业中常见的一种控制系统，其可用于电机调速、电压调节等应用。

本文将基于MATLAB软件进行直流调压调速控制系统的仿真，包括建立数学模型、控制策略设计、仿真实现等。

需要建立直流调压调速控制系统的数学模型。

直流电机的数学模型由电动势方程、电流方程和机械方程组成。

电动势方程描述了电机的电动势与电流之间的关系，一般可表示为：
\[E = K_φω\]
E为电动势，K_φ为反电动势常数，ω为转速。

电流方程表示了电流与电压之间的关系，一般为：
\[U_a = R_aI + L_a\frac{dI}{dt} + E\]
U_a为电压，R_a为电阻，L_a为电感。

在建立了直流调压调速控制系统的数学模型后，需要设计相应的控制策略。

通过电压闭环控制实现电压的调节。

这可以通过PID控制实现，其中PID控制器的输出作为输入电压U_a，目标电压为给定的电压值。

将电压闭环控制和转速闭环控制结合起来，形成直流调压调速控制系统。

在MATLAB软件中，可以使用Simulink进行直流调压调速控制系统的仿真。

根据上述的数学模型，建立相应的模型图。

然后，在模型图中添加PID控制器和给定的电压、转速参考信号等输入。

根据设计的控制策略，调整PID控制器的参数。

运行仿真并观察系统的响应。

通过仿真实验，可以验证直流调压调速控制系统的性能，并根据需要进行参数调整和系统优化。

毕业论文(设计)说明书课题名称：基于Matlab的直流-交流变换器建模与仿真学生姓名：学号：学院：机械电气工程学院专业、年级：电气工程及其自动化指导教师：职称：毕业论文(设计)起止时间： 2011.03-2011.06目录毕业论文\设计说明书 (4)第1章前言 (6)1.1MATLAB/SIMULINK仿真的目的与意义 (6)1.2本课题的研究内容 (6)1.3本课题的研究意义 (6)第2章 MATLAB/SIMULIK基础知识 (8)2.1MATLAB介绍 (8)2.1.1 MA TLAB的主要组成部分 (8)2.1.2 MA TLAB的系统开发环境 (9)2.2SIMULINK仿真基础 (10)2.2.1 SIMULINK启动 (10)2.2.2 SIMULINK的模块库介绍 (10)2.2.3 电力系统模块库的介绍 (11)2.2.4 SIMULINK简单模型的建立 (11)2.2.5 SIMULINK功能模块的处理 (12)2.2.6 SIMULINK线的处理 (13)2.2.7 SIMULINK仿真的运行 (13)第3章单相桥式全控整流及有源逆变电路的MATLAB仿真 (17)3.1单相桥式全控整流及有源逆变电路的原理和仿真模型 (17)3.1.1单相桥式全控整流及有源逆变电路的原理 (17)3.1.2.单相桥式全控整流及有源逆变电路的仿真模型 (18)3.2仿真模型使用模块的参数设置 (19)3.3模型仿真及仿真结果 (20)第4章三相半波整流及有源逆变电路的MATLAB仿真 (22)4.1三相半波整流及有源逆变电路(阻感性负载)的原理和仿真模型。

(22)4.1.1.三相半波整流及有源逆变电路的原理 (22)4.1.2三相半波整流及有源逆变电路的仿真模型 (23)4.2仿真模型使用模块的参数设置 (23)4.3模型仿真及仿真结果 (25)第5章三相桥式整流及有源逆变电路的MATLAB仿真 (26)5.1三相桥式整流及有源逆变电路的原理和仿真模型 (26)5.1.1三相桥式整流及有源逆变电路的原理 (26)5.1.2三相桥式整流及有源逆变电路的仿真模型 (27)5.2仿真模型使用模块的参数设置 (28)5.3模型仿真及仿真结果 (29)第6章正弦波脉宽调制逆变器的MATLAB仿真 (30)6.1正弦波脉宽调制逆变器的原理和仿真模型 (30)6.1.1正弦波脉宽调制逆变器的原理 (30)6.1.2正弦波脉宽调制逆变器的仿真模型 (36)6.2仿真模型使用模块的参数设置 (37)6.3模型仿真及仿真结果 (39)第7章滞环控制三相电流跟踪型逆变器的MATLAB仿真 (42)7.1滞环控制三相电流跟踪型逆变器的原理和仿真模型 (42)7.1.1滞环控制三相电流跟踪型逆变器的原理 (42)7.1.2滞环控制三相电流跟踪型逆变器的仿真模型 (44)7.2仿真模型使用模块的参数设置 (44)7.3模型仿真及仿真结果 (46)第8章结论 (49)致谢 (50)主要参考文献 (51)毕业论文\设计说明书中文摘要直流-交流(DC-AC)变换电路，又称为逆变器(inverter),能够将直流电能转换为交流电能。

学号天津城建大学控制系统仿真大作业直流升压变换器的MATLAB仿真学生姓名班级成绩控制与机械工程学院2014年6 月20 日目录一、绪论 (1)二、仿真电路原理图及原理 (1)三、所使用的Matlab工具箱与模块库 (2)四、模块参数设定 (2)五、模块封装与仿真框图搭建 (2)六、仿真结果 (6)七、结论 (6)八、参考文献 (7)一、绪论在电力电子技术中，将直流电的一种电压值通过电力电子变换装置变换为另一种固定或可调电压值的变换，成为直流-直流变换。

直流变换的用途非常广泛，包括直流电动机传动、开关电源、单相功率因数校正，以及用于其它领域的交直流电源。

根据电力电子技术原理，升压式（Boost ）斩波器的输出电压0u 高于输入电源电压s u ，控制开关与负载并联连接，与负载并联的滤波电容必须足够大，以保证输出电压恒定，储能电感也要很大，以保证向负载提供足够的能量。

若升压式斩波器的开关导通时间on t ，关断时间off t ，开关工作周期off on t t T +=。

定义占空比或导通比/T t D on =，定义升压比S o /U U =α。

根据电力电子技术的原理，理论上电感储能与释放能量相等，有s s off o u 1u t T β==U ，升压比的倒数Tt 1off ==αβ。

还有，1D =+β。

由此可见，当s u 一定时，改变β就可以调节0u 。

当const T =时，调β就是调off t ，或调on t 也是调β，也就改变了0u ，这就是升压式斩波器的升压工作原理。

二、仿真电路原理图及原理原理图如图1所示：假设L 值、C 值很大，V 通时，E 向L 充电，充电电流恒为1 I ，同时C 的电压向负载供电，因C 值很大，输出电压0u 为恒值，记为0u 。

设V 通的时间为on t ，此阶段L 上积蓄的能量为on 1t EI 。

图1V 断时，E 和L 共同向C 充电并向负载R 供电。

设V 断的时间为off t ，则此期间电感L 释放能量为()off 10t I E -u ，稳态时，一个周期T 中L 积蓄能量与释放能量能量相等。

基于MATLAB的升压-降压式变换器的仿真自动0703 祁婕一、摘要（150-250字）直流斩波电路(DC Chopper)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，也称为直接直流—直流变换器( DC/DC Converter)。

直流斩波电路的种类很多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路，Zeta斩波电路，前两种是最基本电路。

应用Matlab的可视化仿真工具Simulink建立了电路的仿真模型，在此基础上对升降压斩波Boost—Buck电路进行了较详细的仿真分析。

本文先分析了降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路的工作原理，又用Matlab 对升压-降压变换器进行了仿真建模，最后对仿真结果进行了分析总结。

二、设计目的和意义通过本次设计，希望达到以下目的：1、理解直流斩波电路中：降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路的工作原理，熟悉其原理图及工作时的波形图，掌握着两种电路的输入输出关系、电路解析方法、工作特点，并在理解的基础上会对直流斩波电路进行分析计算，加深对直流斩波电路的掌握及应用。

2、掌握应用Matlab的可视化仿真工具Simulink建立电路的仿真模型的方法，在此基础上对升降压斩波Boost—Buck电路进行详细的仿真分析，以提高设计建模的能力及加强对Matlab/Simulink软件的熟练程度。

3、认真分析总结仿真结果，将仿真波形与常规分析方法得到的结果进行比较，总结结论，体会Matlab软件在电力电子技术学习和研究中的应用价值。

三、设计原理1、降压斩波电路（Buck Chopper)工作原理（1）t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压uo=E，负载电流io按指数曲线上升。

（2）t=t1时控制V关断，二极管VD续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。

通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。