实验二、基于Simulink的直流斩波电路的仿真实验报告

自动化（院、系）自动化专业112 班组电力电子技术课实验二、基于Simuilink的直流斩波电路仿真实验一、实验目的(1)加深理解直流斩波电路的工作原理。

(2)学会应用Matlab的可视化仿真工具Simulink以及元器件的参数设置。

二、实验内容2.1理论分析2.1.1直流降压斩波电路直流降压斩波电路原理图如图1(a)所示。

图中用理想开关S代表实际的电力电子开关器件；R为纯阻性负载。

当开关S在ton时间接通时，加到负载电阻上的电压Uo等于直流电源Ud。

当开关S在toff时间断开时,输出电压为零,直流变换波形如图1(b)所示。

输出电压平均值为：Uo=ton/Ts*Ud= D*Ud(1)式中：ton为斩波开关S在一个周期内的导通时间；toff为斩波开关S在一个周期内的关断时间；Ts为斩波周期,Ts= ton+toff；D为占空比，D = ton/Ts。

由此可见，改变导通占空比D，就能够控制斩波电路输出电压Uo的大小。

由于D是在0~1之间变化的系数，因此输出电压Uo总小于输入电压Ud，即为降压输出。

（院、系）专业班组课2.1.2直流升降压斩波电路升降压斩波电路输出电压平均值为：Uo=-ton/toff*Ud=-D/（1-D）*Ud 式中：负号表示输出电压与输入电压反相。

当D =0.5时，Uo=Ud；当D>0.5时，Uo>Ud，为升压变换;当D<0.5时，Uo<Ud,为降压变换。

2.2仿真设计2.2.1直流降压斩波电路图2为由IGBT组成的Buck直流变换器仿真模型，IGBT按默认参数设置,并取消缓冲电路即RS=5Ω；CS=0；电压源参数取US=200 V，E=80 V；负载参数取R=10Ω，L=5 mH。

打开仿真参数窗口，选择ode23tb算法,相对误差设置为1e -03，开始仿真时间设置为0，停止仿真时间设置为0.01 s，控制脉冲周期设置为0.001 s(频率为1 000 Hz)，控制脉冲占空比。

直流降压斩波电路仿真报告
一、实验目的和要求
1.熟悉降压斩波电路的工作原理；
2.学会分析和解决实验中出现的问题；
3.熟悉降压斩波电路的组成与其工作特点。

二、实验模型和参数设置
1.
总模型图：
2.参数设置
IGBT：Ron=1e-3,Lon=10e-4,Vf=1,Rs=1e5, Cs=inf.
电源：E=100v.
脉冲发生器：Amplitude=5, period=0.001, Duty cycle=50or80. 负载：R=1Ω
电感：L=10mH,C=10pF
情况一：Duty cycle=50；
情况二：Duty cycle=80；
三、波形记录和实验结果分析
（1）Duty cycle=50时的波形图：
（2）Duty cycle=80时的波形图：
通过图像可以看出来，刚开通时流过功率开关的电流为零，由于电感的阻碍，电流逐渐上升，当IGBT关闭时，流过其电流为零，其两端电压为电源电压。

此时负载依靠电感上的电能继续有电流通过。

但是电流降低，降低程度与负载和电感特性决定。

当IGBT继续导通时，给电感充电，此时电流上升。

直到充电与放点达到一个平衡之后就是使整个电流的平均值保持稳定。

另外，对比占空比为50和占空比为80时的波形图，我们发现输出电压虽然不像理
论上正好为50v,80v，但是大体与理论保持一致，因为IGBT上其实是有电压降的。

项目一 降压式直流斩波电路建模仿真实训一、 降压式直流斩波电路（buck ）（1）原理图用IGBT 作为电路的控制开关，用上一个二极管起续流作用，在加上L-C 低通滤波电路组成Buck 电路 。

如图1-1。

+-U0E图1-1（2）建立仿真模型根据原理图用matalb 软件画出正确的仿真电路图，如图1-2。

图1-2仿真参数，算法（solver ）ode15s ，相对误差（relativetolerance ）1e-3，开始时间0结束时间0.05s ，如图1-3。

图1-3脉冲参数，振幅1V，周期0.002，初始占空比为10% 如图1-4图1-4电源参数，电压100v 如图1-5所示。

图1-5 IGBT参数，如图1-6所示。

图1-6电感参数设为0.1H，如图1-7所示图1-7电感参数设为0.1H，如图1-8所示图1-8（3）仿真参数设置设置触发脉冲的占空比分别为30%、50%、60%、90%。

与其产生的相应波形分别如图1-9、图1-10、图1-11、图1-12。

在波形图中第一列波形为流过二级管的电流波形，第二列波形为流过IBGT的电流波形，第三列波形为IGBT的电压波形，第四列波形为负载电流波形，第五列波形为负载的电压波形。

图1-9图1-10图1-11图1-12（4）小结当输入电压E不变时，输出电压随占空比D的线性变化而线性变化，而与电路其他参数无关。

输出电压U0=DE，即占空比越大，输出电压越大，最大等于E。

项目二升压式直流斩波电路建模仿真实训二、 升压式直流斩波电路（boost ）（1）原理图升压式直流斩波电路与降压式直流斩波电路最大的不同，控制开关IGBT 与负载R 呈并联形式连接。

如图2-1。

-U0E图2-1（2）建立仿真模型根据原理图用matalb 软件画出正确的仿真电路图，如图2-2。

图2-2仿真参数，算法（solver ）ode15s ，相对误差（relativetolerance ）1e-3，开始时间0结束时间0.05s ，如图2-3。

直流斩波电路的Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真研究作者：王辉程坦来源：《现代电子技术》2009年第05期摘要：电力电子技术是工科院校电气信息类专业学生必修的一门专业基础课程，其理论性和实践性较强，电路和波形图多且复杂，通常仿真技术在电力电子技术领域应用不多。

应用Matlab的可视化仿真工具Simulink建立了Buck电路的仿真模型，在此基础上对Buck电路及Boost-Buck电路进行了较详细的仿真分析。

结果表明，仿真波形与常规分析方法得到的结果具有一致性，证实了Matlab软件在电力电子技术教学和研究中具有较好的应用价值。

关键词：Matlab/Simulink；直流斩波电路；电力系统工具箱；建模中图分类号：TM13文献标识码：B文章编号：1004-373X(2009)05-174-02Simulation Research of DC Chopper Circuit Based on Matlab/SimulinkWANG Hui,CHENG Tan(Pingdingshan Institute of Technology,Pingdingshan,467044,China)Abstract：The course of power electronics is the required specialized course for the students major in electrical information.The course has high theory and practice.It includs much complex circuits and wave forms.The simulation technology is seldom used in the field of power electronics.The simulation model of buck chopper circuit is constructed based onMatlab/Simulink.The buck chopper circuit and Boost-Buck chopper circuit are fully simulated and analyzed based on this model.The results show that the voltage wave forms both based on simulation and based on conventional circuit analysis are identical.It proves that the software has a good application value in the researching and teaching of the power electronic.Keywords：Matlab/Simulink;DC chopper circuit;power system toolbox;modeling0 引言在电力电子技术中，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，称为直流-直流变换。

基于MATLAB 的升压－降压式变换器的仿真一、摘要直流斩波电路就是将直流电压变换成固定的或可调的直流电压，也称DC/VC 变换.使用直流斩波技术，不仅可以实现调压功能，而且还可以达到改善网侧谐波和提高功率因素的目的。

直流斩波技术主要应用于已具有直流电源需要调节直流电压的场合。

直流斩波包括降压斩波电路、升压斩波电路和升降压斩波电路.而利用升压--降压变换器,既可以实现升压,也可以实现降压。

二、设计目的通过对升压—降压（Boost —Buck ）式变换器电路理论的分析，建立基于Simulink 的升压-降压式变换器的仿真模型,运用绝缘栅双极晶体管（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所建模型的正确性。

三、设计原理升压-降压式变换器电路图如右图所示。

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。

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 对时间的积分为零则 ： 00=⎰dt u T L当V 处于通态期间时，E u L =；而当V 处于端态期间时,=L u 0u -。

于是，=on Et off t U 0，所以输出电压为：E E t t U off on βα==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 offon t t 可得如下11002I I t t I n ff αβ== 如果V 、VD 为没有损耗的理想开关时，则: =1EI 20I U ， 其输出功率和输入功率相等，可将其看作直流变压器。

电力电子电路建模与仿真实验实验二DC/DC直流斩波电路的仿真姓名：所在院系：班级：学号：一、实验目的1 进一步掌握PSIM软件的使用方法。

2 学习常用直流斩波电路的建模与仿真方法。

3 加深理解各斩波电路的工作原理和不同变换特性。

二、实验内容、步骤与结果1 降压斩波电路（1）、按图2-1设计仿真电路，设置电路参数，使其工作在连续模式，记录开关电压，输出电压与电流的波形及相应的仿真参数。

图2-1（电路原理图）连续电路参数：L =1H ；R =100欧；F=50HZ；E=100V;占空比：0.8；仿真时间t=0.1s。

仿真波形：图2-1-1（连续模式）（2）、改变电路参数，使其工作在非连续模式，在记录开关电压、输出电压与电流的波形及相应得的真参数。

非连续电路参数：L =0.1H ；R =100欧；F=50HZ；E=200V;占空比：0.6；仿真时间t=1s。

仿真波形：图2-1-2（非连续电路续模式）（3）、测量输出电压的直流分量，分析它与占控比的关系，并与理论值进行对比。

电压的直流分量与波形：80V实验结果分析：(1)电压的直流分量计算公式：U o=t ont on+t off E=t onTE=αE其中a=0.8,且E=100故理论计算值U0=80实际测量值U0=80可见直流电压分量与占空比成正比。

实际测量值与理论计算值相差无几，极为接近。

说明仿真是很准确的，结果真实可信。

2 升压斩波电路（1）、按图2-2设计仿真电路，设置电路参数，使其工作在连续模式，记录开关电压，输出电压与电流的波形及相应的仿真参数。

图2-2（电路原理图及改进电路）连续电路参数L =20mH ；R =20欧姆；C=220uF；F=1000HZ；E=100V;占空比：0.5 ；仿真时间t=50ms。

图2-2-1(连续模式)（2）、改变电路参数，使其工作在非连续模式，在记录开关电压、输出电压与电流的波形及相应得的真参数。

断续电路参数：L =1H ；R =500欧；C=100u；F=1000HZ；E=100V;占空比：0.8；仿真时间t=0.1S。

《系统仿真实验》实验报告目录一《电路》仿真实例 (3)2.1 简单电路问题 (3)2.1.1 Simulink中仿真 (3)2.1.2 Multisim中仿真 (4)2.2 三相电路相关问题 (5)二《自动控制原理》仿真实例 (7)1.1 Matlab绘图 (7)三《数字电路》仿真实例 (8)3.1 555定时器验证 (8)3.2 设计乘法器 (9)四实验总结 (11)一《电路》仿真实例2.1 简单电路问题课后题【2-11】如图所示电路，R0=R1=R3=4Ω，R2=2Ω,R4=R5=10Ω,直流电压源电压分别为10V、4V、6V，直流电流源电流大小为1A，求R5所在的支路的电流I。

（Page49）解：simulink和multisim都是功能很强大的仿真软件，下面就以这个简单的习题为例用这个两个软件分别仿真，进一步说明前者和后者的区别。

2.1.1 Simulink中仿真注意事项：由于simulink中并没有直接提供DC current source，只有AC current source，开始的时候我只是简单的把频率调到了0以为这就是直流电流源了，但是并没有得到正确的仿真结果。

后来问杨老师，在老师的帮助下发现AC current source的窗口Help中明确的说明了交流变直流的方法：A zero frequency and a 90 degree phase specify a DC current source.然后我把相角改成90度后终于得到了正确的仿真结果，Display显示I=0.125A，与课本上答案一致。

2.1.2 Multisim中仿真结果：I=125mA=0.125A(因为电流表探针电压电流比是1V/mA)。

2.2 三相电路相关问题【例】三相电路实际连接图如下所示，是通过功率表和电流的读数，验证课本上的相关结论。

解：Multisim中电路图连接如下所示：解：观察各支路的功率和功率因素，验证了以下几点结论：（1）只有纯阻性支路的功率因素为1；（2）纯感性或纯容性支路的功率因素为0，有功功率也为0；（3）混合支路的（容阻、感阻、容感阻）功率因素在0到1之间。

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。

竭诚为您提供优质文档/双击可除直流斩波电路性能研究实验报告篇一：电力电子实验报告直流斩波电路的性能研究实验五直流斩波电路的性能研究（六种典型线路）一、实验目的(1)熟悉直流斩波电路的工作原理。

(2)熟悉各种直流斩波电路的组成及其工作特点。

(3)了解pwm控制与驱动电路的原理及其常用的集成芯片。

二、实验所需挂件及附件三、实验线路及原理1、主电路①、降压斩波电路(buckchopper)降压斩波电路(buckchopper)的原理图及工作波形如图4-12所示。

图中V为全控型器件，选用IgbT。

D为续流二极管。

由图4-12b中V的栅极电压波形uge可知，当V处于通态时，电源ui向负载供电，uD=ui。

当V处于断态时，负载电流经二极管D续流，电压uD近似为零，至一个周期T结束，再驱动V导通，重复上一周期的过程。

负载电压的平均值为：uo式中ton为V处于通态的时间，toff为V处于断态的时间，T为开关周期，α为导通占空比，简称占空比或导通比(α=ton/T)。

由此可知，输出到负载的电压平均值uo最大为ui，若减小占空比α，则uo随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。

tontuionu??auiton?toffTiuicegugetTtofft+L1c1+uo-uDuouiVuD-tt-(b)波形图图4-12降压斩波电路的原理图及波形(boostchopper)(boostchopper)的原理图及工作波形如图4-13所示。

电路也使用一个全控型器件V。

由图4-13b中V的栅极电压波形uge可知，当V处于通态时，电源ui向电感L1充电，充电电流基本恒定为I1,同时电容c1上的电压向负载供电，因c1值很大，基本保持输出电压uo为105恒值。

设V处于通态的时间为ton，此阶段电感L1上积蓄的能量为uiI1ton。

当V处于断态时ui和L1共同向电容c1充电，并向负载提供能量。

设V处于断态的时间为toff，则在此期间电感L1释放的能量为(uo-ui)I1ton。