升压-降压式变换器的仿真讲解

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。

matlab仿真心得体会【篇一：matlab心得体会】matlab心得体会班级：电气08-3班姓名：张强学号：24matlab一个高级的距阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。

用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序(m文件)后再一起运行。

新版本的matlab语言是基于最为流行的c＋＋语言基础上的，因此语法特征与c＋＋语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。

使之更利于非计算机专业的科技人员使用。

而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是matlab能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。

在对升压-降压（boost-buck）式变换器电路理论分析的基础上，建立基于simulink的升压－降压式变换器的仿真模型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。

升压-降压式变换器电路图如右图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il和电容电压u0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i1，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i2，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ul对时间的积分为零，当v 处于通态期间时，ul=e；而当v处于端态期间时，ul=-出电压为 u0。

于是，etonu0toff=，所以输图1-2中给出了电源电流i1和负载电流i2的波形，设两者的平均值分别为i1和i2，当电流脉动足够小时，有 i1tont i2=off可得如下如果v、vd为没有损耗的理想开关时，则ei1=u0i2，其输出功率和输入功率相等，可将其看作直流变压器。

matlab心得体会matlab心得体会Matlab心得体会班级：电气08-3班姓名：张强学号：Matlab一个高级的距阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。

用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序(M文件)后再一起运行。

新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C＋＋语言基础上的，因此语法特征与C＋＋语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。

使之更利于非计算机专业的科技人员使用。

而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。

在对升压-降压（Boost-Buck）式变换器电路理论分析的基础上，建立基于Simulink的升压－降压式变换器的仿真模型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。

升压-降压式变换器电路图如右图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iL和电容电压u0基本为恒值。

图1-1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i1，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i2，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uL对时间的积分为零，当V处于通态期间时，uL=E；而当V处于端态期间时，uL=-出电压为u0。

于是，EtonU0toff=，所以输U= tontoffαE=βE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。

DCDC升压转换器电路仿真设计工具DCDC升压转换器电路是电子设备中常用的一种电源转换电路，能够将低压电源转换为高压电源，常见于手机充电器、电子设备充电板等产品中。

为了提高电路设计的效率和准确性，电子工程师通常会借助电路仿真设计工具。

一、DCDC升压转换器电路设计的重要性DCDC升压转换器电路设计的质量直接影响到电源转换的效率和稳定性。

一款合理设计的DCDC升压转换器电路能够实现高效率转换，减少能量损耗，同时不会对其他电子元件造成过多的电磁干扰。

因此，电路设计工具的选择和使用非常重要。

二、电路仿真设计工具的作用和优势1. 仿真工具可以模拟电路各个部分的工作原理和特性。

通过输入电路参数和组件参数，仿真工具可以输出电路的性能曲线、电流、电压等重要参数。

这样，设计师可以在电路实际搭建之前，通过仿真工具预先获得电路性能的估计和优化方案。

2. 仿真设计工具能够提高设计效率。

相比于传统的试错法，通过仿真工具可以减少实际搭建电路的次数，从而节省了时间和成本。

设计师可以通过多次仿真，优化电路参数和拓扑结构，实现最佳的电路设计。

3. 仿真工具可以提供电路设计的可视化结果。

设计师可以通过仿真结果图形化展示电路的各项性能指标，如输出电压、效率等。

这种直观的展示方式有助于设计师更好地理解和评估设计方案。

三、DCDC升压转换器电路仿真设计工具的选择根据实际需求和个人偏好，设计师可以选择不同的DCDC升压转换器电路仿真设计工具。

以下是几个常用的仿真工具：1. LTspice：LTspice是一款功能强大、免费且易于使用的电路仿真软件。

它支持各类模拟电路仿真，包括DCDC升压转换器电路的建模和仿真。

LTspice提供了丰富的元器件库和仿真模型，能够准确模拟电路的行为，并提供详细的仿真结果。

它还支持波形显示、参数调整等功能，非常适合初学者和专业设计师使用。

2. Pspice：Pspice是一款由Cadence公司开发的电路仿真软件。

实验三 BUCK降压变换电路仿真分析●实验名称：BUCK降压变换电路仿真分析●实验目的:掌握DC-DC变换中的基本模块BUCK降压转换电路的基本原理●实验原理介绍：BUCK电路是DC-DC变换电路中的基本模块，其主电路包括输入电源、开关管、续流二级管以及储能电感、滤波电容和负载，它们共同完成电能的转换和传递。

如图2-2所示，是BUCK电路基本结构图，它由一个开关S，一个二级管D，以及LC低通滤波器和负载所组成。

BUCK正常工作时，开关S被控制电路的控制，重复导通和关断，等效于输入电压为方波电压，通过L/C滤波器的滤波作用，最终获得近似于直流的输出电压U OUT.若BUCK电路工作在连续导通模式下，输出电压由输入电压和占空比共同决定，而与所接入的负载大小无关，因此设计相应工作模式的电路会比较简单可靠假如BUCK电路已经处于稳定工作状态，则可以判定输入电压、输出电压、输出负载电流以及占空比固定且不会发生变化。

本节的主要工作是通过对BUCK转换器主电路在连续工作模式下的稳态分析，推导出电路间各参数的关系。

BUCK连续工作模式分为两个状态：第一个状态是S导通、D关断；第二个状态是S关断、D导通。

定义开关S导通状态的持续时间为T ON，开关管S关断状态的持续时间为错误!未找到引用源。

，一个周期时间为T S，占空比记做DTTSOND=因为连续导通模式的每一个周期只存在两个状态，因此SOFFTDT⨯-=)1(学号实验日期成绩年月日开关导通时的等效电路第一个状态：S 导通，二极管D 由于承受反向电压而截至，等效的电路如图所示。

电感两端的承受正向压降，电感电流逐渐增加连续导通模式下的，稳态波形如图所示。

作用于电感上的电压直流值是恒定的，因此，电感电流呈线性增长，且满足下式LdtUUdioutinL-=则可以推出，电感纹波电流峰-峰值表达式为LD T U U i Sout in L ⨯⨯-=∆)(工作于连续导通模式下的BUCK 电路的波形第二个状态：S 关断，等效电路如图所示，由于流过电感的电流不能突变，电流从开关管S 转移到二极管D 上。

DCDC变换器数学模型建立与仿真软件随着电子技术的快速发展，DCDC变换器在能源转换领域的应用越来越广泛。

而为了对DCDC变换器的性能进行分析和优化，建立准确的数学模型并进行仿真是非常重要的。

本文将介绍DCDC变换器数学模型的建立以及常用的仿真软件。

一、DCDC变换器的数学模型建立DCDC变换器是一种将直流电压转换为不同电压等级的电子设备。

根据不同的电路拓扑结构，DCDC变换器可以分为多种类型，如升压变换器、降压变换器、升降压变换器等。

建立DCDC变换器的数学模型是分析其工作原理和性能的基础。

1. 拓扑结构分析DCDC变换器的数学模型首先需要根据其拓扑结构进行分析。

拓扑结构决定了电流、电压等信号的传输路径和变换关系。

常见的DCDC 变换器拓扑结构有Boost、Buck、Buck-Boost等，每种结构都具有不同的特点和工作原理。

2. 电路参数建立根据DCDC变换器的拓扑结构，进一步建立其电路参数。

电路参数包括电感、电容、开关管的导通与截止等特性。

通过实际电路的参数测量或理论分析，可以得到准确的电路参数数值，为后续的数学建模提供依据。

3. 状态方程推导根据电路的拓扑结构和电路参数，推导出DCDC变换器的状态方程。

状态方程描述了电流和电压的动态变化关系，通过求解状态方程可以得到电路的时间响应和稳态工作点信息。

4. 控制策略建立DCDC变换器通常需要控制器来实现对输出电压的调节和稳定。

因此，建立DCDC变换器的控制策略也是数学模型的一部分。

控制策略可以通过PID控制、模型预测控制等方法来实现，具体的选择需要根据系统的需求和设计目标来确定。

二、DCDC变换器仿真软件建立DCDC变换器的数学模型后，可以利用仿真软件进行仿真分析和性能评估。

下面介绍几种常见的DCDC变换器仿真软件：1. PSIMPSIM是一款专业的电源电路仿真软件，支持各种类型的DCDC变换器建模和仿真。

它可以进行稳态和动态的仿真分析，包括输出电压稳定性、效率、开关损耗等性能指标的评估。

matlab仿真心得体会【篇一：matlab心得体会】matlab心得体会班级：电气08-3班姓名：张强学号：24matlab一个高级的距阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。

用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序(m文件)后再一起运行。

新版本的matlab语言是基于最为流行的c＋＋语言基础上的，因此语法特征与c＋＋语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。

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而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是matlab能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。

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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。

升压-降压式变换器电路图如右图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il和电容电压u0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i1，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i2，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ul对时间的积分为零，当v 处于通态期间时，ul=e；而当v处于端态期间时，ul=-出电压为 u0。

于是，etonu0toff=，所以输图1-2中给出了电源电流i1和负载电流i2的波形，设两者的平均值分别为i1和i2，当电流脉动足够小时，有 i1tont i2=off可得如下如果v、vd为没有损耗的理想开关时，则ei1=u0i2，其输出功率和输入功率相等，可将其看作直流变压器。

1 概述直流-直流变流电路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，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。

其中，直接直流变流电路又叫斩波电路，它包括降压斩波电路（Buck Chopper）、升压斩波电路（Boost Chopper)、升降压斩波电路（Buck/Boost）、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路共六种基本斩波电路。

Buck/Boost升降压斩波电路同时具有Buck斩波电路和Boost斩波电路的特点，能对直流电直接进行降压或者升压变换，应用广泛。

本文将对Buck/Boost升降压斩波电路进行详细的分析。

RVDRVDRVD2 主电路拓扑和控制方式Buck/Boost 主电路的构成Buck/Boost 变换器的主电路与Buck 或Boost 变换器所用元器件相同，也由开关管、二极管、电感、电容等构成，如图1所示。

与Buck 和Boost 不同的是电感L 在中间，不在输出端也不在输入端，且输出电压极性与输入电压极性相反。

开关管也采用PWM 控制方式。

Buck/Boost 变换器也由电感电流连续和断续两种工作方式，但在实际应用中，往往要求电流不断续，即电流连续，当电路中电感值足够大时，就能使得电路工作在电流连续的状态下。

因此为了分析方便，现假设电感足够大，则在一个周期内电流连续。

图2-1 Buck/Boost 主电路结构图电流连续时有两个开关模态，即V 导通时的模态1，等效电路见图2（a ）；V 关断时的模态2，等效电路见图2（b ）。

（a ）V 导通（b）V关断，VD续流图2-2 Buck/Boost不同模态等效电路ttttt电感电流连续时的工作原理及基本关系电感电流连续工作时的工作主要波形见图2-3。

图2-3电感电流连续时的主要波形为了方便分析，假设电感、电容的值足够大，并且忽略电感的寄生电容。

电感电流连续工作时，Buck/Boost 变换器有V 导通和V 关断两种工作模态。