直流升压变换器的MATLAB仿真
电力电子课程设计matlab仿真实验
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的直流调压调速控制系统的仿真
基于MATLAB的直流调压调速控制系统的仿真引言本文将介绍如何利用MATLAB进行直流调压调速控制系统的仿真，并对系统的性能进行分析和优化。
我们将对直流调压调速控制系统的原理进行简要介绍，然后利用MATLAB进行仿真分析，最后对仿真结果进行评估和优化。
直流调压调速控制系统原理直流调压调速控制系统通常由直流电源、整流器、电动机、控制器和负载组成。
整流器将交流电源转换为直流电源，控制器通过对电动机的电流和电压进行调节，实现对电动机的调压调速控制，从而达到满足负载的要求。
MATLAB仿真分析在MATLAB中，对直流调压调速控制系统进行仿真分析，可以使用Simulink工具箱来模拟实际系统的行为。
Simulink提供了丰富的模块和函数，用户可以方便地构建控制系统的模型，并对系统的性能进行仿真和优化。
我们需要建立直流调压调速控制系统的模型，包括直流电源、整流器、电动机、控制器和负载。
控制器的设计是关键，它需要根据负载要求和环境条件对电动机进行调压调速控制。
在Simulink中，用户可以通过对模块的连接和参数的设定，快速构建控制系统的模型，并对系统的性能进行仿真。
接下来，我们需要对仿真结果进行分析，包括电动机的输出转速、输出转矩和功率等性能指标。
通过对这些性能指标的分析，可以评估控制系统的稳定性和效率，并对系统的参数进行优化。
仿真结果评估和优化在仿真过程中，我们可以对控制系统的参数进行调节和优化，以提高系统的稳定性和效率。
可以对控制器的参数进行调节，以实现对电动机的更精准的调压调速控制；也可以对整流器和负载的参数进行调节，以提高系统的整体性能。
还可以通过引入反馈控制和预测控制等先进的控制策略，对控制系统进行优化。
可以根据负载的变化和环境的变化，动态调整控制器的参数，实现对系统的实时优化。
我们需要对优化后的控制系统进行再次仿真分析，以评估优化效果。
通过对优化后的系统性能的评估，可以确定控制系统是否满足负载的要求，并产生良好的控制效果。
《MATLAB工程应用》升降压(Buck-Boost)变换器仿真
《MATLAB工程应用》升降压（Buck-Boost）变换器仿真一、选题背景说明本课题应解决的主要问题及应达到的技术要求，简述本设计的指导思想。
升降压变换器通过调节直流侧电源的占空比来进行升压与降压，当占空比为1/3，输出电压为10v时，为降压，当占空比为2/3，输出电压为40v时，为升压。
通过二极管的单向导电性正向向负载充电，逆向二极管续流，大电感使得电流连续且脉动小，以及mosfet开关管的控制二、原理分析(设计理念)开关管T导通时，二极管阴极接电压源正极，承受反向电压而截止，输入电压Us直接加在电感L上,极性为上正下负，电流流过电感使之储能增加。
开关管工截止时，电感电流云有减小的趋势，电感线圈产生自感电势反向,为下正上负，二极管口受正向压降而导通，电感通过二极管对电容C 充电，C储能，以备下导通时对负载放电维持输出U0不变。
Buck- Boost 变换器的电压增益随占空比的变化可以降压也可以升压，这是它的主要优点,但是开关管和二极管关断时承受的最大电压为Us+U。
，但是开关管和二极管关断时承受的最大电压为Us+U。
，这显然对器件的要求比Buck 变换器和 Boost 变换器更苛刻。
同时 Buck -Boost 变换器的输入电流和输出电流都是脉动的，为了平波需要加入滤波器 , 结果使电路稍显复杂。
三、过程论述设计总图，器件的使用情况和布局连线脉冲发生器设置（占空比为1/3时，降压）电容c的参数设定Mosfet与diode的参数均为参省值电感l的参数设定电阻r的参数设定四、结果分析对研究过程中所获得的主要的数据、现象进行定性或定量分析，得出结论和推论。
从上到下依次为触发脉冲Ug，电感电压UL，电感电流iL,开关管电流iT，二极管电流iD，输出电压U0。
通过对二极管导通时对负载进行充电，关断时，二极管进行续流左右，而实现对直流电压的升压或降压（直流电压占空比的更改进行选择），并通过电感电容进行减小电流的脉动以及滤波。
基于MatlabSimulink的BOOST电路仿真
基于Matlab/Simulink的BOOST电路仿真姓名：weitor学号：**********班级：07自动化2班时间：2010年12月5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BOOST 电路的工作特性。
2电路组成线路由开关S、电感L、电容C组成，如图1所示，完成把电压Vs 升压到Vo的功能。
图1BOOST 电路的结构3电路的工作状态BOOST 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。
（1）充电过程在充电过程中，开关闭合（三极管导通），等效电路如图2 (a)，开关（三极管）处用导线代替。
这时，输入电压流过电感。
二极管防止电容对地放电。
由于输入是直流电，所以电感上的电流以一定的比率线性增加，这个比率跟电感大小有关。
随着电感电流增加，电感里储存了一些能量。
（2）放电过程如图2 (b)，这是当开关断开（三极管截止）时的等效电路。
当开关断开（三极管截止）时，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为0，而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。
基于matlab_simulink升压式变换器的仿真
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MATLAB的升压-降压式变换器的仿真
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。
关键词 MATLAB 升压－降压式变换器 斩波电路 仿真二、设计目的和意义通过对升压-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图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。
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 对时间的积分为零图1 升压-降压式变换器电路则 ： 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。
基于MATLAB的直流调压调速控制系统的仿真
基于MATLAB的直流调压调速控制系统的仿真1. 引言1.1 研究背景直流调压调速系统作为电力电子领域中的重要研究方向，其控制技术的研究一直备受关注。
随着工业自动化的发展和能源需求的增加，直流调压调速系统在工业控制和电力传输中发挥着重要作用。
传统的直流调压调速系统在控制精度、响应速度和稳定性方面存在一定的不足，因此需要不断改进和优化。
在这样的背景下，基于MATLAB的直流调压调速控制系统的仿真研究变得尤为重要。
利用MATLAB这一强大的工具，研究人员可以对系统进行建模、设计控制器、分析系统稳定性并进行仿真验证，从而实现对系统性能的优化和提升。
本文旨在通过对直流调压调速控制系统的建模、PID控制器设计与仿真、系统稳定性分析、参数优化与性能评价以及系统仿真结果分析等方面进行研究，进一步探讨如何通过MATLAB工具来实现直流调压调速系统的优化和控制。
希望通过本文的研究，能够为直流调压调速系统的控制技术研究提供一定的参考和借鉴，促进该领域的发展与进步。
1.2 研究目的直流调压调速控制系统是电气工程中常见的控制系统，在工业生产和实验研究中有着广泛的应用。
研究的目的在于通过MATLAB进行仿真，探究系统的建模、PID控制器设计、系统稳定性分析、参数优化以及性能评价等方面的问题。
通过深入研究直流调压调速控制系统的各种特性及其影响因素，可以更好地理解控制系统的工作原理和性能特点，为实际工程应用提供指导。
通过仿真实验，可以降低实验成本、提高实验效率，并能够在设计过程中进行多次调试和优化，从而得到更加理想的控制效果。
研究直流调压调速控制系统的仿真具有重要的现实意义和理论价值。
通过本研究的深入探讨，不仅可以加深对控制系统理论的理解，还可以为工程实践提供有益的借鉴和指导。
1.3 研究意义直流调压调速控制系统作为工业控制领域中的重要组成部分，其研究具有重要的理论价值和实际应用意义。
首先，在工业生产中，直流调压调速控制系统广泛应用于电动机、风电变流器、UPS电源等设备中，能够实现对电压和速度的精确控制，提高设备的运行效率和稳定性。
基于Matlab／SIMULINK的桥式直流PWM变换电路实验仿真分析
基于Matlab／SIMULINK的桥式直流PWM变换电路实验仿真分析本文以MATLAB软件的SIMULINK仿真软件包为平台，对桥式直流PWM 变换电路进行仿真分析文章对每个电路首先进行原理分析，进而建立相应的仿真模型，经过详细计算确定并设置仿真参数进行仿真，对于每次仿真结果均采用可视化波形图的方式直接输出。
在对仿真结果分析的基础上，不断优化仿真参数，使其最大化再现实际物理过程，并根据各个电路的性能进行参数改变从而观察结果的异同。
标签：SIMULINK；PWM；电路仿真1 桥式直流PWM变换电路简介桥式直流PWM变流器仿真实验是对全控型器件的应用。
实验电路中，前端为不可控整流、后端为开关型逆变器，此结构形式应用最为广泛。
逆变器的控制采用PWM方式。
对这个实验有所掌握的话，对后续课程设计直流调速系统也会有很大启发。
因为直流PWM-M调速系统近年来发展很快，直流PWM-M调速系统采用全控型电力电子器件，调制频率高，与晶闸管直流调速系统相比动态响应速度快，电动机转矩平稳脉动小，有很大优越性，因此在小功率调速系统和伺服系统中的应用越来越广泛。
2 桥式直流PWM变换电路的工作原理本实验系统的主电路采用双极性PWM控制方式，其中主电路由四个MOSFET（VT1～VT4）构成H桥。
Ub1～Ub4分别由PWM调制电路产生后经过驱动电路放大，再送到MOSFET相应的栅极，用以控制MOSFET的通断。
在双极性的控制方式中，VT1和VT4的栅极由一路信号驱动，VT2和VT3的栅极由另一路信号驱动，它们成对导通。
控制开关器件的通断时间可以调节输出电压的大小，若VT1和VT4的导通时间大于VT2和VT3的导通时问，输出电压的平均值为正，VT2和VT3的导通时间大于VT1和VT4的导通时间，则输出电压的平均值为负，所以可以用于直流电动机的可逆运行。
3 计算机仿真实验（1）桥式直流PWM变换电路仿真模型的建立。
根据所要仿真的电路，在SIMULINK窗口的仿真平台上构建仿真模型。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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 0
二、仿真电路原理图及原理 0
三、所使用的Matlab工具箱与模块库 (1)
四、模块参数设定 (1)
五、模块封装与仿真框图搭建 (1)
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T
t 1
off ==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1
V 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。
化简得
()off 10on 1t I E -u t EI =，E t T E t t t off off off on o =+=U ，1T/t off ≥，输出电压高于电源电
压，故称为升压斩波电路。
也称为boost chooper 变换器。
off T/t 为升压比，调节其即可改变0u 。
将升压比的倒数记为β，即T
t off
=β，和导通占空比，有如下关系：1D =+β，因此E D
-11E 1
o ==βU 。
升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因是：L 储能之后具有使电压升高的作用与电容C 可将输出电压保持住。
三、所使用的Matlab 工具箱与模块库
本次设计利用Simulink 仿真，所使用的Matlab 工具箱与模块库主要有：直流电源Dc 、场效应管MOSFET 、脉冲发生器（Pulse Generator ）、电流测量（current Measurement ）、电感（series RLC Branch ）、阻抗负载（Parallel RLC Branch ）、二极管Diode 、电压测量（Voltage Measurement ）、示波器scope 以及powergui 模块等。
四、模块参数设定
（1）直流电压源100v s
u =，MOSFET 与Diode 、电压测量、电流测量等均采用默认设
置。
（2）电感设置为1e-4，阻抗负载设置为：R=5;C=1e-4。
（3）脉冲发生器的参数设置至关重要：
“Pulse type ”脉冲类型，设置为Time based （时间基准）；
“Time （t ）”时间，设置为Use simulation time （用仿真时间）；
“Amplitude ”脉冲幅值，设置为1.1；
“Period （secs ）”周期（s ），设置为0.2e-3，对应着MOSFET 的开关频率为5kHz ； “Pulse Width （% of Period ）”脉冲宽度（周期的百分数），根据MOSFET 的开关特性，设置为50；
“Phase delay （secs ）”相位延迟（s ），设置为0.001e-3。
五、模块封装与仿真框图搭建
利用Simulink 软件对升压式直流斩波电路（Boost ）进行仿真，如图2所示：
图2
（1）仿真参数，算法（solver）ode23tb，相对误差（relative tolerance）为1e-3，开始时间为0，结束时间为0.003，如图3所示：
图3
（2）电源参数，电压为100v，如图4所示：
图4（3）电感参数，如图5所示：
图5（4）阻抗负载参数，如图6所示：
图6（5）二极管参数设置，如图7所示：
图7（6）MOSFET参数设置，如图8所示：
图8（7）脉冲发生器参数设置，如图9所示：
图9
六、仿真结果
触发脉冲占空比为50%时的波形，如图10所示：
图10
设g u 为门极正脉冲（脉冲发生器Pulse 发出）、d u 为升压便留输出电压（分压器o u 发出）、
M i 为MOSFET 导通的电感储能电流（分流器A1发出）、D i 为电感反电势与s u 串联叠加流经二极管向负载供电的电流（分流器A2发出）、i 为流经电感电流（分流器A 发出），显然，D M i i i +=。
仿真波形如上图9所示，自上而下依次为g u 、d u 、i 、M i 、D i 。
由图可见，g u 波形对应脉冲发生器的脉冲宽度（周期的百分数），设置为50；升压变流输出电压瞬时波形d u 振荡走高后逐步趋近并等于200v （直流）；i 为流经电感电流（分流器A 发出）由两个分量组成，从波形图看到，D M i i i +=。
七、结论
（1）直流斩波电路可将直流电压变换成固定的或可调的直流电压，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。
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。
（2）直流变换电路主要以全控型电力电子器件作为开关器件，通过控制主电路的接通与断开，将恒定的直流斩成断续的方波，经滤波后变为电压可调的直流输出电压。
利用Simulink 对升压斩波的仿真结果进行了详细分析，与采用常规电路分析方法所得到的输出电压波形进行比较，进一步验证了仿真结果的正确性。
（3）采用Matlab/Simulink 对直流斩波电路进行仿真分析，避免了常规分析方法中繁琐的绘图和计算过程，得到了一种较为直观、快捷分析斩波电路的新方法。
同时其建模方法也适用于其他斩波电路的方针，只需对电路结构稍作改变即可实现，因此实用性较强。
（4）应用Matlab/Simulink 进行仿真，在仿真过程中可以灵活改变仿真参数，并且能直观的观察到仿真结果随参数的变化情况，方便学习与研究。
八、参考文献
[1]王兆安，黄俊．电力电子技术（第四版）．[北京]：机械工业出版社，2000
[2]康华光，陈大钦．电子技术基础（第四版）[北京]：高等教育出版社，1998
[3] 陈桂明，张明照.应用MATLAB建模与仿真[M].北京：科学出版社，2001.
[4]王忠礼，段慧达，高玉峰．MATLAB应用技术在电气工程与自动化专业中的应用.清华大学出版社，2007
[5]李国勇，谢克明，杨丽娟．计算机仿真技术与CAD-基于MOSFET的控制系统（第二版）.[北京]：电子工业出版社，2008。