基于MATLAB buckboost电路仿真

基于Matlab/Simulink反激变换器电路仿真

1.电路原理

反激电路即Flyback，如图1。变压器的一次和二次绕组的极性相反，这大概也是Flyback名字的由来：

a.当开关管导通时，变压器原边电感电流开始上升，此时由于次级同名端的关系，输出二极管截止，变压器储存能量，负载由输出电容提供能量。此时等效电路如图2；

b.当开关管截止时，变压器原边电感感应电压反向，此时输出二极管导通，变压器中的能量经由输出二极管向负载供电，同时对电容充电，补充刚刚损失的能量。此时等效电路如图3。

图1反激电路

图2开关导通图3开关关断

2.模型建立过程

根据flyback电路原理，在MATLAB（Simulink）中建立仿真模型如图4，模块包括：

（1）输入端直接接入直流恒压源（DC Voltage Source）；

（2）开关器件Q选择MOSFET（参数默认）；

（3）脉冲触发器（Pulse Generator）控制MOSFET；

（4）磁化电感Lm、电容C和电阻R各一个，电力二极管一个（Diode参数默认）；

（5）变压器（Linear transformer）；

（6）用于观察波形的示波器（scope ）；

（7）信号接口（Voltage Measurement 和Current Measurement ）； （8）Powergui 模块，特别注意其Simulation type 的设置；

（9）添加2个display 对输出电压、电流、平均值进行测量，方便电路的分析检验。

图 4Matlab （simulink ）flyback 电路模型

3. 参数设置过程

（1）选定输入电源电压Vin=200V ，开关频率f=100KHZ ，T=0.01ms 。则设置DC Voltage Source-->Amplitude=200，Pulse Generator-->Period=0.1e-3； （2）关于比D 即脉冲触发器占空（Pulse Width ）的设置，D 取0.5； （3）输出电压Vo=5V,输出电流Io=1A,所以负载电阻R=5Ω;

（4）powergui-->simulation type 设置为：continuous ，即连续系统仿真； （5）电容C 取值、变压器变比N2:N1和磁化电感Lm 取值计算：

已知电源输入为Vin=200V ，输出Vo=5V ，T=0.02ms ，f=50KHz

电压纹波O V ∆：

V

V V O O 0.1%2==∆

电容取值：

uF

f V D

I C o f 001=•∆•=

由电感伏秒特性，可得：

)

1(2

1

D V N N D V O in -=

所以

5:200)1(21

=-=D V D V N N o in

电阻消耗功率

W

R V Po o 52

==

D 导通期间储存能量，即电源输入功率：

max 2m 21I L T

P i =

其中T 为周期，m L 为磁化电感，m ax I 为电感峰值电流：

3-1

-m 12max 100.0521⨯+=+-⋅=L DT L V D I N N I m

in O

由于i P P η=o ，取η=80%，则m L 为：

mH L mH L P I T

L m 52,2.1522m 1m o max

2==−→−=η

经过仿真得：（舍去）mH L mH L 52,2.152m m ==

4. 仿真过程及波形

仿真时间（stop time ）设置为0.03s ，进行仿真；Display 测量输出电压Vo 电流Io 平均值：Vo=5.284V,Io=1.057A 如图5

图 5 display 数值显示

输出电压波形、电流波形（下）如图6

图 6 输出电压波形、电流波形

变压器一次侧电压、电流波形如图7

图 7 变压器一次侧电压、电流波形

5. 仿真结果分析

（1）输出电压Vo 理论计算公式：

)1(12D D V N N V in o -=

计算得理论电压Vo=5V ，实际仿真Vo=5.284V 。 理论变压器一次侧电流峰值：

0.12A 100.05213-1

-m 12max =⨯+=+-⋅=

L DT L V D I N N I m

in O 实际仿真变压器一次侧电流峰值如图：

图 8 实际仿真电流峰值

实际仿真变压器电流峰值Imax=0.1329A

（2）调节占空比D 观察输出电压是否符合理论公式：

)

1(12D D

V N N V in o -=

不同占空比下，理论输出电压和仿真输出电压比较：

由此可以看出，开环调节仿真系统调节范围有限，占空比在50%--65%,误差比较小。