基于PWM控制的開關(guān)電源系統(tǒng)仿真研究
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
通過數(shù)學(xué)的方法，把小功率開關(guān)電源系統(tǒng)表示成數(shù)學(xué)模型和非線性控制模型，建立一種開關(guān)電源全系統(tǒng)的仿真模型，提高了仿真速度。Matlab是一個(gè)高級(jí)的數(shù)學(xué)分析軟件，Simulink是運(yùn)行在Matlab環(huán)境下，用于建模、仿真和分析動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的軟件包，它支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性及非線性系統(tǒng)。
在Matlab 5．2中推出了電力系統(tǒng)工具箱，該工具箱可以與Simulink配合使用，能夠更方便地對(duì)電力電子系統(tǒng)進(jìn)行仿真。隨著電源技術(shù)的發(fā)展，PWM控制的開關(guān)電源得到了廣泛的研究和應(yīng)用，如通信電源，機(jī)車電源等。這里以220 V高頻開關(guān)電源為研究對(duì)象，建立模型。該電源采用脈寬調(diào)制控制方式，實(shí)現(xiàn)了減輕重量、縮小體積、提高精度等多項(xiàng)指標(biāo)要求，在開關(guān)電源的系統(tǒng)模型研究中極具代表性。主回路采用DC―HFAC―DC―LFAC結(jié)構(gòu)，并利用Matlab建立一個(gè)離散的、非線性的模型。分別對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)和閉環(huán)仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行比較與分析。
1 電路原理圖
電路原理如圖1所示。
2 仿真電路
圖2中各子模塊的仿真模型如圖3～圖10所示。該系統(tǒng)的仿真參數(shù)為：直流升壓電路仿真參數(shù)設(shè)置：工作頻率∫=20 kHz；變壓器變比k=13；輸出濾波L=8 μH，c=300／μF。全橋逆變電路仿真參數(shù)設(shè)置：工作頻率f=25 kHz，輸出濾波L=80 mH，c=100 μF。這里設(shè)置相應(yīng)仿真參數(shù)進(jìn)行仿真調(diào)試。
2．1 輸入回路的建模
使用電力系統(tǒng)工具箱的電源模塊以及電阻電容模塊可以很便捷地建立輸入回路的仿真模型。輸入采用兩級(jí)LC直流輸入濾波技術(shù)，在保證穩(wěn)態(tài)濾波效果的同時(shí)，限制了瞬態(tài)諧振峰值，具有無功耗，高衰減，可控諧振峰值等優(yōu)點(diǎn)。
2．2 DC―DC回路的建模
由圖1可知，輸出回路中的整流二極管不能流過反向電流，這也是一個(gè)非線性環(huán)節(jié)，建立非線性的數(shù)學(xué)模型。
2．2．1 DC―DC主電路的建模
根據(jù)圖1可知，濾波電感中電流為：
式中：Ui為不控整流的輸出電壓；UF為負(fù)載電壓；UL為電感電壓；負(fù)載電壓為：
式中：UC電容電壓；IL為電感電流；Ic為電容電流；LF為負(fù)載電流。
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