基于PWM控制的開關(guān)電源系統(tǒng)仿真研究
摘 要：把開關(guān)電源系統(tǒng)表示成數(shù)學(xué)模型或非線性控制模型，得用Matlab建立一個離散的、非線性的仿真模型。并利用該模型對220V高頻開關(guān)電源進(jìn)行仿真。仿真試驗分析逆變電源工作過程和動態(tài)特性，逆變電源輸出電壓及其頻譜分析、總諧波畸變率。對輸出電壓波形進(jìn)行分析，結(jié)果表明：系統(tǒng)輸出諧波含量比較少且具有良好的穩(wěn)態(tài)性能。
關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；Matlab；正弦波逆變器；脈寬調(diào)制
0 引言
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，進(jìn)步了仿真速度。Matlab是一個高級的數(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，如通訊電源，機(jī)車電源等。這里以220V高頻開關(guān)電源為研究對象，建立模型。該電源采用脈寬調(diào)制控制方式，實現(xiàn)了減輕重量、縮小體積、進(jìn)步精度等多項指標(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)[1]，并利用Matlab建立一個離散的、非線性的模型。分別對系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)和閉環(huán)仿真，并對仿真結(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：工作頻率為f=20 kHz；變壓器變比k=13；輸出濾波L=8μH，C=300μF。全橋逆變電路仿真參數(shù)設(shè)置：工作頻率f=25kHz，輸出濾波L=80mH,C=100μF。這里設(shè)置相應(yīng)仿真參數(shù)進(jìn)行仿真調(diào)試。
2.1 輸進(jìn)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進(jìn)回路的仿真模型。輸進(jìn)采用兩級LC直流輸進(jìn)濾波技術(shù)[2]，在保證穩(wěn)態(tài)濾波效果的同時，限制了瞬態(tài)諧振峰值，具有無功耗，衰減，高可控諧振峰值等優(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，這也是一個非線性環(huán)節(jié)，建立非線性的數(shù)學(xué)模型。
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