基于PWM控制的开关电源系统仿真研究


摘  要:把开关电源系统表示成数学模型或非线性控制模型,得用Matlab建立一个离散的、非线性的仿真模型。并利用该模型对220V高频开关电源进行仿真。仿真试验分析逆变电源工作过程和动态特性,逆变电源输出电压及其频谱分析、总谐波畸变率。对输出电压波形进行分析,结果表明:系统输出谐波含量比较少且具有良好的稳态性能。

         关键词:开关电源;Matlab;正弦波逆变器;脉宽调制

         0  引言

               通过数学的方法,把小功率开关电源系统表示成数学模型和非线性控制模型,建立一种开关电源全系统的仿真模型,进步了仿真速度。Matlab是一个高级的数学分析软件,Simulink是运行在Matlab环境下,用于建模、仿真和分析动态系统的软件包,它支持连续、离散及两者混合的线性及非线性系统。

               在Matlab 5.2中推出了电力系统工具箱,该工具箱可以与Simulink配合使用,能够更方便地对电力电子系统进行仿真。随着电源技术的发展,PWM控制的开关电源得到了广泛的研究和应用,如通讯电源,机车电源等。这里以220V高频开关电源为研究对象,建立模型。该电源采用脉宽调制控制方式,实现了减轻重量、缩小体积、进步精度等多项指标要求,在开关电源的系统模型研究中极具代表性。主回路采用DC-HFAC-DC-LFAC结构[1],并利用Matlab建立一个离散的、非线性的模型。分别对系统进行开环和闭环仿真,并对仿真结果进行比较与分析。

         1  电路原理图

               电路原理如图1所示。


2  仿真电路

               图2中各子模块的仿真模型如图3~图10所示。该系统的仿真参数为:直流升压电路仿真参数设置:工作频率为f=20 kHz;变压器变比k=13;输出滤波L=8μH,C=300μF。全桥逆变电路仿真参数设置:工作频率f=25kHz,输出滤波L=80mH,C=100μF。这里设置相应仿真参数进行仿真调试。


2.1  输进回路的建模

               使用电力系统工具箱的电源模块以及电阻电容模块可以很便捷地建立输进回路的仿真模型。输进采用两级LC直流输进滤波技术[2],在保证稳态滤波效果的同时,限制了瞬态谐振峰值,具有无功耗,衰减,高可控谐振峰值等优点。

         2.2  DC-DC回路的建模

               由图1可知,输出回路中的整流二极管不能流过反向电流,这也是一个非线性环节,建立非线性的数学模型。


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