基于PWM控制的開關電源系統(tǒng)仿真研究
摘 要：把開關電源系統(tǒng)表示成數(shù)學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高頻開關電源進行仿真。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。對輸出電壓波形進行分析，結果表明：系統(tǒng)輸出諧波含量比較少且具有良好的穩(wěn)態(tài)性能。
關鍵詞：開關電源；Matlab；正弦波逆變器；脈寬調制
0 引言
通過數(shù)學的方法，把小功率開關電源系統(tǒng)表示成數(shù)學模型和非線性控制模型，建立一種開關電源全系統(tǒng)的仿真模型，進步了仿真速度。Matlab是一個高級的數(shù)學分析軟件，Simulink是運行在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)進行仿真。隨著電源技術的發(fā)展，PWM控制的開關電源得到了廣泛的研究和應用，如通訊電源，機車電源等。這里以220V高頻開關電源為研究對象，建立模型。該電源采用脈寬調制控制方式，實現(xiàn)了減輕重量、縮小體積、進步精度等多項指標要求，在開關電源的系統(tǒng)模型研究中極具代表性。主回路采用DC-HFAC-DC-LFAC結構[1]，并利用Matlab建立一個離散的、非線性的模型。分別對系統(tǒng)進行開環(huán)和閉環(huán)仿真，并對仿真結果進行比較與分析。
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)設置：工作頻率f=25kHz，輸出濾波L=80mH,C=100μF。這里設置相應仿真參數(shù)進行仿真調試。
2.1 輸進回路的建模
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回路的仿真模型。輸進采用兩級LC直流輸進濾波技術[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。
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)學模型。
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