数字DC/DC开关电源环路设计研究

发布时间：2022-10-19 19:05:03 浏览数：次

摘要：就是在具有广阔的市场的前景下，把数字DC/DC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：数字DC/DC开关电源环路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

中图分类号：TM5文献标识码：A文章编号：1671-7597（2011）0320060－01

0 引言

在达到一定的电子原理知识基础下，结合数学的模仿方法，把数字DC/DC开关电源环路系统用数学模型和非线性控制模型的形式表示出来，建立成DC-DC开关电源的全系统仿真模型形式，提高仿真的速度。

1 研究电路的原理图

电路原理如图1所示。

2 研究电路的仿真

电源输入进DC-DC开关电源回路中进行工作，其输出就分了三路：一路直接送入到OUTPUT中供后置电路使用；第二路送进逆变器变换器（inverter）中。第三路直接送入PI中进行处理后，经过脉冲宽度调制（PWM）中对脉冲宽度进行处理后，再反送到DC-DC开关电源回路中，控制和调整该电源回路。

2.1 研究电路的输入回路建模

我们可以使用电力系统所带的工具箱中电源模块，以及电阻电容模块可以很便捷地建立输入回路的仿真模型。输入也可以采用两级LC直流输入滤波技术，只要能保证稳态滤波效果的同时，就会限制了瞬态谐振峰值，让电路具有无功耗，衰减，高可控谐振峰值等优点。

2.2 研究电路的DC-DC回路建模

从图1可以看出，电路的输出回路中的整流二极管不能流过反向电流，这也就是一个非线性环节了，就可以建立非线性的数学模型。

2.2.1 研究电路的DC-DC主电路的建模

根据图1可知，电路中的滤波电感电流为：

2.2.2 研究电路的PI调节器的建模

由前面可知，比例积分调节器仿真模型（PI）如图5所示。

由PI调节器的输出波形可知，在0-0.01S该阶段，波形从0逐渐成非线性的变化，其电压值一直升到0.28V左右就停止不变了；从0.01-0.07这个阶段，电压的波形就一直维持在0.28V这个值，不再发生改变。

2.2.3 研究电路的PWM控制器的建模

我们可以仿真利用积分关系来产生三角波，因为Simulink中Sources有脉冲发生器（Pulse Generator），可以产生频率为20 kHz，其幅值为4×104，占空比为50％的信号。由现实的结果可以看出来：在周期的变化范围（0.1-0.1001S）之内，电压的变化从0-0.5V直线升高，又从0.5V直线变化到0.在周期范围内，做了两次这样的变化。

2.3 研究电路的逆变电路的建模

从逆变电路仿真模型（Inverter）如下图2所示。

2.4 研究电路PI调节器的建模

从比例积分调节器仿真模型（PII）可以看出，其输出波形在周期

（0-0.3S）内，输出电压从最大10V几句线性下降到-5V然后又升到0V，就在以0V为横轴，振幅大小为0.2V做正弦变化。

Sine Wave输入的信号和前面输入的IN电流一起送进恒流源中，然后就分成两路，一路送进Ki放大器中进行放大，再送进Intergrator中进行倒相，最后送进加法器中；另一路被送进Kp中进行方法后也直接送进加法器中。两个电流信号在加法器中工作后，被直接输出供下一步使用。

2.5 研究电路输出回路的建模

从输出和显示模块仿真模型（ourput）可以看出来：其中有三个In端口，每一个端口对应一个Scope，各自分离开来，各自输入各自的，互不干扰。

3 结束语

从上面的一系列结果可以看出，该模型不但可以用来考查系统内部主要的状态发生瞬态变化过程，也可用来对电路控制回路进行分析与设计。

参考文献：

[1]林渭勋，现代电力电子电路[M].杭州：浙江大学出版社，2002．

[2]陈道炼，DC-AC逆变技术及其应用[M].北京：机械工业出版社，2005．

[3]谢少军、韩军、张勇等，输入低电压大功率逆变器技术研究[J].南京航空航天大学学报，2004.

[4]陆治国，电源的计算机仿真技术[M].北京：科学出版社，2001．

作者简介：

尹细妹（1973-），女，汉族，广东中山人，学士，助理讲师，研究方向：电子技术。

注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”

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