基于matlab的boost电路仿真分析及其试验研究

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1、万方数据《电工技术杂志》2004年第10期基于Matlab的Boost电路仿真分析及其试验研究胡兵(同济大学电气工程系200331)摘要对Boost电路的开关过程进行了详细的分析，应用Matlab的三种分析方法分别进行了仿真，结果一致且与理论相符。最后应用TC35C25PWM调制芯片研制一套输入60V、输出300V的2。5kW的样机进行了试验研究。关键词Boost变换器Matlab仿真TC35C25PWM1引言由于DC／DC开关电源具有高效率，高功率密度和高可靠性等优点，越来越广泛地应用于通信、计算机、工业设备和家用电器等领域。在近几十

2、年里，开关电源技术得到了长足的发展。很多场合下，需要从低压电源变换到高压电源。Boost变换器是最基本，也是最常用的一种变换器。在电力电子系统的研究中，仿真研究由于其高效、高精度及高的经济性与可靠性而得到大量应用。近二十年来，仿真已逐渐成为电力电子CAD的有力工具。Matlab语言由于它的强大功能和方便性受到广大使用者的广泛爱好。本文对Boost电路的开关过程进行了分析，采用Matlab进行了建模和仿真，并基于TC35C25芯片研制了一台样机进行了试验分析与研究。文中所采用的几种分析方法和建模思想可以推广到Buck、Buck．Boost

3、、Cuk以及其他拓扑电路中。2MATLAB语言的特点Matlab包含核心部分和各种可选的工具箱两个部分。它具有以下几个显著特点：(1)高效方便的矩阵运算Matlab给出了矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数，使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时，显得大为简捷、高效和方便。Matlab的编程效率和可读性、可移植性远远高于其它高级语，一日o(2)开放式的结构Matlab有丰富的库函数，在进行复杂的数学运算时可以直接调用，并且库函数同用户文件在形式上一样，即都为M文件，这一76一样用户文件可以作为Matlab的库函数来调

4、用，因而用户可以根据自己的需要方便地建立和扩充新的库函数。另外，为了充分地利用Fortran、C语言的现有资源，通过建立MEX文件的形式混合编程，可方便地调用有关的Fortran、C语言的子程序。(3)Matlab中提供了系统模型图形输入与仿真工具——Simulink。(4)大量的Matlab配套工具箱和友好操作界面图形和可视化功能是现代应用软件发展的主要方向。Matlab中的Simulink给科研人员提供了用自己擅长的CAD方法来实现系统的仿真工作。Mat．1ab提供了大量有用的工具箱。同时它允许用户自己开发特定用途的工具箱。2Boo

5、st电路的开关过程分析Boost电路的基本拓扑电路如图1所示。Boost的变换器有电感电流连续和断续工作方式，这里仅对电感电流连续方式进行分析和仿真，该思想和方法也可以用于电感电流断续方式中。电感电流连续方式下，电路工作过程分Q导通和关断两个阶段，Q导通时，为电感￡，储能阶段，此时电源不向负载提供能量，负载靠储于电容C，的能量维持工作。Q关断时，电源和电感共同向负载供电，此时还给图1Boost电路图万方数据基于Matlab的Boost电路仿真分析及其试验研究《电工技术杂志》2004年第10期电容C，充电。连续方式下Boost电路的两种拓

6、扑如图2所示，图2a为Q导通时的拓扑电路，图2b为Q关断时的拓扑电路。L(a)Q开通R越U】=[：靴增卜㈩跏U2【-耋勘2。1忖“2，d『，f1五【UoJ2o一器量!竺二!堡T。CT。RC吣挣。(3)式中，U。代表输出电压，r。代表开关周期，t。。代表开通时间，t。ff代表关断时间，U；。代表输入电压，，l代表电感电流。用Simulink进行数学建模如下k=(t。。一t。ff)／T。RCk2=1／Lkl=toff／T。Ck32toff／T。L仿真模型如图3所示。图3空间状态平均法的Boost变换器仿真模型3．1．2电路分析法电路分析法就

7、是对Boost电路的开通和关断(如图2所示)的两个阶段分别应用电路理论，对节点应用节点电流分析，对回路采用回路电压分析法分析。然后，结合它的工作过程应用Simulink对其进行建模。由于电感电流过零后不能变负，所以使用了Switch模板。根据电感电流特点，将Switch模板的输入端1和2连接到电感电流的计算值，输入端3接一个零值。仿真模型如图4所示。图4电路分析法的Boost变换器仿真模型3．1．3基于Matlab／PowerSystemBlockset的方法Matlab的5．2以上的版本都新增加了“Pow—erSystemBlocks

8、et”工具箱，这给使用者带来了极大的方便，可以根据实际电路进行建模和仿真。这种仿真模型和实际电路相似，该模型中信号物理概念比较清晰，电压信号必须用VoltageMeasure．ment从器件两端测的，而电路