BUCKBOOST仿真分析.docx

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1、BUCK-BOOST转换器仿真分析摘要：本课咫利用电卷电压平均近似和电容电淹平均近似的方法.建立连城馍式(OCX)下电JK限制型BICKHtHKTpJ12DC,DC转换法的统性犊型，大观力戟性向殴性模型的状化，得到由眼制到输出的传递函数；在此根底上利用WotIab工具时不RJ补卷M路的领域特性遥帔伪并对仿女结果遇暇分析，关爱词：BUCK/IK)OsT：DcDC转换器；MN1.AB伤典：珈域特科BUCK-BOOSTCONVERTERSIMU1.ATIONANA1.YSISAbxlract:IhiaprojectujscxtheinductorvItagcnndcnpncitorcurrentav

2、eragenpproxinatraverigcHpproxifwtionethod.buildacontinuousmade(CCM).undervoltog-controlledWjCK/BOOSTstructureDC/DCconverterlinearnodeI.toachievenon-linearXransfornationtothelinearIlOdelobtainedIYaIhecontroltooutputtransferfundion：onthebasisofM(IPermIionfortheuseofMitlabtlxfordifferentDrtwrorkxfreque

3、ncydBOOST;DC/DCsnvcrtcr;MAT1.ARsimulation;frcqcncjdomain中国分类号：TM7I2文Irt标识：B文章编号：O引言开关电源转换潞是现代电跖理论的原要探讨对象，作为一种非线性系统，BeCK/BOOST构造DC/DC转换涔的限制方式主要有电压和电流限制两种.利用MAT1.AB的SiBUIink环境，搭建连续模式（CUD卜电压限制型BICK/BOOST构造DC/DC转换零的仿真电路,建立其线性模型.得到由Ri制到输出的传递函数,而系统进展补偿，使系统的稳定性到达Ai优。并进展仿口分析，调整电路构造、元件参数和仿真参数.以期得到志向效果.1 BUCK

4、BOOST转换器的原理和典型电路1.1 主要技术指标开关切率，=100kH7功率100W幼入电压Ud=200V始出电压150V电阻50输出电流为3AIrjy3-XIOC=-=1=8.571x10尸AaI5OI%一般来说，按允许纹:波电流计算出的输出涯波电容器的容量大约是按触波电压计算出的容度的7倍多,我们取10倍的C,以满意性能的要求.1.3BUCk-BoOSt变换器的线性模型1.31.wn=IO.4IOsW图(2-1)BUCk-BoOSt变换涔的电路图按电雪电流连续选取电感V(Z)2la1-1：(1-2)由方程(1-1)和(1-2)可得V211r15O(-IO-s)22：8x0sA/23l

5、)5按输出电流的峰峰值选取电感在阶段1，即肛I,开关在位议1时,电感两端的电压为Vjr)=Z.华=匕(2-1)通过电容的电流为M，)=c皿=-幽CdtR(2-2)在阶段2.即“+附+覃,开关在位置2200XaXIor70.30.29/所以我们选择1.Aa=-i.di=-DT由公式rCJo-C时，电憎两相的电压为at(2-3)通过电容的电波为M=C平=TT(ItK(2-4)电感电压在一个开关周期的平均俏为1.*VdrK。(丽d1.dt=WSiJ:Wrwrl(2-5)假如输入电压匕连续，而且在一个开关周期中改变很小,于是匕在“+附I区间的值可以近似用开关周期的平均值r表示.类似的，由于输出电压)

6、连续，另外Vo)在一个开关周期中改变很小,于是B)在“+附+G区间可以近似用开关周期的平均值V)表示，这样，得：Jlr,lzC=-dS,-dl-R(2-11)III(2-8).(2-11),在加上输入I匕关周期平均值方程，我们可以籽到Buck-Boost变换器的状态空间变址开关尚期平均值的方程=d(t)r+(r)=-(I)r-t=d(t)(2-12),11+r(-d)T11下面用扰动法求解小信号动态模型,我们在=d(t)+d(t)vr(2-6)式中K)=4(。.依据电感特性方程羟过开关周期平均算于作用后形式不变性原理d1.-=r,(2-7)把方程(2-7)代入(2-6)得到：d1.=d()+J

7、r)箱入电压丁，和占空比在直流J1.作点旁边作微小扰动，IW：=K+,H)d(t)=D+(1(1)于是引起Buck-Boost变换盘电路中个状态量和输入电流境的微小扰动，即：r=/+*(/)7=V+Wr)r.=x+()(2-13)将方程(2-13)分别代入变换器的状态空间(2-8J变质开关周期平均值的方程，我们可以得到:参考电感电压开关周期平均值的求法,可以r褥到电容电流开关周期平均值1.-,l-=D+d(t)Vt+吃+|。-屈川V+我川Zr小z=J(O1-r1.+JOX-,-14)(2-9)由电容特性方程C型=”(邮+沁)卜七姐(itRd(2-15)C出+(0=io+t/+/(/)其中d(

8、r)=O_2(r),D-D,整理方程(2-14),(2-15).(2-16)并略去二阶项，我们UJ以得到Buck-Boost变换零线性化小信号沟通模型为：A誓=。门0+on+(-v)(2-171C幽2=+Id(I)(ItR(2-18)(r)=D(r)+j(/)(2-19)图(2-4)依据蛾维谢定埋，电流源与电感并联可等效为电压源与电感串岷，如图(25)所示,符电流源移至上D变压器的一偏.并对刚移至1：。变压器次侧的电波源作前而类似的变换.如图(2-6)所示,1.3.3统一电JMifi依据方程(2-17),(2-18)和(2-19)我们可以封出Buck-Boost变换器小信号沟通模型：图(2-2

9、)BUCk-BOoSt变换器小信号泡通等效模型现在我们通过变换Buck-Boost变换器小信号等效模型来得到它的统一电路模型.将电压源移至1：。变压器的次侧，将电流源移至D：I变压器的一次(W,得到图(2-3)图(2-6)将两个变压器中间的电压源移至1：D变压器的左边，电感移至0：1变压器的右边.再将两个变压器组合成一个变压器，如图(2-7),图(2-7)这里等效低速沌波器的传递函数为:切开电流源的接地端，连接至A,然后在A点与比之间安装同样的电流源,由于各节点的方程式一样，因此电路等效，如图(2-4)所示D，Z为有效电蛤。IE5-00三e(三)=-定义电压源的系数。.式中，I为电感电流内流平

10、均值.依据Buck-Boost电路直流关系V-I-D)/=-RN5一149IO-7r+5.8x10+0.18(3-2)1-5补偿网络的设计少,消去上式中的,得1.)=一急)通过以上的推导我们就可以得到BUCk-BooSt变换涔的统,模型，如图128)所示，IHU：2-8BUCk-BOOSt交换器统电路模型反应分乐网洛的传递函数,as)为补偿网络的传递函数，-ERIIIBuck-Boost变换器构成的负反应限制系统如图(4-1)所示，其中GKS)为变换器的占空比“到吃的传递函数，GII(三)为PWM肱宽调制潞的传递函数，()表示1.4Buck-Boost变换器限制到输出的传递函数由统一电路模里我

11、们可以得到由限制到怆出的传递函数为.图(4-1)BUCk-BOOSt变换渊闭环系统令G(.s)=G(三)Gin(三)GH(三)那么特征方程式G(三)包含了全部闭环极点的GM(三)y.u=e(三)M(D)H.(三)E(I卫)D-D2K信息，因此可以通过分析G(三)”($)的特性全面把握系统的柩定性.波特图法就是基于G(三)”(三)幅频图和相频图探讨系统的:稔定性.对于BUCk-BOOSt变换器系统，其回路增益函数G(三)(三)为：M(D)TWv)1.Cs+5+1RG(三)H(三)=G(三)GnI(三)GKs)(三)=G(三)G,14-1)代入得:心-工)DDR1.Csi+-S+D1R(3-1)式

12、中卬S)=Gnl(三)GMf(三)H(三)为未加补偿把具体数据代入方程(3-1),可以得到限制到输出的传递函数为：网络G(三)时回路增益函数，称为原始回路增益函数.，。为PWM调制器中裾齿波的幅值.($)的传递函数为H(三)3=qV(三)凡+&(4-3)将上面的传递函数结合在一起,那么原始回路增益函数5为Q(三)1.GV(三)GW(三)(三)=Gn,（八）(4-4)令匕=25V,($)=0.5,并把方程(3-2)代入方程(4-4)代“空i-QJ三1郎1颂1灿川,5=丽祠用赢西诵二丽/77两而1(4-5)我们用Matlab来做系统不加补偿器的Bode1.如下：补偿网络的设计：我们选择源超IW-滞

13、后作为系统的补偿网络.补偿后回路函数的增益交越频率y；=5=1055=0.2l(yv(4-6)因为原始13跖函数G)彳两个相近的极点并且极点频率为：4,ai21(2Zc)136ZR：(4-7)乙R1+/?,/.我衿将补偿网络“八$)的两个点设定为原始回路函数G(三)两个相近的极点频率,即%=g5=684Z(4-8)因为原始仲】路函数有一个零点，我们令%=3=883HZ(4-9)原始【司路函数Gco在4的增益为Iqg4=o32m002ra0S25图(3-1)不加补信网络系统的Bode图从BOde图中,我们可以看出系统的相(4-11)位裕限为负假，增益裕质也不满意要求,一段要求系统的相位裕也在45

14、左右，增益裕量在IOdB左右，因此须要参与补偿网络).来提而系统的性能.20111AV；=gG,gZt)I=OQ272图(3-2i经过补偿后系统的Bode图此时系统的增益裕信为5dB,.相位格收为41.3度，根本满意要求，(4-12)人匕=与艮()比力卜0.0544JX!4-13)补信函数为(1+0.0023s乂I+0.0025s),”一O.5952(1+1.66910X+1.8O32IOu5)2Matlab仿真仇真框图如下:图(5-1)BUCk-BoOSt变换器伪真框图3仿真结果(1)当不加扰动时输出电压如图(5-2)所示:图(5-2)Buck-Boost变换器输出电压波形图(5-3)BUC

15、k-BUOSt变换那输出电压波形放大图(2)可以看出怆出电压具有良好的动态性能，在0.05S根本到达检定，输出电压峰峰值根本在1.5V左右,满意设计的要求.(3)就出电流如图(5-4所示图(5-5)BUCk-BOOSl变换器输出电流波形放大图4)输出电流波形的峰峰值小于0.3A,满意设计有求，5)当加扰动时6)在0.08s时加IOV扰动电压,输出电压波形如图(5-6)所示的课程设计,加深了我对BuckBst直流斩波电路工作原理的理解，也丰富J我对直流-直流变换器的相识，让我知道除了Buck斩波电路、Boost斩波电路之外，还有其他功能强大且应用广泛的斩波电路。除此之外，通过运用MAT1.AB软

16、件进展仿真，让我/解了MAT1.AB这款软件了工作环境、工作面板，肯定程度上了解了MAT1.AB的运用和操作方法，为日后对此软件的运用打下了根底.电力电子技术在我们的生活中应用非常广泛且占有Iit要地位，我们肯定要学好它。图(56)BuckBoost变换器加扰动后检出电流波形(7)输入电源在0.08S时参与扰动电压10V,输出电压和电流经过0.02s左右的时间阿兔桧定，可见变换器具a好的抗扰性.利用电感电压平均近似和电容电流平均近似的方法,建立连续模式(CCM)下电压限制型BUCK/BOOST构造DC/DC转换器的统性模型，实现柞线性向线性模鞭的转化，得到的限制到场出的传递函数.利用Matla

17、b工具对不同补偿网路的领域特性进展仿真，井对仍出结果进展分析,调整电路构造、元件卷数和仿真参数，并对系统进展补偿，健修使系统的稳定性到达最优可以得到志向效果，满意深阳设计技术指标的要求.本文给出了BUCk/Boost直流变换器的主电路的构造图,在电感电流连续时的主要波形，并对其工作原理进展了具体的分析，依据要求计算出了主电路元器件的相关参数，再利用MAT1.AB搭建仿真线路图进展仿真，得出仿真波形，从仿真出的波形图与计算出的数据进展比拟，误差值在规定范闹内,可见此设计时比拟胜利的。心得体会通过这周对BUCk/Boost变换器(34岩.许北平.DQDC开关电注限制方法小仿号模里比拉从电力电子技术

18、2007.(01).(2)张元以方如举.利用状态平均法对DQDC变换电路的分析电力自动化设备2O21(Z)【3】乐忠明.吴金.姚比械,李艳芳.PWMDeDC*倏咨系线建校分析叫.电子券件,2021.(02).(4 TseCKtBcrnanlnM.Di.Complexbch;IViarinSWkthingpou,crconverter!J1.ProccedingsofIEEE2002.90(5)：768-781.(5 BcriiardoM.D.Vax,aF.Disctvte(11MUxtr陷EICIcdvoltagemglxrmodule*.IEEJ-TraiwaaionsonPQWarElc

19、cnics.March2002.Volume:17Issue:2.172-179(11 QiunxiaoSun,1.ehmanB.DiscussionsOncontrolloopdesigninaveragecurrentmodecontrolPWMDC.,DCpowerIXHNCfter工ConfereiKeRecordofliie2(100IEEEIixhislnaAppliciitionvConfwcncc.2000、Volume:4.2411-2417(12 GafCCrIFigucrcsG.EMocll(A.NovelIbreec(nl!kraveragecu11vnlIlMXleSnlmlflXDCPWNfconverterswithimprovedrobustnessunddynamicrcspowc.DC.DCInodUIcSfornextgc11ionsofdataprocessingcircuitsIEEETransactionsOnPowerElectronics.March1996.Vulu11e:Ukwc:2328-337收槁日期：修回日期：(13 ZhangMT.JovanovicMM.UeFC.DesigncnnxiltageOnblZrd