《Sepic电路建模、仿真设计.doc》由会员分享，可免费在线阅读全文，更多与《Sepic电路建模、仿真设计(最终版)》相关文档资源请在帮帮文库(www.woc88.com)数亿文档库存里搜索。

1、utinLeakoutVIIVII()()=A如果L和L绕在同一个磁芯上，因为互感作用上式中的电感值就可用L代替。电感值可这样计算∶(min)''maxinLVLLLmHmHIf储能电容C的确定储能电容C的选择主要看RMS电流(有效电流)，可由下式得出∶(min)outCoutinVIIVSEPIC电容必须能够承受跟输出功率有关的有效电流。这种特性使SEPIC特别适用于流过电容的有效电流(跟电容技术有关)相对较小的小功率应用。SEPIC电容的电压额定值必须大于最大输入电压。C的纹波电压的峰峰值可以这样计算∶maxoutCIVCf()取CV=V得C=uF。满足需要的有效电流的电容在C上一般不会产生太大的纹波电压，因此峰值电压通常接近输入电压。滤波电容C的确定在SEPIC中，当电源开关Q打开时，电感充电，输出电流由输出电容提供。因此输出电容会出现很大的纹波电流。选定的输出电

2、导通电阻RDS(ON)、栅漏电荷QGD和最大漏源电压VDS(max)是选择MOSFET的关键参数。逻辑电平或子逻辑电平阈值MOSFET应该根据栅极电压使用。峰值开关电压等于Vin＋Vout。峰值开关电流由下式计算∶()()()QeakLeakLeakIIIA()流过开关的RMS电流由下式给出∶(min)()(min)()OUTINOUTQRMSOUTINVVVIIAV()MOSFET的散耗功率PQ大概是∶()()max(min)()()GDQQRMSDSONINOUTQeakGATEQfPIRVVII()PQ，MOSFET总的功耗包括导通损耗(上式第一项)和开关损耗(上式第二项)。IGATE为栅极驱动电流。RDS(ON)值应该选最大工作结温时的值，一般在MOSFET资料手册中给出。要确保导通损耗加上开关损耗不会超过封装的额定值或者超过散热设备的极限。编程计算所需参数在下面编程计算过程中，所需

3、上，其稳定值为V=V，电压有一定的下降。由此可解得负载调整率为%。电路的扰动分析)输入电压V的突变分析突变方案一：t=~s期间，V=V；t=~s期间，V=V。即t=s时V发生突变。输出电压波形如下所示，最终V能够收敛。输出电压V的波形图t(s)V(V)突变方案二：t=~s期间，V=V；t=s时刻，V采用随机输入，V=+*rand()；t=时刻，V再进行一次突变，V=+*rand()。输出波形如下所示，波形经过两次振荡后能恢复稳定。输出电压V的波形图t(s)V(V))负载R的突变分析突变方案三：输入V固定为V。t=~s期间，R=Ω；t=时刻，R突变为Ω。输出电压波形如下所示，t=s时有较大的振荡，但最终V能够收敛在V附近。输出电压V的波形图t(s)V(V)突变方案四：输入V固定V。t=~s，R=Ω；t=时，R随机突变，R=+*rand()；t=s时，R再一次随机突变，R=+*rand()；输出电压波形如下所示，第一次振荡较大

4、容必须能够提供最大的有效电流。输出电容上的有效电流是∶out()(min)OUTCRMSOUTINVIIAAV图、输出纹波电压ESR、ESL和大容量的输出电容直接控制输出纹波。如图所示，假设一半纹波跟ESR有关，另外一半跟容量有关，因此()()rileLeakLeakVESRIIrileOUTICVf()输出电容必须满足有效电流、ESR和容量的需求。取纹波电压为%的输出电压maxoutrileICFFVf输出二极体的选择选择能够承受峰值电流和反向电压的二极体。在SPEIC中，二极体的峰值电流跟开关的峰值电流IQeak相同。二极体必须承受的最小反向峰值电压是∶VRD=Vin+Vout=V()跟升压转换器相似，二极体的平均电流跟输出电流相同。二极体的功耗等于输出电流乘以二极体的正向压降。为了提高效率建议使用肖特基二极体。功率MOSFET的选择最小阈值电压Vth(min)

5、；另一方面，增大L可以加快V的收敛速度。此外，当L取值足够大后，再增大L，此时收敛速度变化不明显。综上，可将L取值为mH。参数L的确定)减小L，L取值为mH，此时输出电压收敛速度变快，但是超调量较大。输出电压V的波形图t(s)V(V))增大L，当L取为mH，此时输出电压收敛速度变慢，但超调量明显减小。输出电压V的波形图t(s)V(V))继续增大L，当L取值为mH时，超调量虽然较小，但输出电压V不能稳定在一个较小的范围。输出电压V的波形图t(s)V(V)综上，增大L可以减小超调量，但是收敛速度变慢，且L太大时会使得输出电压V不能稳定在一个较小的范围。本例取L=mH。参数C的确定)减小C，C取uF，输出电压V波形如下，此时V收敛速度加快，但是V最终的脉动较大。输出电压V的波形图t(s)V(V))增大C，C取uF，输出电压V波形如下，此时V收敛速度缓慢，只要仿真时间足够，V能得到较好的收敛。输出电压V的波形图t(s)V(V)综上

6、一次导通时间的初值ify(end,)lt%如果电流末值小于零，重新计算关断时间内的电压、电流fora=:length(y)%找出iL＝的点ify(a,)=；d(i+)=；elseifd(i+)lt=；d(i+)=；endenduo(i)%画图figure()；lot(linsace(,*n,n),uo)；%画出输出电压V波形title('输出电压V的波形图')xlabel('t(s)')ylabel('V(V)')gridon；figure()；lot(linsace(,*n,n),I)；%画出电感L电流波形title('I的波形图')xlabel('t(s)')ylabel('I(A)')gridon；figure()；lot(linsace(,*n,n),I)；%画出电感L电流波形title('I的波形图')xlabel('t(s)')ylabel('I(A)')gridonfigure()；lot(linsace(,

7、的波形图t(s)VC(V)电感L电流电容C电压采用Matlab分析Seic斩波电路的性能计算电感L的电流IL出现断续的次数在程序的条件判断语句ify(end,)lt内，加入m=m+语句来记录IL出现断续的次数，最后输出V=，m=。即整个收敛过程，IL出现了次断续。换言之，电路元件按本例所选的参数下，不能保证IL连续。纹波系数的计算纹波系数为纹波电压的幅值与直流电压幅度之比，是一种动态特性指标。用公式表示如下：=%输出电压峰值输出电压谷值纹波系数直流电压设t=s时，V已收敛结束，采用语句axis([,,,])截取V波形图如下所示，输出电压V的波形图t(s)V(V)借助语句[x,y]=ginut()读出，输出电压峰值=，输出电压谷值=。则纹波系数为=%=%lt%纹波系数可知输出电压波形摆动较小，电压稳定性高电压调整率电压调整率为在一正常的固定负载下，由输入电压变化所造成其输出电压偏差率的百分比，是一种静态特性。计算公式

8、nm为开关管Q关断时的微分方程模型，funm为开关管Q关断时电感L放电结束后的微分方程模型。根据的算法流程图编写的Matlab主程序如下：主程序：clear；globalVRLCCLdfnm；%定义全局变量m=；%记录电感L的电流断续的次数R=；L=e；L=e；C=e；C=e；f=；T=f；n=；%迭代的次数V=+*rand()；%输入电压为~Vd=*ones(n,)；%定义占空比初值为的一组向量uo=zeros(n,)；%定义输出初值的一组向量yy=[,,,]；%微分方程求解的初值fori=:n；ton=d(i)*T；toff=Tton；%ton为导通时间，toff为关断时间[t,y]=ode('fun',linsace(,ton,),yy)；yy=y(end,:)；%将导通时间的末值作为关断时间的初值[t,y]=ode('fun',linsace(ton,T,),yy)；yy=y(end,:)；%将关断时间的末值作为下

9、，增大C会使V的收敛过程变慢，但C过小会使V脉动变大。综合两方面因素，本例C不改变，即取初值C=uF。参数C的确定)减小C，取C=uF，此时超调量明显变小，但是波形发生畸变。输出电压V的波形图t(s)V(V))取C=uF，此时波形超调量相对C=uF时有所下降，波形同时也得到较好的收敛，但是收敛速度变慢。输出电压V的波形图t(s)V(V))继续增大C，取C=uF，此时波形发生畸变，V不能很好收敛。输出电压V的波形图t(s)V(V)由上面仿真知，C过大及过小都会使得波形发生畸变，减小C可以减小V超调量，但是收敛速度会变慢。本例折中取C=uF。综上，通过Matlab仿真校核后，各电路元件参数如下所示：元件电感L(mH)电感L(mH)电容C(μF)电容C(μF)数值采用校核后的参数仿真采用该参数进行仿真，V的波形如下图所示输出电压V的波形图t(s)V(V)I的波形图t(s)I(A)输出电压V电感L电流I的波形图t(s)I(A)VC

10、，第二次振荡较小，最终V能够收敛在V附近。输出电压V的波形图t(s)V(V)突变方案五：Seic电路实际工作中，负荷总是不断发生改变的，但负荷的变化幅度一般不大。取R=+*rand()，即R，本次仿真中每次迭代，R都会发生变化。输出电压V波形如下，最终V能收敛在V附近，但是负荷是在不断波动的，所以最终输出的V也会有一定的波动。输出电压V的波形图t(s)V(V)参考文献[]电力电子技术教材，机械工业出版社[]基于MatlabSimulink的系统仿真技术与应用，清华大学出版社[]SEPIC变换器的滑模控制及其稳定性分析，电测与仪表[]基于Matlab和PLECS的电力电子仿真实验教学，实验技术与管理[]基于SEPIC架构电路的验证与仿真，电子技术()f为开关频率，αmax是最小Vin时的占空比。维持电感发挥作用的电感峰值电流还没有饱和，可由下式计算∶()(min)()%+=A%+outLeako

11、为(max)(min)()=%ooonormalUUU电压调整率()本例负载确定为R=Ω，输出电流为I=A。分别将输入电压设为Vmax=V、Vmin=V进行仿真。)输入Vmax=V，此时输出V=U(max)=V。)输入Vmin=V，此时输出V=U(min)=V。将数据代入式后，求得电压调整率为%，换言之，在输入变化较大时，输出变化十分小。系统引入了反馈环节，每迭代一次都对占空比进行调整，控制策略在这里得到了很好体现。负载调整率负载调整率为在正常的固定输入电压下，由负载电流变化所造成其输出电压偏差率的百分比，也是一种静态特性。计算公式与式一样。本例将输入电压固定为V=V，分别将负载R设为R=Ω，R=Ω进行仿真)负载R=Ω，此时输出V=U(max)=V。波形如下所示输出电压V的波形图t(s)V(V))负载R=Ω时，波形如下所示输出电压V的波形图t(s)V(V)可见，当负载增大时，输出电压的调整时间增长，但最后将会稳定在一个

12、的电路参数如表所示：表、Seic斩波电路各元件参数值电路元件负载电阻(Ω)电感L(mH)电感L(mH)电容C(μF)电容C(μF)频率F(kHZ)数值控制策略的设定由onofftVVVt知，VVV，由于V=V，V=~V，即有=~。V初值为V，即占空比的初值为由于输入不稳定，要想得到稳定的输出，需要对占空比拟定相应的控制策略。本例采用的控制策略为：在每一次循环的结尾处对占空比d(i)作一定的调整，满足下式didikuoi()其中，k取，uoi为每次计算后的输出电压V，为理想输出电压。当uoi时，kuoi，即对占空比进行正向的调整，占空比增大，由式、Vn个周期是否算完YNYN算法流程图Matlab求解Seic电路主程序在中建立了三个Matlab的子程序funm、funm、funm，分别对应了电路的三种状态。其中funm为开关管Q导通时的微分方程模型，fu