matlab 电力电子仿真电路,基于Matlab的电力电子电路仿真方法
月lJ舀MaUah软件应用广泛,特别是它的可开发的simulink工具箱给各行业的工程技术人员提供了便捷的实验手段。对于电力电子拓扑,由于它的非线性可以使用simulink中的开关模拟,因此通过分段分析电路拓扑,然后使用开关来切换各段电路就可以得出一个完整的电路的仿真模型。本文以shePpa1’d一Taylor拓扑川为例叙述其实现方法及应注意的问题,最后给出结论。解非线性方程的能力,根据非线性方程组直接构造大信号仿真模型,并基于此对电路进行分析。2.!建立非线性方程组此过程采用基本的电路方法,毋庸赘述,面以例示之。对于图l所示sheppard一Taylor电路(两开关同时动作)按电感L,电流断续而电感LZ电流连续分DS}{D6石Q,2建立非线性仿真模型的一般性规则在电力电子电路中通常含有高频开关(如MOS-FET等),给电路引入了非线性。对此类非线性,在分析电路时比较常用的方法是状态空间平均法‘”,即首先对电路的一个开关周期进行分段,如果电路中的电感电流工作在连续模式下,则分成To。和式:两段;否则分成孔1、Too.和几1:三段。然后分段对电路中的储能元件(如乙、C)列写状态方程式当电感电流连续时有两组状态方程,电感电流断续时有三组状态方程。最后对所列状态方程组按开关动作占空比和电流断续时间比(电流断续时)做加权平均,形成一个新的状态方程组,并基于此对电路进行分析。由于它抓住了高频开关动作对低频元件的加权平均等效性,可以较好地描述电路特性。状态空间平均法的优点是:可以得到代数描述,便于系统分析和综合。不足之处在于它的出发点是线性展开,因而得到的是小信号模型,且过程较繁。本文针对它的不足,利用Matlab求日QZ。呼和8_}__}卜办过习+闷万了图1sheppard一Taylor拓扑别可得状态方程组:毖=A.x+召;u(i=l,2,3)(l)式中:x=11:1,uc,,i:2,u。}了u=Us00-l一‘-l一负0毕七IlC2一l0一resesesesse….eees,|L215(35)基于Matlab的电力电子电路仿真方法开关切换如图2所示。使用一个脉冲发生器米模拟开关占空比D。SwitchZ当5路信号为高时选通1路,否则选通4路。因此对于m,p之间的切换发生在脉冲发生器的高低电平变换时。而对于2路和3路的切换,根据电路电感中电流的断续点进行,。witchl当工作在断续状态的电感中有电流时选通2路,否则选通3路。其中开关Switehl和SwitehZ的闽值分别设为0和l即可。P一lseGerlerator、-卫朋4基于Matlab仿真实现和结果l月沙、l勺勺,‘‘2.2建立非线性关联矩阵E,FE=【Inl:尸I:叮川A.:AZ:A31了=,翩.+尸AZ+扒3F=。1:尸I:叮11{BI:HZ:B31’=]nBI+尹BZ+qB3式中:[,nl:尸I:叮I]为n只3n矩阵[A,:AZ:A3]‘一为3nxn矩阵[B,:召::刀31了’为3nxn矩阵;‘为AL的阶数。2.3构造仿真模型由于电路工作时是在状态方程组中分时切换,因此可以通过式(l)、(2)、(3)得到非线性仿真模型:x二Ex+F、(4)式中E,F如公式咬2)、(3)。仿真模型(4)在形式上与状态空间平均法虽有相似之处,但存在本质的差异。本方法在构造出模型(4)时没作任何忽略和线性近似(状态空间平均法是基于小纹波近似),因此是非线性大信号模型。以图l拓扑为例,当其工作在DCM一CCM方式时,电感LI工作在断续模式,而电感L:工作在连续模式,两MOSFET管工作在同步状态(即同时开通、同时关断)
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