升降压斩波电路的

MATLAB仿真

及分析

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一．问题介绍

设输入电压Uo=50V

纹波电压小于0.02%

脉冲周期T=1e-4s

负载R=450Ω

电感L=1.1e-2H

电容C=4.5e-4F

电感电流连续

二．电路原理

设电路中电感L很大，电容C也很大，使得电感电流????和电容电压即负载电压????基本为恒值。该电路的基本工作原理是：当可控开关V处于通态时，电源E经V向电感L供电使其储存能量，此时电流为??1，同时C维持输出电压恒定并向负载R供电。之后使得V关断，L的能量向负载释放，电流为i2，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路。

稳态时，一个周期T内电感L两端电压UL对时间积分为零，即

当V处于通态期间，UL=E；而当V处于断态期间，UL=-Uo。于是

所以，输出电压为

三．MATLAB仿真电路图

四.波形及分析

1．降压情况：设占空比为0.42，输出电压理论值为Uo=0.42/(1-0.42)*50=36V

(1)脉冲的波形，电阻的电压、电流波形，电容的电压、电流波形

由上图，电阻电压的理论值应为36V,实际输出略小于36V，造成此误差的原因是半导体器件导通时存在管压降，会使输出电压小于理想结果。由于纹波电压的存在，电阻电压波形在某一值附近上下波动，电阻电流波形随电阻电压波形变化。由电路图可知，电容和电阻并联，所以电容电压波形同电阻电压。由i=C*du/dt可知，电容电流与电容电压的变化速率成正比。由电容电压波形可以看出其变化速率在逐渐减小，故电容电流也逐渐减小。电阻波形和电容波形的纹波电压约为△U/U0=(34.755-34.76)/2/[(34.755+34.76)/2]=0.000215=0.0215%。

注：

纹波电压：直流电压本来应该是一个固定的值， 但是很多时候它是通过交流电压整流、滤波后得来的，由于滤波不彻底，就会有剩余的交流成分，即使采用电池供电也会因负载的波动而产生波纹。事实上，即便是最好的基准电压源器件，其输出电压也是有波纹的

。

(2)电感的电压电流波形

由上图，当IGBT导通时，电感电压Ul等于电源电压E；当IGBT关断时，电感电压Ul等于输出电压Uo。由u=L*di/dt得△i=u*t/L,所以电流增量△i与时间t正比，逐渐增大；经过计算，在导通时间内，电感电流增量为△i=U/L*t1=50/(1.1e-2)*(1e-4)*0.42=0.19A，与波形相符；在关断时间内，电感电流增量为△i=-[U/L*(t2-t1)]=-[50/(1.1e-2)*(1e-4)*(1-0.42)]= -0.19A，不计误差时与波形中△i=0.3-0.12=0.18A相符。

(3)IGBT的电压电流波形

由电路图得，IGBT的反向截止电压为电源电压与输出电压之和，与波形相符。通过IGBT的电流由于电感的限制也是逐渐增大的

2．升压情况：设占空比为0.55，输出电压理论值为Uo=0.55/(1-0.55)*50=61V。波形及数据分析与降压斩波情况计算方法类似。

(1)脉冲的波形，电阻的电压电流波形，电容的电压电流波形

(2)电感的电压电流波形

(3)IGBT的电压电流波形

五、讨论探索

在电路的运行过程中，纹波可以近似理解为：IGBT导通，二极管截止时左边电路部分为动态电路的完全响应过程，右边部分为零输入响应；IGBT截止，二极管导通时左边电路部分断开，右边部分仍为零输入响应。