单端反激变换器的建模及应用仿真.doc

单端反激变换器的建模及应用仿真 摘要：本课程设计的目的是对直直变换电路中常用的带隔离的Flyback电路（反激电路）进行电路分析、建模并利用Matlab/Simulink软件进行仿真。首先是理解分析电路原理，以元件初值为起点，用simulink软件画出电路的模型、并且对电路进行仿真，得出仿真波形。在仿真过程中逐步修正参数值，使得仿真波形合乎要求，并进行电流连续、断续模式与电路带载特性的分析。 关键词：单端反激变换器 Matlab/Simulink 建模与仿真 二、反激变换器的基本工作原理 1.基本工作原理 （1）当开关管导通时，变压器原边电感电流开始上升，此时由于次级同名端的关系，输出二极管VD截止，变压器储存能量，负载由输出电容C提供能量，拓扑电路如下图。 图2-1开关管导通时原理图 为防止负载电流较大时磁心饱和，反激变换器的变压器磁心要加气隙，降低了磁心的导磁率，这种变压器的设计是比较复杂的。 （2）当开关管截止时，变压器原边电感感应电压反向，此时输出二极管导通，变压器中的能量经由输出二极管向负载供电，同时对电容充电，补充刚刚损失的能量，原理图如下图。图2-2开关管截止时原理图 在开关管关断时，反激变换器的变压器储能向负载释放，磁心自然复位，因此反激变换器无需另加磁复位措施。磁心自然复位的条件是：开关导通和关断时间期间，变压器一次绕组所承受电压的伏秒乘积相等。 2、DCM(discontinuous current mode)&CCM(continuous current mode)根据次级电流是否有降到零，反激可以分为DCM(副边电流断续模式）和CCM（副边电力连续模式）两种工作模式。两种模式有其各自的特点。下面两种工作模式时的波形。图2-3反激变换器工作在CCM下的各个波形图2-4反激变换器工作在DCM下的各个波形两种工作模式有完全不同的工作特性和应用场合。以下是这两种工作模式的优缺点比较。Ug为PWM脉冲信号、UT为开关管承受电压、IL1与IL2原副边电流、UL2副边电压。DCM的初级电流、次级电流可达CCM的两三倍，要求更大电流的开关管、输出二极管以及耐高纹波的输出滤波电容。大的峰值电流会造成严重的RFI问题。反激电路中变压器磁芯的磁通密度取决于绕组中电流的大小。在最大磁通密度相同的条件下，CCM下的磁通密度的变化范围要比DCM小，由ViN*B*Ae/DT可知，CCM相对而言需要较多的匝数或是较大的磁芯。磁芯的利用率较低。CCM下输出二极管在截止时，由于二极管反向恢复电流的影响，会有较大的开关损耗，需要反向恢复时间短的二极管。而在DCM下，二极管在截止前已经没有电流通过了，PN结中的存储电荷已经自己完成了复合，所以不存在反向恢复的问题。 三、反激电路的建模与仿真打开matlab/simulink，按照与原理图依次选取各个电子元件，然后画出仿真电路如下图3-1.图3-1反激电路仿真原理图 Simulink 仿真模型图中电压源为100V直流电压。Pulse Generator为PWM脉冲发生器，用于驱动IGBT，调节其占空比就可以控制输出电压的大小。Diode为电力二极管，单向导通，阻止电流反向流动；电路的开关器件为 IGBT，R为电阻、C为输出电容。Scope用于显示PWM脉冲信号、IGBT开关电流Is和开关管电压Us、副边电流Iw2、负载电流I0、负载电压U0。算法选择ode15s，stop time选择0.005秒。图中有几个比较重要的元件的参数需要设定。元件参数如下表3-2所示：DC Voltage100VPWM周期00001sec变压器f10000HZV1100VV220VR5C2e-4F表3-2仿真电路中参数设置图3-3当占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,电阻R=5,IGBT内部电感=1e-8H各信号波形图3-4当占空比D=5，Rm=50pu、Lm=2pu,电阻R=5,IGBT内部电感=1e-8H各信号波形 从图3-3和3-4可以看出：当其他条件不变时，减小占空比，电路由连续模式变为断续模式。图3-5当占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,R=5,IGBT内部电感=1e-8H各信号波形图3-6当占空比D=50，Rm=50pu、Lm=1pu,R=5,IGBT内部电感=1e-8H各信号波形 从图3-5和3-6可以看出，当其他条件不变，减小变压器Lm值时，电路由连续模式变为断续模式。图3-7当占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,R=5,IGBT内部电感=1e-8H各信号波形 图3-8当占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,R=1e8,IGBT内部电感=1e-8H各信号波形 从图3-7和3-8可以看出，其他条件不变增大输出电阻阻值，电路由连续模式变为断续模式，且输出电压Uo和输出电流Io将越来越大、趋于无穷。 图3-9 当占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,R=1e8,IGBT内部电感=1e-8H时各信号波形图3-10当占空比D=50，Rm=50pu、Lm=2pu,R=1e8,IGBT内部电感=0.1H时各信号波形 从图3-9和3-10可以看出，其他条件不变增大IGBT内部电感值，电路由连续模式变为断续模式。四结论 （1）在其他条件不变的情况下，占空比D、变压器Lm值、输出电阻R、IGBT内部电感的变化可以决定电路是工作在电流连续状态还是断续状态。（2） 电流断续模式下，在输出电阻比较大的极端情况下，由于T导通时储存在变压器电感中的磁能无处消耗，故输出电压将越来