BuckBoost变换器状态空间平均模型建模

1、实验一：Buck-Boost变换器状态空间平均模型建模（一）实验目的1. 掌握Matlab的程序编程2. 掌握电力电子变换器的状态空间平均建模（二）实验原理1升降压斩波电路原理501200uH470uF图1.升降压斩波电路原理图该电路的基本工作原理：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?同时，电容C维持输出电压基本恒定并向负载 R供电。此后，使V关断，电感L储存的能量向负载释放，电流为？当V处于通态期间，？?= ?而当V处于断态期间，？?= ?o于是，？?= ?所以输出电压为?=?= ? ?1 - ?'由？?= ?,得出输出电流为1 - ?=右？2.

2、状态空间平均法的原理状态空间平均法是平均法的一阶近似，其实质为：根据线性RLC元件、独立电源和周期性开关组成的原始网络，以电容电压、电感电流为状态变量，按照功率开关器件的“ ON和“OFF两种状态，利用时间平均技术，得到一个周期 内平均状态变量，将一个非线性电路转变为一个等效的线性电路，建立状态空间平均模型。对于不考虑寄生参数的理想 PWM换器，在连续工作模式(CCM下一个开 关周期有两个开关状态相对应的状态方程为：? ?+ ? 0< t < dT? ?+ ? dTW t < T式中d为功率开关管导通占空比，d=?T，?为导通时间，T为开关周期； x=? ? ，x是状态变量，

3、？是状态变量的导数，？是电感电流,?是电容电 压，E是开关变换器的输入电压；？?,？?,？,？是系数矩阵，与电路的结构参数有 关。对上式进行平均得到状态平均方程为？?？?？?？ A=d?+(1-d) ?,B=d?+(1-d) ?,这就是著名的状态空间平均法。可此式可见，时变电路变成了非 时变电路，若d为常数，则这个方程描述的系统是线性系统， 所以状态空间平均 法的贡献是把一个开关电路用一个线性电路来替代。(三) 实验内容(1) 建立Buck-Boost变换器在连续导通模式(CCIM下的状态方程。(2) 将Buck-Boost变换器的状态空间平均模型以函数的形式建立在m文件中。(3) 测试Buc

4、k-Boost变换器在不同占空比(D=0.6, 0.7, 0.8 )下的电容电压 波形及电感电流波形。(四) 实验过程与结果分析1. 仿真系统Matlab平台2. 仿真参数R=20Q, L=uH C=470uF E=50V D分别等于 0.6,0.7,0.83. 仿真波形与分析?，?=?(1)对升降压斩波电路建立状态空间方程当v导通时，?逢+ ?0 = 0 ' ? ?彈=? 空 ?即?i ?=? ?_!?= ?0 当V关断时，?？1?迁+ ?!+ ?= ? ? ?所以得到系数矩阵分别为：0 0 0?= 0 -1/(R ?C), ? = -1/?1/? 0?= ；, ?=【0】(2)将B

5、uck-Boost变换器的状态空间平均模型以函数的形式建立在?即 ?_0 =-? ?3 _ ?= ?1/?-1/(R ?C)m文件中,代码如下:fun cti on dX=buck_boost (t,X)dX=zeros (2,1);R=20;L=200*10A-6;C=470*10A-6;E=50; % T=0.0004;A1=0 0;0 -1/(R*C);A2=0 1/L;-1/C -1/(R*C);B1=1/L;0;B2=0;0;D1=0.7;D2=1-D1;A=D1*A1+D2*A2;B=D1*B1+D2*B2;Y=A*X+B*E;dX(1)=Y(1);dX(2) =丫;(3)对Buc

6、k-Boost变换器在不同占空比(D=0.6, 0.7 , 0.8 )下的电容电压波 形及电感电流波形进行仿真当D=0.6时，调用函数的代码如下：optio ns=odeset('RelTol',1e-4);T,Y=ode23(buck_boost,0 0.2,0 0,options);plot(T,Y)lege nd (' IL ' , ' UC )；xlabel ('时间')；ylabel ('电压/电流)；运行结果如下：50400450流甩压电50-00450402C；0406082080640440当D=0.7时，调用函数

7、的代码如下：optio ns=odeset('RelTol',1e-4);T,Y=ode23(buck_boost,0 0.2,0 0,optio ns); plot(T,Y)lege nd (' IL ' , ' UC )；xlabel ('时间);ylabel ('电压/电流);运行结果如下:流舟压电oo oooooo O0505 5 0 5 02 11 -112- - -»O55020040608|_UC图3当D=0.8时，调用函数的代码如下：optio ns=odeset('RelTol',1e-4);T,Y=ode23(buck_boost,0 0.2,0 0,options); plot(T,Y)lege nd (' IL ' , ' UC );xlabel ('时间')；ylabel ('电压/电流);运行结果如下:流 电 压 电3002001000-100-200-300ILUC0I-400 -rc:1:00.020.040.060.080.10.120.140.160.180.24. 结论由上述仿真结果可知，电感电流？?和电容电压？?分别经过一段时间的振