形图增大,当取为,此时输出电压收敛速度变慢,但超调量明显减小。
输出电压的波形图继续增大,当取值为时,超调量虽然较小,但输出电压不能稳定在个较小的范围。
输出电压的波形图综上,增大可以减小超调量,但是收敛速度变慢,且太大时会使得输出电压不能稳定在个较小的范围。
本例取。
参数的确定减小,取,输出电压波形如下,此时收敛速度加快,但是最终的脉动较大。
输出电压的波形图增大,取,输出电压波形如下,此时收敛速度缓慢,只要仿真时间足够,能得到较好的收敛。
输出电压的波形图综上,增大会使的收敛过程变慢,但过小会使脉动变大。
综合两方面因素,本例不改变,即取初值。
参数的确定减小,取,此时超调量明显变小,但是波形发生畸变。
输出电压的波形图取,此时波形超调量相对时有所下降,波形同时也得到较好的收敛,但是收敛速度变慢。
输出电压的波形图继续增大,取,此时波形发生畸变,不能很好收敛。
输出电压的波形图由上面仿真知,过大及过小都会使得波形发生畸变,减小可以减小超调量,但是收敛速度会变慢。
本例折中取。
综上,通过仿真校核后,各电路元件参数如下所示元件电感电感电容电容数值采用校核后的参数仿真采用该参数进行仿真,的波形如下图所示输出电压的波形图的波形图输出电压电感电流的波形图的波形图电感电流电容电压采用分析斩波电路的性能计算电感的电流出现断续的次数在程序的条件判断语句内,加入语句来记录出现断续的次数,最后输出,。
即整个收敛过程,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时,已收敛结束,采用语句,,,截取波形图如下所示,输出电压的波形图借助语句,读出,输出电压峰值,输出电压谷值。
则纹波系数为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,是种静态特性。
计算公式为电压调整率本例负载确定为,输出电流为。
分别将输入电压设为进行仿真。
输入,此时输出。
输入,此时输出。
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,也是种静态特性。
计算公式与式样。
本例将输入电压固定为,分别将负载设为,进行仿真负载,此时输出。
波形如下所示输出电压的波形图负载时,波形如下所示输出电压的波形图可见,当负载增大时,输出电压的调整时间增长,但最后将会稳定在个值上,其稳定值为,电压有定的下降。
由此可解得负载调整率为。
电路的扰动分析输入电压的突变分析突变方案期间期间,。
即时发生突变。
输出电压波形如下所示,最终能够收敛。
输出电压的波形图突变方案二期间时刻,采用随机输入时刻,再进行次突变,。
输出波形如下所示,波形经过两次振荡后能恢复稳定。
输出电压的波形图负载的突变分析突变方案三输入固定为。
期间时刻,突变为。
输出电压波形如下所示,时有较大的振荡,但最终能够收敛在附近。
输出电压的波形图突变方案四输入固定。
时,随机突变时,再次随机突变输出电压波形如下所示,第次振荡较大,第二次振荡较小,最终能够收敛在附近。
输出电压的波形图突变方案五电路实际工作中,负荷总是不断发生改变的,但负荷的变化幅度般不大。
取,即,本次仿真中每次迭代,都会发生变化。
输出电压波形如下,最终能收敛在附近,但是负荷是在不断波动的,所以最终输出的也会有定的波动。
输出电压的波形图参考文献电力电子技术教材,机械工业出版社基于的系统仿真技术与应用,清华大学出版社变换器的滑模控制及其稳定性分析,电测与仪表基于和的电力电子仿真实验教学,实验技术与管理基于架构电路的验证与仿真,电子技术为开关频率,是最小时的占空比。
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∶如果和绕在同个磁芯上,因为互感作用上式中的电感值就可用代替。
电感值可这样计算∶储能电容的确定储能电容的选择主要看电流有效电流,可由下式得出∶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。
电容的电压额定值必须大于最大输入电压。
的纹波电压的峰峰值可以这样计算∶取得。
满足需要的有效电流的电容在上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。
滤波电容的确定在中,当电源开关打开时,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∶图输出纹波电压和大容量的输出电容直接控制输出纹波。
如图所示,假设半纹波跟有关,另外半跟容量有关,因此输出电容必须满足有效电流和容量的需求。
取纹波电压为的输出电压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。
在中,二极体的峰值电流跟开关的峰值电流相同。
二极体必须承受的最小反向峰值电压是∶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。
功率的选择最小阈值电压导通电阻栅漏电荷和最大漏源电压是选择的关键参数。
逻辑电平或子逻辑电平阈值应该根据栅极电压使用。
峰值开关电压等于。
峰值开关电流由下式计算∶流过开关的电流由下式给出∶的散耗功率大概是∶,总的功耗包括导通损耗上式第项和开关损耗上式第二项。
为栅极驱动电流。
值应该选最大工作结温时的值,般在资料手册中给出。
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,所需的电路参数如表所示表斩波电路各元件参数值电路元件负载电阻电感电感电容电容频率数值控制策略的设定由知,,由于即有。
初值为,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次循环的结尾处对占空比作定的调整,满足下式其中,取,为每次计算后的输出电压,为理想输出电压。
当时,,即对占空比进行正向的调整,占空比增大,由式个周期是否算完算法流程图求解电路主程序在中建立了三个的子程序,分别对应了电路的三种状态。
其中为开关管导通时的微分方程模型,为开关管关断时的微分方程模型,为开关管关断时电感放电结束后的微分方程模型。
根据的算法流程图编写的主程序如下主程序定义全局变量记录电感的电流断续的次数迭代的次数输入电压为定义占空比初值为的组向量定义输出初值的组向量微分方程求解的初值为导通时间,为关断时间将导通时间的末值作为关断时间的初值将关断时间的末值作为下次导通时间的初值如果电流末值小于零,重新计算关断时间内的电压电流找出的点画图画出输出电压波形输出电压的波形图画出电感电流波形的波形图画出电感电流波形的波形图画出电容电压波形的波形图程序运行后,结果如下所示其中输出为。
输出电压的波形图的波形图输出电压电感电流的波形图的波形图电感电流电容电压通过分析仿真结果合理选取电路参数,预设参数为,,,,现通过仿真结果对比分析波形,对参数进行校核。
参数的确定减小,取,输出电压波形如下,此时不能很好地收敛,波形出现畸变。
输出电压的波形图增大,取,输出电压波形如下,此时得到很好地收敛,收敛速度较快。
输出电压的波形图增大,取,输出电压波形如下,此时得到很好地收敛,振荡次数更少,超调量也得到定的下降,收敛速度更快。
输出电压的波形图由上面的分析可知,方面太小会使不能收可知,输出的增大,即缩小与的差距。
反之,当时,,即对占空比进行负向的调整,占空比减小,输出的也变小,使输出逼近。
由上面分析可知,只要取值足够小,循环次数足够大,可以使输出电压稳定在附近。
虽然的取值越小,精度越高,但是取值变小的同时也要求迭代次数变大,否则迭代次后还没有收敛结束。
另方面,迭代次数的增大使得程序运行时间变长,本例选择程序运行次的时间约为。
根据对输出电压平均值进行调制的方式不同,斩波电路可有三种控制方式保持开关周期不变,调节开关导通时间,称为脉冲宽度调制。
保持开关导通时间不变,改变开关周期,称为频率调制。
和都可调,使占空比改变,称为混合型。
根据题目要求,开关频率固定为,故应采取第种控制方式。
编程仿真在电力电子技术教学中,通常利用,等软件辅助教学,这些软件虽然可以提供些比较生动的动画和波形,但其并非仿真软件,关于电力电子器件的物理概念不突出,且应用灵活性较差。
等专用软件体现了很好的灵活性,能够很好地满足教学要求。
在这些软件中,软件构建仿真系统较灵活,被广泛应用于电力电子技术教学中软件能为系统级电路仿真提供个与模型
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