直流斩波电路的 Matlab/Simulink 仿真研究 摘要：电力电子技术是工科院校电气信息类专业学生必修的一门专业基础课程，其理论性和实践性较 强，电路和波形图多且复杂，通常仿真技术在电力电子技术领域应用不多。应用 Matlab 的可视化仿真工具 Simulink 建立了 Buck 电路的仿真模型，在此基础上对 Buck 电路及 Boost—Buck 电路进行了较详细的仿真 分析。结果表明，仿真波形与常规分析方法得到的结果具有一致性，证实了 Matlab 软件在电力电子技术教 学和研究中具有较好的应用价值。 广告插播信息 维库最新热卖芯片： MAX708ESA CY7C006-35JC LT1203CS8 CY7C150-15PC AIC1525-0CS PEB3265FV1.3 DS3896N MDC5101R2 IRL3102S D72001C-11 0 引 言 在电力电子技术中，将直流电的一种电压值通过电力电子变换装置变换为另一种固定或可调电压值的 变换，称为直流一直流变换。直流变换电路的用途非常广泛，包括直流电动机传动、开关电源、单相功率 因数校正，以及用于其他领域的交直流电源。 这里主要讨论了 PWM(脉冲宽度调制)控制方式的降压电路(Buck Chopper)，并应用 Matlab 的可视化仿 真工具 Simulink，对该电路及升降压电路(Boost-Buck Chopper)进行了建模，并对仿真结果进行了分析， 既避免了繁琐的绘图和计算过程，又尝试得到了一种直观、快捷分析直流变换电路的新方法。 1 直流斩波电路工作原理 直流降压斩波电路原理图如图 1(a)所示。图中用理想开关 S 代表实际的电力电子开关器件；R 为纯阻 性负载。当开关 S 在 ton 时间接通时，加到负载电阻上的电压 U。等于直流电源 Ud。当开关 S 在 toff 时间 断开时，输出电压为零，直流变换波形如图 1(b)所示。 

输出电压平均值为： 式中：ton 为斩波开关 S 在一个周期内的导通时间；toff 为斩波开关 S 在一个周期内的关断时间;Ts 为斩波周期，T＝ton＋t0ff；D 为占空比，D＝ton／Ts。 由此可见，改变导通占空比 D，就能够控制斩波电路输出电压 U。的大小。由于 D 是在 0～1 之间变化 的系数，因此输出电压 U。总小于输入电压 Ud，即为降压输出。 2 直流斩波电路的建模与仿真 2.1 仿真模型及参数设置 (1)由 IGBT 构成直流降压斩波电路(Buck Chop-per)的建模和参数设置 图 2 为由 IGBT 组成的 Buck 直流变换器仿真模型，IGBT 按默认参数设置，并取消缓冲电路，即 Rs=5 ΩQ， Cs=0；电压源参数取 Us=200 V，E=80 V；负载参数取 R=10 Ω，L=5 mH。 

(2)直流降压斩波电路的仿真 打开仿真参数窗口，选择 ode23tb 算法，相对误差设置为 1e-03，开始仿真时间设置为 O，停止仿真时 间设置为 O.01 s，控制脉冲周期设置为 O.001 s(频率为 1 000Hz)，控制脉冲占空比为 50％。参数设置完 毕后，启动仿真，得到图 3 的仿真结果。 

由图 3 可以看出，负载上电压分别为 100 V，160 V，80 V，满足 式中：负号表示输出电压与输入电压反相。当 D＝O.5 时，U。=Ud；当 D>O.5 时，U。>Ud，为升压变换； 当 D<0．5 时，u。

3 结 语 通过以上的仿真过程分析，可以得到下列结论：(1)直流变换电路主要以全控型电力电子器件作为开关 器件，通过控制主电路的接通与断开，将恒定的直流斩成断续的方波，经滤波后变为电压可调的直流输出 电压。利用 Simulink 对降压斩波电路和升降压斩波的仿真结果进行了详细分析，与采用常规电路分析方法 所得到的输出电压波形进行比较，进一步验证了仿真结果的正确性。