【文章內(nèi)容簡介】 4 8 00 . 5 0 . 0 2 2 6 0 . 5 5 0 1 0 4 6outr i p p l eIC F FVf ??? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 輸出二極體的選擇 華 南 理 工 大 學 電 力 學 院 課 程 設 計 說 明 書 10 選擇能夠承受峰值電流和反向電壓的二極體。在 SPEIC 中，二極體的峰值電流跟開關(guān) 的 峰值電流 IQ1peak 相同。二極體必須承受的最小反向峰值電壓是 ∶ VRD1=Vin+Vout=66V （ 18） 跟升壓轉(zhuǎn)換器相似，二極體的平均電流跟輸出電流相同。二極體的功耗等于輸出電流乘以二極體的正向壓降 。為了提高效率建議使用肖特基二極體。 功率 MOSFET 的選擇 最小閾值電壓 Vth（ min） 、導通電阻 RDS(ON)、柵漏電荷 QGD和最大漏源電壓 VDS（ max） 是選擇 MOSFET 的關(guān)鍵參數(shù)。邏輯電平或子邏輯電平閾值 MOSFET 應該根據(jù)柵極電壓使用。峰值開關(guān)電壓等于 Vin＋ Vout。峰值開關(guān)電流由下式計算 ∶ 1 ( ) 1 ( ) 2 ( ) 6Q pe ak L pe ak L pe akI I I A? ? ? (19) 流過開關(guān)的 RMS電流由下式給出 ∶ ( m i n )1 ( )( m i n )() 7 . 7 3 3O U T IN O U TQ R M S O U T INV V VI I AV???? (20) MOSFET 的散耗功率 PQ1大概是 ∶ 21 1 ( ) ( ) m a x ( m i n ) 1 ( )() GDQ Q R M S D S O N I N O U T Q p e a kG A T EQfP I R V V I I? ?? ? ? ? ? ? ? (21) PQ1， MOSFET 總的功耗包括導通損耗（上式第一項）和開關(guān)損耗（上式第二項）。 IGATE 為柵極驅(qū)動電流。 RDS(ON)值應該選最大工作結(jié)溫時的值，一般在MOSFET 資料手冊中給出。要確保導通損耗加上開關(guān)損耗不會超過封裝的額定值或者超過散熱設備的極限。 編程計算所需參數(shù) 在下面 編程計算過程中，所需的電路參數(shù)如表 1 所示： 表 Sepic 斬波電路各元件參數(shù)值 電路元件 負載電阻（ Ω） 電感 L1（ mH） 電感 L2（ mH） 電容 C1 (μF) 電容 C2 (μF) 頻率 F（ kHZ） 數(shù)值 26 50 華 南 理 工 大 學 電 力 學 院 課 程 設 計 說 明 書 11 3 控制策略的設定 由2 1 11onofftV V Vt ?????知， 212VVV?? ? ， 由于 V2=26V， V1=20~40V， 即有? =~。 V1初值為 40V，即占空比 ? 的初值為 . 由于輸入不穩(wěn)定，要想得到穩(wěn)定的輸出，需要對占空比 ? 擬定相應的控制策略。 本例采用的控制策略為：在每一次循環(huán)的結(jié)尾處對占空比 d（ i）作一定的調(diào)整，滿足下式 ? ? ? ? ? ?? ?d i 1 d i k 26 uo i? ? ? ? ? （ 22） 其中， k 取 ， ??uoi 為每次計算后的輸出電壓 V2， 26 為理想輸出電壓。 當 ? ?uo i 26? 時 ， ? ?? ?k 26 uo i 0? ? ?，即對占空比進行正向的調(diào)整，占空比增大，由式 ? ?? ?11uo i 11di V? ?可知，輸出的 ??uoi 增大，即縮小與 26 的差距。 反之，當 ? ?uo i 26? 時 ， ? ?? ?k 26 uo i 0? ? ?，即對占空比進行負向的調(diào)整 ，占空比減小，輸出的 ??uoi 也變小，使輸出逼近 26。 由上面分析可知，只要 k 取值足夠小，循環(huán)次數(shù) n 足夠大，可以使輸出電壓??uoi 穩(wěn)定在 26V 附近。雖然 k 的取值越小，精度越高，但是 k 取值變小的同時也要求迭代次數(shù) n 變大，否則迭代 n 次后還沒有收斂結(jié)束。另一方面，迭代次數(shù)n 的增大使得程序運行時間變長，本例選擇 k=， n=2500，程序運行一次的時間約為 5s。 根據(jù)對輸出電壓平均值進行調(diào)制的方式不同，斬波電路可有三 種控制方式：1）保持開關(guān)周期 T 不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導通時間 ton，稱為脈沖寬度調(diào)制。 2）保持開關(guān)導通時間 ton不變，改變開關(guān)周期 T，稱為頻率調(diào)制。 3） ton和 T 都可調(diào)，使占空比改變，稱為混合型。 根據(jù)題目要求，開關(guān)頻率 F 固定為 50kHZ，故應采取第一種控制方式。 華 南 理 工 大 學 電 力 學 院 課 程 設 計 說 明 書 12 4 Matlab編程仿真 在電力電子技術(shù)教學中 , 通常利用 Power Point， Authorw are,， VB,， Flash 等軟件輔助教學 , 這些軟件雖然可以提供一些比較生動的動畫和波形 , 但其并非仿真軟件 , 關(guān)于電力電子器件的物理概念不突出 , 且應用靈活性較差。 EWB、PSpice、 Protel、 Matlab、 SABER、 PLECS 等專用軟件體現(xiàn)了很好的靈活性 , 能夠很好地滿足教學要求。在這些軟件中， Matlab/Simulink 軟件構(gòu)建仿真系統(tǒng)較靈活，被廣泛應用于電力電子技術(shù)教學中； PLECS 軟件能為系統(tǒng)級電路仿真提供一個與 Simulink 模型完全無縫的結(jié)合，在電力電子系統(tǒng)和電力驅(qū)動器的模擬上可以進行簡化，其仿真速度快，開關(guān)轉(zhuǎn)換理想化，穩(wěn)定性好。因此 ,， Matlab 和PLECS 軟件相結(jié)合進行電力電子系統(tǒng)仿真是一種十分理想的選擇。下面 采用Matlab 對 Sepic 進行仿真計算并分析仿真結(jié)果。 Matlab子程序 根據(jù)上述的電路分析可知，電路可能出現(xiàn)三種狀態(tài)，每一種狀態(tài)對應著不同的微分方程組。根據(jù)綜合后的微分方程式 13，可建立對應于電路的三種工作狀態(tài)的子函數(shù)。綜合后的微分方程所下所示 1 1 1 122112 2 2( 1 ) ( ( 3 ) ( 4)) / ( ( 3 ) ( 4)) / /( 2) ( 4) / ( ( 3 ) ( 4)) /( 3 ) ( 1 ) / ( ( 1 ) ( 2)) /( 4) ( ( 1 ) ( 2)) / ( 4) / ( ) ( ( 1 ) ( 2)) /Y Y Y L u Y Y L V LY Y L u Y Y LY Y C u Y Y CY Y Y C Y RC u Y Y C????? ? ? ? ? ? ???? ? ? ???? ? ? ??? ? ? ? ? ?? （ 23） 1）建立子函數(shù) Q 開通時，輸入電源 V1對 L1充電，儲能電容 C1對 L2充電，電容 C2維持著負載 R 的兩端電壓。此時根據(jù)式 23，令 u=1，可得此時的微分方程，子函數(shù)語句如下： function dy2=fun1(t,y)。 global V1 R L1 C1 C2 L2。%定義全局變量 dy2=[V1/L1。 y(3)/L2。 華 南 理 工 大 學 電 力 學 院 課 程 設 計 說 明 書 13 y(2)/C1。 y(4)/(C2*R)]。 %狀態(tài)一的微分方程 2）建立子函數(shù) Q 關(guān)斷后，充在電感 L1上的電荷對電容 C1放電，充在電感 L2上的電荷通過二極管 D 對負載放電。此時根據(jù)式 23，令 u=0，可得此時的微分方程，子函數(shù)語句如下： function dy=fun2(t,y)。 global V1 R L1 C1 C2 L2。 %定義全局變量 dy=[(V1y(3)y(4))/L1。 y(4)/L2。 y(1)/C1。 (y(1)+y(2)y(4)/R)/C2]。 %狀態(tài)二的微分方程 3)建立子函數(shù) Q 關(guān)斷時電感 L2 對負荷放電，放電結(jié)束后電流出現(xiàn)斷續(xù)，此時根據(jù)式 23，令 u=0、 (2) 0Y ? 可得此時的微分方程，子函數(shù)語句如下： function dydt=fun3 (t,y) global V1 R L1 C1 C2 L2。 %定 義全局變量 dydt=[(V1y(3)y(4))/L1。 0。 y(1)/C1。 (y(1)y(4)/R)/C2]。 %狀態(tài)三的微分方程 求解算法的基本思路 基于 Matlab 編程采用的思路如下所示 華 南 理 工 大 學 電 力 學 院 課 程 設 計 說 明 書 14 開 始設 置 初 值 V R 、 L C C Ld 、 f 、 U0、 m 、 n 并 設 置 初 始將 結(jié) 果 作 為 下 一 階 段 的 初 值根 據(jù) 輸 出 電 壓 V2的 穩(wěn) 定 值 改 變 占 空 比計 算 iL 2= 0 的 時 間 ， 并 據(jù) 此 將 Q 關(guān) 斷 的 時 間 to f f分 為 to f f to f f 2判 斷 末 值 iL 2 0在 to f f 1時 間 內(nèi) 重 新 計 算 iL iL Vc Vc 2在 to f f 2時 間 內(nèi) 重 新 計 算 iL iL Vc Vc 2計 算 開 關(guān) 管 Q 關(guān) 斷 時 iL iL Vc Vc 2計 算 to n、 to f f計 算 開 關(guān) 管 Q 導 通 時 iL iL Vc Vc 2并 將 它 們 末 值 作 為 下 階 段 的 初 值輸 出 iL iL Vc Vc 2iL、 V2n 個 周 期 是 否 算 完YNYN 算法流程圖 華 南 理 工 大 學 電 力 學 院 課 程 設 計 說 明 書 15 Matlab求解 Sepic電路主程序 在 中建立了三個 Matlab 的子程序 、 、 ，分別對應了電路的三種狀態(tài)。其中 為開關(guān)管 Q 導通時的微分方 程模型， 為開關(guān)管 Q 關(guān)斷時的微分方程模型， 為開關(guān)管 Q 關(guān)