Sepic电路课程设计说明书资料.pdf

《Sepic电路课程设计说明书资料.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Sepic电路课程设计说明书资料.pdf（34页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、课程设计说明书 课程名称：电力电子课程设计 设计题目：Sepic 电路的建模与仿真 专业：电气工程及其自动化 班级：2009 级电气（ 4）班 学号：200930213291 姓名：禤培正 指导教师：郭红霞 华南理工大学电力学院 2013 年 1 月 课程设计任务书 1题目 Sepic电路建模、仿真 2任务 建立 Sepic电路的方程，编写算法程序，进行仿真，对 仿真结果进行分析，合理选取电路中的各元件参数。 3要求 课程设计说明书采用A4 纸打印，装订成本；内容包括 建立方程、编写程序、仿真结果分析、生成曲线、电路 参数分析、选定。 V1=2040V V2=26V I0=0 1A F=50k

2、HZ 指导教师评语 ： 指导教师： 2013 年月日 目录 1 Sepic 电路分析 . 1 1.1 Sepic 电路简介 . 1 1.2 原理分析 1 1.3 电力运行状态分析 2 2 Sepic 电路各元件的参数选择 7 2.1 Sepic 电路参数初值. 7 2.2 电路各元件的参数确定 7 3 控制策略的设定. 11 4 Matlab 编程仿真 . 12 4.1 根据状态方程编写Matlab 子程序 . 12 4.2 求解算法的基本思路 13 4.3 Matlab 求解 Sepic电路主程序 15 5 通过分析仿真结果合理选取电路参数L1，L2，C1，C2. 18 5.1 参数 L1的

3、确定 . 18 5.2 参数 L2的确定 . 20 5.3 参数 C1的确定 . 21 5.4 参数 C2的确定 . 22 5.5 采用校核后的参数仿真 24 6 采用 Matlab 分析 Sepic 斩波电路的性能. 24 6.1 计算电感L2 的电流 IL2出现断续的次数 24 6.2 纹波系数的计算 25 6.3 电压调整率 25 6.4 负载调整率 26 6.5 电路的扰动分析 27 7 参考文献 . 30 华 南 理 工 大 学 电 力 学 院 课 程 设 计 说 明 书 - 1 - 1Sepic电路分析 1.1 Sepic电路简介 Sepic斩波电路是开关电源六种基本DC/DC 变

4、换拓扑之一，是一种允许输出 电压大于、小于或者等于输入电压的DC/DC 斩波电路。其输出电压由主控开关 (三极管或 MOS管)的占空比控制。 SEPIC变换器是一种四阶非线性系统, 因具有 可升降压、同极性输出、输入电流脉动小、输出易于扩展等特点, 而广泛应用于 升降压型直流变换电路和功率因数校正电路。这种电路最大的好处是输入输出同 极性。尤其适合于电池供电的应用场合，允许电池电压高于或者小于所需要的输 入电压。比如一块锂电池的电压为3V 4.2V，如果负载需要3.3V，那么 Sepic 电路可以实现这种转换。 另外一个好处是输入输出的隔离，通过主回路上的电容 C1 实现。同时具备完全关断功能

5、，当开关管关闭时，输出电压为0V。 1.2 原理分析 Sepic斩波电路的原理图如图1 所示。由可控开关Q、储能电感 L1、L2二极 管 D、储能电容 C1、滤波电容 C2、负载电阻 R 和控制电路等组成。 1 V Q DS v 2 V 2 L 1 C D 2 C 1 L R 1 i D i 2 i 1c i 图 1、 Sepic斩波电路的原理图 Sepic斩波电路的基本工作原理是：当开关管Q 受控制电路的脉冲信号触发 而导通时， V1L1Q 回路 C1QL2回路同时导通， L1和 L2储能。V 处于断态 时，V1L1C1D负载（ C2和 R）回路及 L2D负载回路同时导通，此阶 段 V1和

6、L1既向负载供电，同时也向C1充电， C1储存的能量在 Q 处于通态时向 L2转移。 华 南 理 工 大 学 电 力 学 院 课 程 设 计 说 明 书 - 2 - Sepic斩波电路的输入输出关系由下式给出： 2111 1 onon offon tt VVVV tTt （1） 图 2、SPEIC 的开关波形（ VQ1Q1漏源电压） 1.3 电力运行状态分析 对于理想情况下的电路分析，储能电感L1、L2足够大，其时间常数远大于 开关的周期，流过储能电感的电流IL可近似认为是线性的。电容C1、C2也足够 大，能够维持两端电压恒定。此外，开关管Q 及二极管都具有理想的开关特性。 分析电路图可以得到

7、： 1.3.1 Q 开通时电路运行分析 MOSFET 开通时的等效电路如图2 所示： 华 南 理 工 大 学 电 力 学 院 课 程 设 计 说 明 书 - 3 - 1 V 2 L 1 C 2 C 1 L R 1 i 2c i 2 V 1c i 2 i 图 3、Q 开通时的等效电路图 Q 开通时，输入电源 V1对 L1充电，储能电容 C1对 L2充电，电容 C2维持着 负载 R的两端电压。此时有 11 21 12 2 2 L LC C C VV VV iI V i R （2） 1.3.2 Q 关断时电路运行分析 MOSFET 关断时的等效电路如图2 所示： 1 V 2 V 2 L 1 CD 2

8、 C 1 L R 1 i 2 i 1 i 1c i 图 4、Q 关断时的等效电路图 Q 关断后，充在电感 L1上的电荷对电容C1放电，充在电感 L2上的电荷通过 二极管 D 对负载放电。此时有 华 南 理 工 大 学 电 力 学 院 课 程 设 计 说 明 书 - 4 - 1 112 22 11 2 212 0 L C L C C VVVV VV iI V iII R （3） 1.3.3 输入直流电压 V1和输出直流电压V2的关系 稳态时，一个周期T 内电感 L 两端电压 UL对时间的积分为零，即 0 0 T L u dt （4） 当 Q 处于通态时， 电感 L1、L2两端的电压分别为 1 V

9、、 1C V，当 Q 处于关断时， 电感 L1、L2两端的电压分别为 112C VVV、 2 V 。将数据代入式 4 得： 1121 12 0 ()0 onoffC onCoff t VtVVV t VtV （5） 求解得： 211 11 1 on off C t VVV t VV （6） 稳态时，电容 C 的电流在一个周期T 内的平均值应为零，也就是其对时间 的积分为零，即 0 0 T c i dt （7） 当 Q 处于通态时，流过电容C1、C2的电流分别为 2 I、 2 V R ，当 Q 处于关 断时，流过电容C1、C2的电流分别为 1 I、 2 12 V II R 。将数据代入式7 得：

10、 华 南 理 工 大 学 电 力 学 院 课 程 设 计 说 明 书 - 5 - 21 22 12 0 ()()0 onoff onoff t ItI VV ttII RR （8） 求解得： 2 1 2 2 1 V I R V I R （9） 由式 6 知， 21 1 VV，所以可通过控制占空比的大小来控制输出电压V2的 大小。即 当 tontoff时，0.5， V2V1，电路属于升压式。 1.3.4 电路的状态方程 由图 2、3 可知，等效电路与开关Q 的状态有关，所以Sepic斩波电路可分 为 Q 通态和 Q 断态两个状态来分析。 1）当 Q 处于通态，系统的微分方程组如下所示 11 1

11、12 2 12 1 22 2 L CL CL CC diV dtL Vdi dtL dVi dtC dVV dtRC （10） 2）当 Q 处于断态，系统的微分方程组如下所示 华 南 理 工 大 学 电 力 学 院 课 程 设 计 说 明 书 - 6 - 1211 1 22 2 11 1 2212 22 CCL CL CL CCLL VVVdi dtL Vdi dtL dVi dtC dVVii dtCRC （11） 3）当 Q 处于断态时，充在电感L1 上的电荷对电容 C1 放电，充在电感 L2 上的电荷通过二极管D 对负载放电，即此过程有可能会出现电感电流的断续。 由于电感 L1 直接与电

12、源相连， 故一般来说 L1 的电流不会出现断续现象， 下面主 要讨论电感 L2 出现断续后，微分方程组的变化。电感L2 断续后，即 2 0 L i，此 时微分方程组如下所示： 1211 1 2 2 11 1 221 22 0 CCL C CL CCL VVVdi dtL V L dVi dtC dVVi dtCRC （12） 设 1 (1) L Yi ， 2 (2) L Yi， 1 (3) C YV， 2 (4) C YV，将其代入式 10、11，合并 后如下： 华 南 理 工 大 学 电 力 学 院 课 程 设 计 说 明 书 - 7 - 1111 22 11 222 (1)( (3)(4)

13、 /( (3)(4) / (2)(4) /( (3)(4) / (3)(1)/( (1)(2) / (4)( (1)(2) /(4) /()( (1)(2) / YYYLu YYLVL YYLu YYL YYCu YYC YYYCYRCu YYC （13） 其中，u=1 表示 Q 处于导通状态， u=0 表示 Q 处于关断状态。此外， u=0 同时令 (2)0Y，即表示 Q 关断时电感 L2 的电流出现断续时的状态。 2 Sepic电路各元件的参数选择 2.1 Sepic电路参数初值 题目中给定，输入电压 V1=2040V， 输出电压 V2=26V， 负载电流 I0=0 1A， 开关管 Q 的

14、控制端的信号频率F=50kHZ，即周期 T=2*10 -5s。 为了简化电路计算，更好地描述电路运行状态，现作如下假设： （1）电源电压为 40V 时为最差状态。 （2）电路能达到满载电流1A。 （3）忽略开关管的正向导通压降和二极管的正向压降。 （4）忽略线路电阻和电磁振荡所造成的能量损耗。 2.2 电路各元件的参数确定 2.2.1 负载电阻 RL的确定 负载电阻 RL按式 14 确定 2 L o V R I （14） 求得负载电阻 RL=26. 2.2.2 电感 L1、L2的确定 SPEIC 使用两个电感 L1和 L2，这两个电感可以绕在同一个磁芯上，因为在 整个开关周期内加在它们上面的电

15、压是一样的。使用耦合电感比起使用两个独立 的电感可以节省PCB 的空间并且可以降低成本。 华 南 理 工 大 学 电 力 学 院 课 程 设 计 说 明 书 - 8 - 确定电感的一个好规则就是， 在最小输入电压下， 使得纹波电流峰峰值大约 等于最大输入电流的40%。在数值相同的电感L1 和 L2 中流动的纹波电流由下 面公式算出 : (min) 26 40%40%140%0.52 20 out Linout in V IIIAA V 电感由 15式求得 (min) 12max 2026 0.435 0.52 502620 in L V LLLmHmH If （15） f 为开关频率， max

16、是最小 Vin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 1() (min) 2() 40% 1+=1.56A 2 40% 1+ 2 out Lpeakout in Lpeakout V II V II （） （）=1.2A 如果 L1和 L2绕在同一个磁芯上，因为互感作用上式中的电感值就可用2L 代替。 电感值可这样计算 (min) 12max 2026 0.218 2220.52502620 in L V L LLmHmH If 2.2.3 储能电容 C1的确定 储能电容 C1的选择主要看 RMS电流（有效电流），可由下式得出 1 (min) out Cout

17、in V II V SEPIC 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SEPIC 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。 SEPIC 电容的电压额定值必须大于最大输入电压。C1的纹波电压的峰峰值可以这样计 算 华 南 理 工 大 学 电 力 学 院 课 程 设 计 说 明 书 - 9 - max 1 1 out C I V Cf （16） 取 1C V=0.4V 得 1 C =28.261uF。满足需要的有效电流的电容在C1上一般不 会产生太大的纹波电压，因此峰值电压通常接近输入电压。 2.2.4 滤波电容 C2的确定 在 SEPIC中，当电源

18、开关 Q1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 out () (min) 26 11.140 20 OUT CRMSOUT IN V IIAA V 图 5、输出纹波电压 ESR、ESL和大容量的输出电容直接控制输出纹波。如图4 所示，假设一半纹波 跟 ESR有关，另外一半跟容量有关，因此 1()2() 0.5 0.2 26 0.5 0.942 2.76 ripple LpeakLpeak V ESR II 2 ripple 0.5 OUT I C Vf (17) 输出电容必须满足有效电流

19、、ESR和容量的需求。 取纹波电压为 2%的输出电压 2max3 126 43.480 0.50.02260.5 50 1046 out ripple I CFF Vf 2.2.5 输出二极体的选择 华 南 理 工 大 学 电 力 学 院 课 程 设 计 说 明 书 - 10 - 选择能够承受峰值电流和反向电压的二极体。在SPEIC 中，二极体的峰值 电流跟开关的峰值电流IQ1peak相同。二极体必须承受的最小反向峰值电压是 VRD1=Vin+Vout=66V（18） 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

20、二极体。 2.2.6 功率 MOSFET 的选择 最小阈值电压 Vth（min）、导通电阻 RDS(ON)、栅漏电荷 QGD和最大漏源电压VDS （max）是选择 MOSFET 的关键参数。 逻辑电平或子逻辑电平阈值MOSFET 应该根 据栅极电压使用。峰值开关电压等于VinVout。峰值开关电流由下式计算 1()1()2() 2.76 QpeakLpeakLpeak IIIA(19) 流过开关的 RMS电流由下式给出 (min) 1() (min) () 7.733 OUTINOUT QRMSOUT IN VVV IIA V (20) MOSFET 的散耗功率 PQ1大概是 2 11()()

21、max(min)1() () GD QQRMSDS ONINOUTQpeak GATE Qf PIRVVI I (21) PQ1，MOSFET 总的功耗包括导通损耗（上式第一项）和开关损耗（上式第 二项）。IGATE为栅极驱动电流。RDS(ON)值应该选最大工作结温时的值，一般在 MOSFET 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。 2.2.7 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1 所示： 表 1、 Sepic斩波电路各元件参数值 电路 元件 负载电阻 （ ） 电感 L1 （mH） 电感 L2 （mH） 电容 C1 (F

22、) 电容 C2 (F) 频率 F （kHZ） 数值26 0.435 0.435 28.261 43.480 50 华 南 理 工 大 学 电 力 学 院 课 程 设 计 说 明 书 - 11 - 3 控制策略的设定 由 211 1 on off t VVV t 知 ， 2 12 V VV ，由于 V2=26V，V1=2040V， 即有 =0.3940.565。V1初值为 40V，即占空比的初值为 0.394. 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： 在每一次循环的结尾处对占空比d（i）作一定的调 整，满足下式 d i1d ik26uo

23、 i（22） 其中， k 取 0.00003， uo i 为每次计算后的输出电压V2，26 为理想输出电 压。 当 uo i26时 ， k26uo i0，即对占空比进行正向的调整，占空比 增大，由式 1 1 uo i 1 1 d i V可知，输出的 uo i 增大，即缩小与 26 的差距。 反之，当 uo i26时 ， k26uo i0，即对占空比进行负向的调整， 占空比减小，输出的uo i 也变小，使输出逼近26。 由上面分析可知， 只要 k 取值足够小，循环次数n 足够大， 可以使输出电压 uo i 稳定在 26V 附近。虽然 k 的取值越小，精度越高，但是k 取值变小的同时 也要求迭代次

24、数n 变大，否则迭代 n 次后还没有收敛结束。另一方面，迭代次数 n 的增大使得程序运行时间变长，本例选择k=0.00003，n=2500，程序运行一次 的时间约为 5s。 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： 1）保持开关周期 T 不变，调节开关导通时间ton，称为脉冲宽度调制。 2）保持开关导通时间ton不变，改变开关周期T，称为频率调制。 3）ton和 T 都可调，使占空比改变，称为混合型。 根据题目要求，开关频率F 固定为 50kHZ，故应采取第一种控制方式。 华 南 理 工 大 学 电 力 学 院 课 程 设 计 说 明 书 - 12 - 4 Matla

25、b 编程仿真 在电力电子技术教学中 , 通常利用 Power Point， Authorw are,， VB,， Flash 等 软件辅助教学 , 这些软件虽然可以提供一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。EWB、 PSpice、Protel、Matlab、SA-BER、PLECS 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，Matlab/Simulink 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；PLECS 软件能为系统级电路仿真提 供一个与 Simulink 模型完全无缝的结合，

26、 在电力电子系统和电力驱动器的模拟上 可以进行简化，其仿真速度快，开关转换理想化，稳定性好。因此,，Matlab 和 PLECS 软件相结合进行电力电子系统仿真是一种十分理想的选择。下面采用 Matlab 对 Sepic进行仿真计算并分析仿真结果。 4.1 根据状态方程编写Matlab 子程序 根据上述的电路分析可知， 电路可能出现三种状态， 每一种状态对应着不同 的微分方程组。根据综合后的微分方程式13，可建立对应于电路的三种工作状 态的子函数。综合后的微分方程所下所示 1111 22 11 222 (1)( (3)(4) /( (3)(4) / (2)(4) /( (3)(4) / (3)

27、(1)/( (1)(2) / (4)( (1)(2) /(4) /()( (1)(2) / YYYLu YYLVL YYLu YYL YYCu YYC YYYCYRCu YYC （23） 1）建立子函数 fun1.m Q 开通时，输入电源 V1对 L1充电，储能电容 C1对 L2充电，电容 C2维持着 负载 R 的两端电压。此时根据式23，令 u=1，可得此时的微分方程，子函数语 句如下： function dy2=fun1(t,y); global V1 R L1 C1 C2 L2;%定义全局变量 dy2=V1/L1; y(3)/L2; 华 南 理 工 大 学 电 力 学 院 课 程 设 计

28、 说 明 书 - 13 - -y(2)/C1; -y(4)/(C2*R); % 状态一的微分方程 2）建立子函数 fun2.m Q 关断后，充在电感 L1上的电荷对电容C1放电，充在电感 L2上的电荷通过 二极管 D 对负载放电。此时根据式23，令 u=0，可得此时的微分方程，子函数 语句如下： function dy=fun2(t,y); global V1 R L1 C1 C2 L2; % 定义全局变量 dy=(V1-y(3)-y(4)/L1; -y(4)/L2; y(1)/C1; (y(1)+y(2)-y(4)/R)/C2; % 状态二的微分方程 3)建立子函数 fun3.m Q 关断时

29、电感 L2 对负荷放电，放电结束后电流出现断续，此时根据式23， 令 u=0、(2)0Y可得此时的微分方程，子函数语句如下： function dydt=fun3 (t,y) global V1 R L1 C1 C2 L2; % 定义全局变量 dydt=(V1-y(3)-y(4)/L1; 0; y(1)/C1; (y(1)-y(4)/R)/C2; % 状态三的微分方程 4.2 求解算法的基本思路 基于Matlab 编程采用的思路如下所示 华 南 理 工 大 学 电 力 学 院 课 程 设 计 说 明 书 - 14 - 开始 设置初值 V1、R、L1、C1、C2、L2、 d、f、U0、m、n并设

30、置初始 将结果作为下一阶段的初值 根据输出电压 V2的稳定值改变占空比 计算 iL2=0的时间，并据此将 Q关断的时间 toff分为 toff1、toff2 判断末值 iL20 在toff1时间内重新计算iL1、iL2、Vc1、Vc2 在toff2时间内重新计算iL1、iL2、Vc1、Vc2 计算开关管 Q关断时 iL1、iL2、Vc1、Vc2 计算 ton、toff 计算开关管 Q导通时 iL1、iL2、Vc1、Vc2并将它们末值作为下阶段的初值 输出iL1、iL2、Vc1、 Vc2iL、V2 n个周期是否算完 Y N Y N 算法流程图 华 南 理 工 大 学 电 力 学 院 课 程 设

31、计 说 明 书 - 15 - 4.3 Matlab 求解 Sepic电路主程序 在 4.1 中建立了三个Matlab 的子程序 fun1.m、fun2.m、fun3.m，分别对应了 电路的三种状态。其中fun1.m 为开关管 Q 导通时的微分方程模型， fun2.m 为开 关管 Q 关断时的微分方程模型， fun3.m 为开关管 Q 关断时电感 L2放电结束后的 微分方程模型。根据4.2 的算法流程图编写的Matlab 主程序如下： 主程序： clear; global V1 R L1 C1 C2 L2 d f n m; %定义全局变量 m=0; %记录电感 L2 的电流断续的次数 R=26;

32、 L1=0.435e-3; L2=0.435e-3; C1=28.261e-6; C2=43.480e-6; f=50000; T=1/f; n=2500;%迭代的次数 V1=20+20*rand(1); %输入电压为 2040V d=0.394*ones(n,1); %定义占空比初值为0.394 的一组向量 uo=zeros(n,1); %定义输出初值1 的一组向量 yy=0,0,0,0; %微分方程求解的初值 for i=1:n; ton=d(i)*T;toff=T-ton; %ton 为导通时间， toff 为关断时间 t,y1=ode45(fun1,linspace(0,ton,6),

33、yy); yy=y1(end,:); %将导通时间的末值作为关断时间的初值 t,y2=ode45(fun2,linspace(ton,T,6),yy); yy=y2(end,:); %将关断时间的末值作为下一次导通时间的初值 if y2(end,2)=1;d(i+1)=0.999;elseif d(i+1)=0;d(i+1)=0.001;end end uo(i) %画图 figure(1); plot(linspace(0,1/100000*n,n),uo); %画出输出电压V2 波形 title( 输出电压 V2 的波形图 ) xlabel(t(s) ylabel(V2(V) grid o

34、n; 华 南 理 工 大 学 电 力 学 院 课 程 设 计 说 明 书 - 17 - figure(2); plot(linspace(0,1/100000*n,n),I1); %画出电感 L1 电流波形 title( I1 的波形图 ) xlabel(t(s) ylabel(I1(A) grid on; figure(3); plot(linspace(0,1/100000*n,n),I2); %画出电感 L2 电流波形 title( I2 的波形图 ) xlabel(t(s) ylabel(I2(A) grid on figure(4); plot(linspace(0,1/100000

35、*n,n),VC1); %画出电容 C1 电压波形 title( VC1 的波形图 ) xlabel(t(s) ylabel(VC1(V) grid on; 程序运行后，结果如下所示：其中V2 输出为 25.9920V。 00.0050.010.0150.020.025 0 10 20 30 40 50 输 出电 压V2的 波形图 t(s) V 2 ( V ) 00.0050.010.0150.020.025 -10 -5 0 5 10 I1的 波 形图 t(s) I1 (A ) 输出电压 V2 电感 L1 电流 IL1 华 南 理 工 大 学 电 力 学 院 课 程 设 计 说 明 书 -

36、18 - 00.0050.010.0150.020.025 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 I2的 波 形 图 t(s) I2 (A ) 00.0050.010.0150.020.025 0 10 20 30 40 50 60 70 80 VC1 的波 形图 t(s) V C 1 ( V ) 电感 L2电流 IL2电容 C1 电压 VC1 5 通过分析仿真结果合理选取电路参数L1，L2，C1，C2 预设参数为 L1=0.435mH，L2=0.435mH，C1=28.261uF，C2=43.480uF，现通 过 Matlab 仿真结果对比分析波形，对参数进行校核。 5.1参数 L1的确定

37、1）减小 L1，L1 取 0.2mH，输出电压 V2 波形如下，此时V2 不能很好地收敛， 波形出现畸变。 00.0050.010.0150.020.025 0 5 10 15 20 25 30 输出电压 V2的波形图 t(s) V 2 ( V ) 华 南 理 工 大 学 电 力 学 院 课 程 设 计 说 明 书 - 19 - 2）增大 L1，L1 取 2mH，输出电压 V2 波形如下，此时 V2 得到很好地收敛，收 敛速度较快。 00.0050.010.0150.020.025 0 10 20 30 40 50 输 出 电 压 V2的 波 形 图 t(s) V 2 ( V ) 3）增大 L

38、1，L1 取 20mH，输出电压 V2 波形如下，此时 V2 得到很好地收敛，振 荡次数更少，超调量也得到一定的下降，收敛速度更快。 00.0050.010.0150.020.025 0 10 20 30 40 50 输 出 电 压 V2的 波 形 图 t(s) V 2 ( V ) 由上面的分析可知，一方面L1 太小会使 V2 不能收敛；另一方面，增大L1 华 南 理 工 大 学 电 力 学 院 课 程 设 计 说 明 书 - 20 - 可以加快 V2 的收敛速度。此外，当L1 取值足够大后，再增大L1，此时收敛速 度变化不明显。综上，可将L1 取值为 10mH。 5.2参数 L2的确定 1）

39、减小 L2，L2 取值为 0.1mH，此时输出电压收敛速度变快，但是超调量较大。 00.0050.010.0150.020.025 0 10 20 30 40 50 输出电压 V2的波形图 t(s) V 2 ( V ) 2）增大 L2，当 L2 取为 4mH，此时输出电压收敛速度变慢，但超调量明显减小。 00.0050.010.0150.020.025 0 10 20 30 40 50 输出电压 V2的波形图 t(s) V 2 ( V ) 华 南 理 工 大 学 电 力 学 院 课 程 设 计 说 明 书 - 21 - 3）继续增大 L2，当 L2 取值为 10mH 时，超调量虽然较小，但输出

40、电压V2 不能 稳定在一个较小的范围。 00.0050.010.0150.020.025 0 5 10 15 20 25 30 35 40 输出电压 V2的波形图 t(s) V 2 ( V ) 综上，增大 L2 可以减小超调量， 但是收敛速度变慢， 且 L2 太大时会使得输 出电压 V2 不能稳定在一个较小的范围。本例取L2=2mH。 5.3参数 C1的确定 1）减小 C1，C1 取 5uF，输出电压 V2 波形如下，此时 V2 收敛速度加快，但是 V2 最终的脉动较大。 00.0050.010.0150.020.025 0 10 20 30 40 50 输出电压 V2的波形图 t(s) V

41、2 ( V ) 华 南 理 工 大 学 电 力 学 院 课 程 设 计 说 明 书 - 22 - 2) 增大 C1，C1 取 50uF，输出电压 V2 波形如下，此时 V2 收敛速度缓慢，只要 仿真时间足够， V2 能得到较好的收敛。 00.0050.010.0150.020.025 0 10 20 30 40 50 输出电压 V2的波形图 t(s) V 2 ( V ) 综上，增大 C1 会使 V2 的收敛过程变慢，但C1 过小会使 V2 脉动变大。综 合两方面因素，本例C1 不改变，即取初值C1=28.261uF。 5.4参数 C2的确定 1）减小 C2，取 C2=0.5 uF，此时超调量明

42、显变小，但是波形发生畸变。 00.0050.010.0150.020.025 0 5 10 15 20 25 30 35 40 输出电压 V2的波形图 t(s) V 2 ( V ) 华 南 理 工 大 学 电 力 学 院 课 程 设 计 说 明 书 - 23 - 2）取 C2=10 uF，此时波形超调量相对C1=43.480uF 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。 00.0050.010.0150.020.025 0 10 20 30 40 50 输 出 电 压 V2的 波 形 图 t(s) V 2 ( V ) 3）继续增大 C2，取 C2=80 uF，此时波形发生畸变

43、， V2 不能很好收敛。 00.0050.010.0150.020.025 0 10 20 30 40 50 60 输出电压 V2的波形图 t(s) V 2 ( V ) 由上面仿真知， C2 过大及过小都会使得波形发生畸变，减小C2 可以减小 V2 超调量，但是收敛速度会变慢。本例折中取C2=30uF。 华 南 理 工 大 学 电 力 学 院 课 程 设 计 说 明 书 - 24 - 综上，通过 Matlab 仿真校核后，各电路元件参数如下所示： 元件电感 L1（mH）电感 L2（mH）电容 C1(F)电容 C2(F) 数值10 2 28.261 30 5.5 采用校核后的参数仿真 采用该参数

44、进行仿真， V2 的波形如下图所示 00.0050.010.0150.020.025 0 10 20 30 40 50 输 出电 压 V2的 波 形图 t(s) V 2 ( V ) 00.0050.010.0150.020.025 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 I1的波 形 图 t(s) I1 ( A ) 输出电压 V2 电感 L1 电流 00.0050.010.0150.020.025 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 I2 的 波形 图 t(s) I2 ( A ) 00.0050.010.0150.020.025 0 10 20 30 40 50 60 70

45、VC1的 波形 图 t(s) V C 1 (V ) 电感 L2 电流电容 C1 电压 6 采用 Matlab 分析 Sepic斩波电路的性能 6.1 计算电感 L2 的电流 IL2出现断续的次数 在程序的条件判断语句if y2(end,2)0 内，加入 m=m+1 语句来记录 IL2出现 断续的次数，最后输出V2 =25.9983，m =45。即整个收敛过程， IL2出现了 45 次 华 南 理 工 大 学 电 力 学 院 课 程 设 计 说 明 书 - 25 - 断续。换言之，电路元件按本例所选的参数下，不能保证IL2连续。 6.2 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

46、，是一种动态特性指标。 用 公式表示如下： =100% 输出电压峰值 - 输出电压谷值 纹波系数 2直流电压 设 t=0.02s 时，V2 已收敛结束，采用语句axis(0.02,0.021,25.9,26.1)截取 V2 波形图如下所示， 0.020.0210.0220.0230.024 25.9 25.95 26 26.05 26.1 输出电压 V2的波形图 t(s) V 2 ( V ) 借 助 语句 x,y=ginput(1) 读出 ， 输 出电 压峰 值 =26.0401， 输出 电压 谷 值 =25.9463。则纹波系数为 =100%=0.18%1% 26 26.0401-25.94

47、63 纹波系数 2 可知输出电压波形摆动较小，电压稳定性高 6.3 电压调整率 电压调整率为在一正常的固定负载下，由输入电压变化所造成其输出电压偏 华 南 理 工 大 学 电 力 学 院 课 程 设 计 说 明 书 - 26 - 差率的百分比，是一种静态特性。计算公式为 (max)(min) () =100% oo o normal UU U 电压调整率 （24） 本例负载确定为 R=26 ， 输出电流为 I0=1A。 分别将输入电压设为V1max=40V、 V1min=20V 进行仿真。 1）输入 V1max=40V，此时输出 V2=U0（max）=25.9985V。 2）输入 V1min=

48、20V，此时输出 V2=U0（min）=25.9938V。 将数据代入式 30 后，求得电压调整率为0.018%，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，每迭代一次都对占空比进行调整， 控制策略在这里得到了很好体现。 6.4 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，也是一种静态特性。计算公式与式24一样。 本例将输入电压固定为V1=40V，分别将负载 R 设为 R1=26 ，R2=100进行 仿真 1）负载 R1=26 ，此时输出 V2=U0（max）=25.9985V。波形如下所示 00.0050.010.015

49、0.020.025 0 10 20 30 40 50 输 出 电 压 V2 的 波 形 图 t(s) V 2 ( V ) 2）负载 R1=100时，波形如下所示 华 南 理 工 大 学 电 力 学 院 课 程 设 计 说 明 书 - 27 - 00.0050.010.0150.020.025 0 10 20 30 40 50 60 输 出 电 压 V2 的 波 形 图 t(s) V 2 ( V ) 可见，当负载增大时，输出电压的调整时间增长，但最后将会稳定在一个值 上，其稳定值为V2=25.8229V，电压有一定的下降。由此可解得负载调整率为 0.68%。 6.5 电路的扰动分析 1）输入电压 V1 的突变分析 突变方案一： t=00.025s 期间，V1=20V；t=0.0250.050s期间，V1=40V。即 t=0.025s时 V1 发生突变。输出电压波形如下所示，最终V2 能够收敛。 00.010.020.030.040.05 0 10 20 30 40 50 60 输 出 电 压 V2的 波 形 图 t(s) V 2 ( V ) 华 南