基于Simulink的开关电源仿真设计
由220V单相工频交流电转变为直流电进行输出。设计由MATLAB的Simulink工具箱进行仿真实现。
设计思路
输入端为220V单相工频交流电,输出端为48V直流电,48V直流电源应用广泛,如干电池、蓄电池、直流发电机等。整体设计中电路需包括整流电路部分,由整流电路来实现交流电转化为直流电的作用;采用合适的滤波电路可以实现来滤除较大的纹波的作用,由于开关电源需要进行输入与输出端进行隔离,所以在本设计中我们采用较为简易的单端反激电路进行实现。
Simulink中模型图如下图所示:
在本次设计中整流电路部分选用单相桥式带阻感负载的整流电路,在负载侧可以 得到整流后的直流电,然后进入滤波电路,将所得到的直流电进行第一次滤波,然后进入反激电路,在此设计中反激电路实现了降压和电气隔离的作用,可在反激电路输出端得到直流电。在仿真电路模型图中需加入Powergui模块,Powergui模块允许显示电路中被侧电压和电流的稳态值,可以显示所有其他的状态的变量值。
设计过程
1. 整流电路部分
由于整流电路带阻感负载时,要求晶闸管的移相范围为0º-90º,在此设计中选用的触发角为30º,我们可根据0.9U2cosα将负载侧电压计算出。通过仿真,可得到整流电路负载两端电压波形为:
整流电路中使用脉冲触发器对晶闸管进行触发。一个脉冲触发器参数设置为:峰值为1,周期为0.02s(和电源频率对应),脉冲宽度为10,延迟时间通过 t=α·T/360进行转换,延迟时间设置为t=30·0.02/360,另一个脉冲触发器的参数,延迟角和前一个脉冲触发器相差180º,延迟时间设置为30·0.02/360+0.01。
在整流电路后加入滤波电容,可以实现消除纹波过大的情况,建议适当的选用滤波电容的大小。在整流电路部分,本设计中选用的晶闸管,可以考虑将交流电使用电力二极管进行整流,电力二极管采用全桥整流的方式。
当二次侧阻抗RL>>整流电路负载电阻R1时,根据两电阻并联的关系可以得出:单相桥式整流电路负载很小的情况下,二阶电路对一阶电路的影响会响应减小,但是相应的会导致负载电阻R1两侧的电压很大,会导致发热的情况,导致整体损耗很高,这是所设计电路的一个缺点,希望大家可以给提出一些更好的方案设计。
2. 单端反激电路
由整流电路整流后的直流电进入单端正激电路可以实现降压、滤波、电气隔离的作用。反激电路中的变压器是一个耦合变压器,内含有励磁电感。
根据输入电压和输出电压的大小,结合开关器件在一个周期内的开通关断时间(可以通过设置PWM发生器来设置占空比),我们根据变压器的输入功率等于输出功率,将励磁电感等效至副边,可以解出变压器中匝数比和励磁电感的参数,匝数比n与输出端电压成反比,可根据实际要求,根据匝数比和输出电压的关系,适当调节匝数比。
下面为整个电路输出端的电压波形。
关于此方案的设计还有很大的缺点,比如说晶闸管的使用建议换为电力二极管,晶闸管适用于大功率场合,在此处使用属于资源浪费。整流电路负载侧电阻承受电压过大,会导致发热过高而损耗严重。希望大家可以给我提供一些改进的建议,第一次在CSDN发文章,有错误、纰漏的地方,还请大佬多多指教!