基于MATLAB的对零电流开关准谐振变换器的建模与仿真.doc

基于MATLAB的对零电流开关准谐振变换器的建模与仿真
发布:2011-3-1710:38|作者:——|来源:21IC
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零电流开关（ZCS）准谐振HYPERLINK"http://www.hqew.com/info/tag-2637.html"\t"_blank"变换器（QRC）因其内在的软开关特点和HYPERLINK"http://www.hqew.com/info/tag-2487.html"\t"_blank"电路的简单。而有多种DC/DC变换器的拓扑类型。一般讲，零电流开关是通过在开关器件上增加一对谐振电感和HYPERLINK"http://www.hqew.com/info/tag-1095.html"\t"_blank"电容，使其在开关开通和关断时流过开关的电流等于零，从而减少开关损耗以提高开关频率，有助于提高HYPERLINK"http://www.hqew.com/info/tag-1353.html"\t"_blank"电源的功率密度。但是在没有一个好的电路模型下，HYPERLINK"http://www.hqew.com/info/tag-1518.html"\t"_blank"设计基于零电流开关准谐振变换器的可调开关电源并不容易。因为其非线性和复杂的运行等，零电流开关准谐振变换器的建模相对很难。
本文通过对BUCK电路的零电流开关准谐振变换器的开关过程的分析，简化其开关过程，得到其非线性的等效模型，并在MATLAB对其进行了分析和仿真，包括用MATLAB的控制系统工具箱进行仿真。而该模型相当逼近的优点，即使在普通的计算机上，也能很快得到准确的仿真结果。同时，因为该模型是通过分析利用零电流开关运行的特点而建立的，因此也可以将其应用到相关的QRC拓扑电路上，并得到其仿真模型。
2工程仿真软件MATLAB的特点
比较目前常用的BASIC，FORTRAN和C语言等编程仿真程序，它们都要求编程者既对物理模型和有关算法有深刻的了解，而且还需要熟练掌握所用语言及编程技巧，即使如此，由于缺乏强有力的图形输出支持，使人机界面难以达到令人满意的理想效果。而对用户而言，要求其同时具备这两方面的能力是有一定难度的，因此编制、调试程序成为一项很繁杂的工作。MATLAB是由MathWork公司出版发行的著名数学分析软件。作为当今流行的第四代编程语言，完全可以克服这些困难，使科技人员从繁琐的程序代码中
解放出来，成为当前各个科研工作者的有力工具。MATLAB包含核心部分和各种可选的工具箱两个部分。它具有以下几个显著特点：
1）高效方便的矩阵运算MATLAB给出了矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数，使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时，显得大为简捷、高效和方便。MATLAB的编程效率和可读性、可移植性远远高于其他高级语言。
2）开放式的结构MATLAB有丰富的库函数，在进行复杂的数学运算时可以直接调用，并且库函数同用户文件在形成上一样，即都为M文件，这样用户文件可以作为MATLAB的库函数来调用，因而用户可以根据自己的需要方便地建立和扩充新的库函数。另外，为了充分地利用FORTRAN、C语言的现有资源，通过建立MEX文件的形式混合编程，可方便地调用有关的FORTRAN、C语言的子程序。
3）MATLAB中提供了系统模型图形输入与仿真工具—SIMULINK。
4）大量的MATLAB配套工具箱和友好操作界面图形和可视化功能是现代应用软件HYPERLINK"http://www.hqew.com/info/tag-12.html"\t"_blank"发展的主要方向。MATLAB中的SIMULINK给科研人员提供了用自己擅长的CAD方法来实现系统的仿真工作。MATLAB提供了大量有用的工具箱。同时它允许用户自己开发特定用途的工具箱。
3零电流开关准谐振变换器的电路开关
过程分析

图1(a)和图1(b)分别给出全波模式和半波模式（本文主要讨论全波模式）零电流开关准谐振变换器。一个零电流开关包括一个功率开关S，二极管D1和D2，谐振电感Lr,谐振电容Cr。因为QRC的开关频率很高，它的一个开关周期相对于变换器的时间常数是可以忽略的。所以假设当ZCS关断时，开关电流是零，当ZCS开通时，开关电流是I，在一个开关周期内I是常数。
根据ZCS的工作原理，一个开关周期可以分为四个阶段：电感充电阶段，谐振