1、计算机仿真技术作业五 单端反激DC DC电路仿真设计单端 反激DC/DC电路仿真计算机仿真技术作业五姓名：班级：学号： 一、单端 反激电路设计【实验要求】设计一个单端 反激电路，输入直流电压28V，输出电压5V，输出额定功率30W。电路开关频率50kHz，整流二极管通态压降0.8V，计算功率管的工作占空比，并选择开关管（选择MOSFET）及二极管。1、DCM模式时器件的选择（1）变压器变比及开关管控制信号占空比选择:取Vs=56V，（2）占空比选择（3）原边电感大小的计算（4）滤波电容大小的计算2、CCM模式时器件的选择（1）变压器变比及开关管控制信号占空比选择:取Vs=56V，（2）占空比选
2、择（3）原边电感大小的计算最小负载电流0.1A，则最大电阻有10欧，原边电感量：（4）滤波电容大小的计算二、计算机仿真及分析【实验要求】 满负载的仿真：DC/DC变换器，R=0.83，C=1320F,仿真时间0.2s。观察并记录MOSFET的工作波形（电压、电流波形），输出整流二极管的工作波形（电压、电流波形），输出电压波形。 小负载的仿真：R=10, C=1200F，仿真时间0.5s。选择合适占空比,使得输出电压为5V 。观察并记录MOSFET的工作波形（电压、电流波形），输出整流二极管的工作波形（电压、电流波形），输出电压波形。利用simpowersystems建立的仿真模型如下：图21、
3、满负载的仿真：根据理论算出来的占空比进行仿真，发现输出电压稳定时的有效值为4.92V。为了更加精确，对占空比进行微调。实际占空比为0.5363，此时的输出电压为5.001V。（1）MOSFET的工作波形： 电压波形：图3由上图可以看到，电路刚起动时MOSFET管两端的电压很大，最大可达到73.92V。MOSFET的工作电压波形存在振荡过程，在t=0.035s时，电路才稳定下来。对上图波形稳定部分进行局部放大，如下：图4由上图，可以看到，开关管在关断时所承受的反向电压大约为60V，在开通时有大约0.3V的正向导通压降，与普通二极管相比，这个电压是很小的（与肖特基二极管相当）。 电流波形：图5由上
4、图可以看到，电路刚起动时有很大的冲击电流，最大可达到8.402A，且存在振荡过程。大概在t=0.035s时，电路才稳定下来。对上图波形稳定部分进行局部放大，如下：图6由上图，可以清楚地看到电路的开关周期为0.0001s，开关管的正常工作电流为2.53.2A。（2）输出整流二极管的工作波形： 电压波形：图7由上图可以看到，电路刚起动时二极管两端的电压很大，最大可达到12.54V。二极管的工作电压波形存在振荡过程，在t=0.035s时，电路才稳定下来。对上图波形稳定部分进行局部放大，如下：图8由上图，可以看到，在开关管关断期间，二极管导通，其正向压降大约为0.7V；在MOSFET开通期间，二极管反
5、向截止，其承受的反向压降为-10V。 电流波形：图9由上图可以看到，电路刚起动时流过二极管的电流很大，最大可达到47.01A。电流波形存在振荡过程，大概在t=0.035s时，才稳定下来。对上图波形稳定部分进行局部放大，如下：图10由上图可知，开关管的正常工作电流为1418A。（3）输出电压波形：图11由上图可以看到，电路刚起动时输出电压存在振荡过程，峰值为7.626V，在t=0.035s时，输出电压才稳定在5V。对上图波形稳定部分进行局部放大，如下：图12由上图可知，输出电压的波动范围为：4.965.04V，纹波电压百分数为。2、小负载的仿真：根据理论算出来的占空比0.5327进行仿真，发现输
6、出电压稳定时的有效值为6.883V。这显然不满足要求。改变占空比，经多次尝试，发现当占空比为0.3935，输出电压有效值为5V。（1）MOSFET的工作波形： 电压波形：图13此图虽然比较模糊，但至少可以给予我们这样一个信息：电路起动时，MOSFET两端电压没有出现瞬间冲击。对上图波形稳定部分进行局部放大，如下：图14由上图可知，开关管在关断时所承受的反向电压大约为60V、28V，在开通时有大约0.05V的正向导通压降，比满载时小了很多。为什么在MOSFET关断时，其反压有突变呢？观察图14、16、18、20，我们可以发现激磁电流断续了（或者，变压器磁动势不连续）。当流经二极管的电流提前下降到
7、0时， 变压器被短路，但由于MOSFET还未导通，MOSFET直接承受电源28V的反压。同理，此时的二极管承受电容5V的反压。 电流波形：图15由上图可以看到，电路起动时流经MOSFET的电流较大，最大为4A，只有满载（8.4A）时的一半。对上图波形稳定部分进行局部放大，如下：图16由上图可知，在正常的工作状态下，流经MOSFET的电流为00.5333A。（2）输出整流二极管的工作波形： 电压波形：图17由上图可以看到，起动时二极管两端电压没有瞬间冲击，也没有振荡过程。对上图波形稳定部分进行局部放大，如下：图18由上图，可以看到，。 电流波形：图19由上图可以看到，起动时，流经二极管的电流存在
8、较大冲击，最大电流为22A，但没有振荡过程。对上图波形稳定部分进行局部放大，如下：图20由上图可知，开关管的正常工作电流为02.936A。（3）输出电压波形：图21由上图可以看到，输出电压没有超调。对上图波形稳定部分进行局部放大，如下：图22由上图可知，输出电压的波动范围为：4.996V5.003V。纹波电压百分数为。这比满载时小了很多。三、选择器件的应力【实验要求】通过仿真分析，选择合适的功率管和整流二极管(耐压，耐流)。通过上面的仿真分析，我们可以看到，满载对于功率管和整流二极管的应力提出了更高的要求。所以，倘若不加入任何抑制起动冲击的电路结构，我们可以基于满载仿真分析得到选择功率管、整流
9、二极管的耐压与耐流。满载仿真分析表明：MOS管所承受的最大反压为60V，流经的最大电流为8.4A。二极管所承受的最大电压为12.54V，流经的最大电流为47.01A。故而，所选择的MOS管参数为80V/10A，二极管参数为20V/60A。【参考文献】1Ned Mohan，Tore M. Vndeland，William P. Robbbins. Power Electronic: Converters, Applications, And DesignM.北京：高等教育出版社，2004.2马莉. MATLAB语言实用教程M.北京：清华大学出版社，2010.3洪乃刚. 电力电子、电机控制系统的建模和仿真M.北京：机械工业出版社，2013.
