实验一 DC-DC 变换电路的性能研究一、实验目的熟悉Matlab 的仿真实验环境，熟悉Buck 电路、Boost 电路、Cuk 电路及单端反激变换（Flyback ）电路的工作原理，掌握这几种种基本DC-DC 变换电路的工作状态及波形情况，初步了解闭环控制技术在电力电子变换电路中的应用。

二、实验内容1．Buck 变换电路的建模，波形观察及相关电压测试 2．Boost 变换电路的建模，波形观察及相关电压测试； 3．Cuk 电路的建模，波形观察及电压测试；4．单端反激变换（Flyback ）电路的建模，波形观察及电压测试，简单闭环控制原理研究。

（一）Buck 变换电路实验（1）电感电容的计算过程：V V 500=，电流连续时，D=0.4； 临界负载电流为I=2050=2.5A ； 保证电感电流连续：)1(20D I f V L s -⨯==5.210002024.0-150⨯⨯⨯⨯）（=0.375mH 纹波电压 0.2%=ss f LCf D V ⨯8-10）（，在由电感值0.375mH ，算出C=31.25uF 。

（2）仿真模型如下：在20KHz 工作频率下的波形如下：示波器显示的六个波形依次为：MOSFET的门极电压、流过电阻两端的电流、电感电流、输出电压、MOSFET电流及续流二极管电流的波形。

在50KHz工作频率下的波形如下：示波器显示的六个波形一次为：MOSFET的门极电压、流过电阻两端的电流、电感电流、输出电压、MOSFET电流及续流二极管电流的波形；建立仿真模型如下：（3）输出电压的平均值显示在仿真图上，分别为49.85,49.33；（4）提高开关频率，临界负载电流变小，电感电流更容易连续，输出电压的脉动减小，使得输出波形应更稳定。

（二）Boost 变换电路实验（1）电感电容的计算过程： 升压比M=S V V 0=D-11,0V =15V,S V =6V,解得D=60%； 纹波电压0.2%=s c f f D ⨯，c f RC1=,s f =40KHz,求得L=12uH,C=750uf 。

建立仿真模型如下：（2）输入电压6V时，MOSFET的门极电压、电感电压、电感电流、输出电压、续流二极管电流、MOSFET的电流波形如下：（3）测量输出电压的平均值并显示，示值为14.71；（4）减小电感值到4uH,使电感电流不连续，其余条件不变，建立仿真模型如下:输入电压6V时，MOSFET的门极电压、电感电压、电感电流、输出电压、续流二极管电流、MOSFET的电流波形如下：(4)电感小于临界值时，电感电流断流，输出电压波形的幅度变大，但是输出电压的纹波大小不变，波形的变化趋势不变。

（三）Cuk变换电路（1）建立仿真模型如下：（2）记录的MOSFET的门极电压、电源电流、电感电流波形如下：续流二极管电流、MOSFET的电流波形如下：电容电压U C1的输出电压波形如下：输出电压波形如下：（3）在5~30V输出电压的平均值，改变占空比D的值，测量对应输出电压的平均值如下：D=20%，V0=4.185V；D=25%，V0=5.838V；D=30%，V0=7.721V；D=35%，V0=9.883V；D=40%，V0=12.39V；D=45%，V0=15.33V；D=50%，V0=18.81V；D=55%，V0=23V；D=60%，V0=28.12V。

占空比D与输出电压平均值的关系曲线如下：（四）flyback变换电路实验（1）建立仿真模型如下：（2）记录输出的电压波形如下：变压器原边绕组电流、变压器副边绕组电流波形：（3）输出电压的平均值依次为：4.672,15.59，-15.59。

（4）分析PID控制的作用:提高系统的快速性，消除系统的静态误差，但使系统的动态性能变差。

实验二 DC-AC的变换性能研究（一）单相逆变电路实验(a)方波逆变方式(1)建立仿真模型由于要求输出电压频率为50Hz,所以周期为0.02s,方波脉冲设置参数为：(2)电阻负载R=30Ω时①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：压电时间负载电流Ib: Series RLC Branch流电时间②电源电流，负载电压，负载电流，门极T1，T4电压，门极T2，T3电压波形（示波器显示）：(3)RL负载R=20Ω，L=60mH时基波电流i a=4V D/π*错误!未找到引用源。

sin(wt-φ1)计算得电流初始值为-9.5A①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：Ib: Series RLC Branch②电源电流，负载电压，负载电流，门极T1，T4电压，门极T2，T3电压波形（示波器显示）：(4)电感负载L=100mH时由于电感电流滞后电压90°，根据课本94页计算公式I am=V D/4fL,可计算得电感电流初始电流为-15A，故设置如下：①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：负载电压Ub: Series RLC Branch300200100-100-200-300负载电流Ib: Series RLC Branch15105-5-10-15②电源电流，负载电压，负载电流，门极T1，T4电压，门极T2，T3电压波形（示波器显示）：(5)R=30Ω时输出电流的FFT分析(b)SPWM方式(1)建立仿真模型(2) 电阻负载R=30Ω时①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：Ub: Series RLC Branch300200100-100-200-300Ib: Series RLC Branch105-5-10②电源电流，负载电压，负载电流，门极T1，T4电压，门极T2，T3电压波形（示波器显示）：(3)RL负载R=20Ω，L=60mH时①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：300200100-100-200-300Ib: Series RLC Branch1.510.5-0.5-1-1.5②电源电流，负载电压，负载电流，门极T1，T4电压，门极T2，T3电压波形（示波器显示）：(4)电感负载L=100mH时①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：300200100-100-200-300Ib: Series RLC Branch10.5-0.5-1②电源电流，负载电压，负载电流，门极T1，T4电压，门极T2，T3电压波形（示波器显示）：(二) 三相逆变电路实验(a)方波逆变方式(1)建立仿真模型由于要求输出电压频率为50Hz,所以周期为0.02s,方波脉冲设置参数为(2)电阻负载R=30Ω时①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：00.020.040.060.080.1-2000200Ub: Load a0.020.040.060.080.1-2000200Ub: Load b00.020.040.060.080.1-2000200Ub: Load c0.020.040.060.080.1-505Ib: Load a0.020.040.060.080.1-505Ib: Load b0.020.040.060.080.1-505Ib: Load c②电源电流，负载电压，负载电流波形（示波器显示）：(3)RL 负载R=20Ω，L=60mH 时①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：-2000200Ub: Load a-2000200Ub: Load b-2000200Ub: Load c-505Ib: Load a-505Ib: Load b-505Ib: Load c②电源电流，负载电压，负载电流波形（示波器显示）：(4)电感负载 L=100mH 时①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：-2000200Ub: Load a-2000200Ub: Load b-2000200Ub: Load c-505Ib: Load a-10010Ib: Load b-10010Ib: Load c②电源电流，负载电压，负载电流波形（示波器显示）：(5)R=30Ω时a 相输出电流的FFT 分析(b)SPWM方式(1)建立仿真模型(2)电阻负载 R=30Ω时①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：-200-1000100200-200-1000100200-200-1000100200-55-505-505②电源电流，负载电压，负载电流波形（示波器显示）：(3)RL 负载R=20Ω，L=60mH 时①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：-2000200Ub: Load a-2000200Ub: Load b-2000200Ub: Load c-55Ib: Load a-4-2024Ib: Load b-505Ib: Load c②电源电流，负载电压，负载电流波形（示波器显示）：(4)电感负载L=100mH时①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：-200-100100200Ub: Load a-200-100100200Ub: Load b -200-100100200Ub: Load c-55Ib: Load a -55Ib: Load b-55Ib: Load c ②电源电流，负载电压，负载电流波形（示波器显示）：(5)R=30Ω时a相输出电流的FFT分析实验感想：这次实验我们利用了Matlab仿真了许多涉及到DC-DC，DC-AC的电路，这些都是课上讲到过的，通过自己的仿真实验，可以更加直观地观察到其波形的变化，更加深入地理解老师课堂上所讲授的理论知识。

通过这次实验，我更加熟悉了Matlab这一强大的软件，懂得了如何将其运用于电力电子学相关的仿真，这都使我受益匪浅。

当然，在这次的实验中，还有许多不完善的地方，仿真过程中也遇到了很多问题；有的地方只是照实验报告进行连接，但是并不明白其中的原理，并没有完成实验报告中的每一个要求。

最后，感谢同学们的热心帮助，感谢谭智力老师的悉心讲解,感谢他们！。