基于Matlab/SIMULINK的桥式直流PWM变换电路实验仿真分析

胡瑞明,武铂睿（鹤壁汽车工程职业学院,河南 鹤壁 458030）



基于Matlab/SIMULINK的桥式直流PWM变换电路实验仿真分析

胡瑞明,武铂睿
（鹤壁汽车工程职业学院,河南 鹤壁 458030）

摘 要：本文以MATLAB软件的SIMULINK仿真软件包为平台,对桥式直流PWM变换电路进行仿真分析文章对每个电路首先进行原理分析，进而建立相应的仿真模型，经过详细计算确定并设置仿真参数进行仿真，对于每次仿真结果均采用可视化波形图的方式直接输出。在对仿真结果分析的基础上，不断优化仿真参数，使其最大化再现实际物理过程，并根据各个电路的性能进行参数改变从而观察结果的异同。

关键词：SIMULINK；PWM；电路仿真

1 桥式直流PWM变换电路简介

桥式直流PWM变流器仿真实验是对全控型器件的应用。实验电路中，前端为不可控整流、后端为开关型逆变器，此结构形式应用最为广泛。逆变器的控制采用PWM方式。对这个实验有所掌握的话，对后续课程设计直流调速系统也会有很大启发。因为直流PWM-M调速系统近年来发展很快，直流PWM-M调速系统采用全控型电力电子器件，调制频率高，与晶闸管直流调速系统相比动态响应速度快，电动机转矩平稳脉动小，有很大优越性，因此在小功率调速系统和伺服系统中的应用越来越广泛。

2 桥式直流PWM变换电路的工作原理

本实验系统的主电路采用双极性PWM控制方式，其中主电路由四个MOSFET(VT1～VT4)构成H桥。Ub1～Ub4分别由PWM调制电路产生后经过驱动电路放大，再送到MOSFET相应的栅极，用以控制MOSFET的通断。在双极性的控制方式中，VT1和VT4的栅极由一路信号驱动，VT2和VT3的栅极由另一路信号驱动，它们成对导通。控制开关器件的通断时间可以调节输出电压的大小，若VT1和VT4的导通时间大于VT2和VT3的导通时问，输出电压的平均值为正，VT2和VT3的导通时间大于VT1和VT4的导通时间，则输出电压的平均值为负，所以可以用于直流电动机的可逆运行。

3 计算机仿真实验

（1）桥式直流PWM变换电路仿真模型的建立。根据所要仿真的电路，在SIMULINK窗口的仿真平台上构建仿真模型。打开SIMULINK窗口和模型浏览器，将需要的典型环节模块提取到仿真平台上一一连接形成仿真框图。完成模块提取和组成仿真模型，绘制桥式直流PWM变换电路的仿真模型如图1所示：图中主电路部分不再赘述，驱动电路由锯齿波发生器Repeating Sequence、延迟器Relay和倒向器Gain等模块组成。锯齿波与常数模块Constant给出的电压相比较，当锯齿波信号大于比较电压信号时，延迟模块Relay的输出为1，触发VT2和VT3导通同时，锯齿波与比较电压的差值信号在倒相后使延迟模块Relay 1的输出为0，使VT1和VT4关断；如果锯齿波信号小于比较电压信号，则VT1和VT4导通，VT2和VT3关断， 从而实现对直流电源电压的调制，并且VT1 、VT4和VT2 、VT3的工作状态是互补的。

（2）桥式直流PWM变换电路仿真模型的参数设置。电源电压为200V，RL负载，其中R的值为20Ω，L的值为lmH、E=50 V。较电压为0.6V时，锯齿波周期分别为3e-4s和1e-4s，幅值为1。。

（3）仿真结果及分析。锯齿波周期分别为3e-4s和1e-4s，幅值为1，观察变流器的输出电流波形。仿真结果如图2所示。

由图2可以看出，提高锯齿波的调制频率后，如(b)所示，负载电流波形的脉动显著减小。如果改变比较电压或负载，可以观察各种不同条件下变流电路的工作情况。这个仿真结果是符合PWM调制原理的。

4 总结

通过仿真软件MATLAB /SIMULINK建立的电路动态仿真模型，验证了模型的正确性、灵活性和直观性，并克服了以往分析过程中系统接线复杂和改变接线困难等缺点。MATLAB / SIMULINK为电力电子系统引入了一个有效的学习和分析工具，是学生深刻理解掌握该课程和老师生动形象教授该课程的有力工具。

参考文献：

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[2]李传奇.电力电子技术计算机仿真实验[M].北京:电子工业出版社,2006(02).

[3]张宝生,王念春.MATLAB在电力电子教学中的应用[J].电气电子教学学报,2004,26(03):102-104.

[4]刘志刚.电力电子学[M].北京:清华大学出版社;北京交通大学出版社,2004(06).

作者简介：胡瑞明（1986-），男，河南鹤壁人，学士学位，教师，助教，研究方向：电气工程和汽车电子技术。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.167