基于Simulink的车载推挽升压变换器仿真系统

资 源 简 介

本项目专注于开发一个高效的车载逆变器前端直流升压系统，旨在通过MATLAB/Simulink平台实现从12V低压直流电到350V高压直流电的精密转换。系统采用推挽式变换器拓扑，利用具有中心抽头的高频变压器在原边通过两个对称布置的功率MOSFET交替导通，将低压能量耦合至副边。功能涵盖了功率变换、整流滤波、以及高精度的反馈控制逻辑。其中核心控制模块采用PI闭环调节策略，通过实时采集输出电压并与预设的350V基准值进行比较，动态调整PWM驱动信号的占空比，以确保在车载蓄电池输入电压波动（如9V至15V波动）或

详 情 说 明

车载推挽升压电路仿真系统 (12V -> 350V)

项目介绍

本项目提供了一个基于MATLAB的高性能车载直流升压系统仿真方案，专门设计用于将电动汽车蓄电池的12V低压直流电转换为350V高压直流电。系统核心采用推挽式变换器拓扑，这种结构非常适合低压大电流输入的应用场景。通过精密的数学建模和离散步长仿真，本系统能够模拟真实工况下的电压转换、闭环稳定调节以及复杂的动态负载变化，为车载逆变器的前端设计提供重要的数据支撑。

功能特性

• 高效拓扑结构： 实现标准的推挽式（Push-Pull）电路逻辑，包含中心抽头变压器及对称开关管驱动，支持软启动与占空比限幅。
• 动态闭环控制： 集成PI控制器，能够实时根据输出电压反馈调整PWM占空比，确保输出电压在不同输入电压和负载条件下恒定。
• 真实环境模拟： 具备输入电压波动（模拟蓄电池欠压与过压）和负载突变（模拟系统功率波动）的仿真功能。
• 精细损耗建模： 仿真中考虑了MOSFET导通电阻、二极管正向压降、变压器绕组电阻等物理参数，提供接近真实的转换效率评估。
• 多维结果分析： 自动生成包含电压响应、电流时序、控制饱和度及系统效率报告在内的六维可视化图表。

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2020a 或更高版本（需包含基本数学运算与绘图模块）。
• 计算资源：系统采用0.1微秒级的离散步长仿真，建议具备4GB以上内存。

核心功能实现逻辑

系统通过脚本化仿真环境，代替了复杂的Simulink图形化连线，实现了以下关键逻辑：

1. 硬件电路物理建模

系统采用状态空间方程描述电路行为。利用一阶欧拉法（Euler Method）对滤波电感电流和滤波电容电压进行迭代求解。建模过程中包含了变压器激磁电感对电流的影响，并精确计算了副边整流后的电压跌落。

1. 闭环PI控制算法

控制器实时采集输出端的电容电压，将其与350V基准值进行对比产生误差信号。通过比例（Kp）和积分（Ki）环节计算出目标占空比。为了保护硬件，控制器对占空比进行了0.01至0.45的严格限幅，预留了死区时间防止互补开关管直通。

1. 推挽PWM生成逻辑

系统通过对仿真时间取模的方式生成周期信号。在同一开关周期内，交替开启两个对称的功率管控制位。当处于第一阶段时，由于变压器正向耦合，原边能量传递至副边；经历关断期后，在周期的另一半触发第二个功率管，从而实现能量的持续泵送。

1. 动态波动模拟

仿真过程中预设了两个扰动点：

• 在时间轴的20ms与35ms处，分别模拟了蓄电池电压从12V跌落至9V以及回升至15V的极端工况。
• 在25ms处，系统将负载电阻减半，模拟后端逆变器功率需求突然翻倍的情形，以此验证控制系统的鲁棒性。

关键算法与实现细节分析

• 离散步长状态机： 仿真步长设定为1e-7秒，远高于50kHz的开关频率。这种高采样率保证了能够捕获开关管导通瞬态产生的电流波形。
• 非线性损耗计算： 不同于理想模型，本仿真通过记录功率管电流的均方根值和二极管的平均电流，动态计算传导损耗。效率评估算法结合了有用功功率与寄生电阻损耗，使仿真结果具有工程参考价值。
• 两级LC滤波滤波逻辑： 后级集成了分布式的LC滤波模型，能够有效模拟对50kHz高频开关噪声的抑制效果。
• 统计报告生成： 仿真结束后，程序会自动计算稳态电压偏差和电压调整率，并以图形文本的形式输出总结报告，便于用户快速判断设计是否达到车载级电源标准。

使用方法

1. 启动MATLAB软件。
2. 将仿真脚本加载至当前工作目录。
3. 在命令行窗口直接调用主函数运行。
4. 运行结束后，系统将弹出可视化窗口，展示完整的升压过程动态曲线和性能指标汇总。