第5章电力电子电路仿真分析
5.1电力电子开关模块
5.2桥式电路模块
5.3驱动电路模块
习题
5.1电力电子开关模块
SIMULINK的SimPowerSystems库提供了常用的电力电
子开关模块，各种整流、逆变电路模块以及时序逻辑驱动模
块。SIMULINK库中的各种信号源可以直接驱动这些开关单
元和模块，因此使用这些元件组建电力电子电路并进行计算
机数值仿真很方便。为了真实再现实际电路的物理状态，
MATLAB对几种常用电力电子开关元件的开关特性分别进
行了建模，这些开关模型采用统一结构来表示，如图5-1所
示。
图5-1电力电子开关模块
图5-1中，开关元件主要由理想开关SW、电阻Ron、
电感Lon、直流电压源Vf组成的串联电路和开关逻辑单元来
描述。电力电子元件开关特性的区别在于开关逻辑和串联电
路参数的不同，其中开关逻辑决定了各种器件的开关特征；
模块的串联电阻Ron和直流电压源Vf分别用来反映电力电子
器件的导通电阻和导通时的电压降；串联电感Lon限制了器
件开关过程中的电流升降速度，同时对器件导通或关断时的
变化过程进行模拟。
由于电力电子器件在使用时一般都并联有缓冲电路，因
此MATLAB电力电子开关模块中也并联了简单的RC串联缓
冲电路，缓冲电路的阻值和电容值可以在参数对话框中设置，
更复杂的缓冲电路则需要另外建立。有的器件(如MOSFET)
模块内部还集成了寄生二极管，在使用中需要加以注意。
由于MATLAB的电力电子开关模块中含有电感，因此
有电流源的性质，在没有连接缓冲电路时不能直接与电感或
电流源连接，也不能开路工作。含电力电子模块的电路或系
统仿真时，仿真算法一般采用刚性积分算法，如ode23tb、
ode15s，这样可以得到较快的仿真速度。如果需要离散化电
路，必须将电感值设为0。
电力电子开关模块一般都带有一个测量输出端m，通过
它可以输出器件上的电压和电流值，不仅观测方便，而且可
以为选择器件的耐压性能和电流提供依据。
5.1.1二极管模块
1.原理与图标
图5-2所示为二极管模块的电路符号和静态伏安特性。
当二极管正向电压Vak大于门槛电压Vf时，二极管导通；当
二极管两端加以反向电压或流过管子的电流降到0时，二极
管关断。
图5-2功率二极管模块的电路符号和静态伏安特性
(a)电路符号；(b)静态伏安特性
SimPowerSystems库提供的二极管模块图标如图5-3所示。
图5-3二极管模块图标
2.外部接口
二极管模块有2个电气接口和1个输出接口。2个电气接
口(a，k)分别对应于二极管的阳极和阴极。输出接口(m)输
出二极管的电流和电压测量值[Iak，Vak]，其中电流单位为A，
电压单位为V。
3.参数设置
双击二极管模块，弹出该模块的参数对话框，如图5-4
所示。在该对话框中含有如下参数：
(1)“导通电阻”(ResistanceRon)文本框：单位为Ω，当
电感值为0时，电阻值不能为0。
(2)“电感”(InductanceLon)文本框：单位为H，当电阻
值为0时，电感值不能为0。
图5-4二极管模块参数对话框
(3)“正向电压”(ForwardvoltageVf)文本框：单位为V，
当二极管正向电压大于Vf后，二极管导通。
(4)“初始电流”(InitialcurrentIc)文本框：单位为A，设
置仿真开始时的初始电流值。通常将初始电流值设为0，表
示仿真开始时二极管为关断状态。设置初始电流值大于0，
表示仿真开始时二极管为导通状态。如果初始电流值非0，
则必须设置该线性系统中所有状态变量的初值。对电力电子
变换器中的所有状态变量设置初始值是很麻烦的事情，所以
该选项只适用于简单电路。
(5)“缓冲电路阻值”(SnubberresistanceRs)文本框：并
联缓冲电路中的电阻值，单位为Ω。缓冲电阻值设为inf时将
取消缓冲电阻。
(6)“缓冲电路电容值”(SnubbercapacitanceCs)文本框：
并联缓冲电路中的电容值，单位为F。缓冲电容值设为0时，
将取消缓冲电容；缓冲电容值设为inf时，缓冲电路为纯电
阻性电路。
(7)“测量输出端”(Showmeasurementport)复选框：选
中该复选框，出现测量输出接口m，可以观测二极管的电流
和电压值。
【例5.1】如图5-5所示，构建简单的二极管整流电路，
观测整流效果。其中电压源频率为50