直流斬波電路的設(shè)計與仿真畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　電力電子技術(shù)課程設(shè)計報告</p><p><b>　　姓 名：</b></p><p><b>　　學(xué) 號：</b></p><p><b>　　班 級：</b></p><p><b>　　指導(dǎo)老師：</b><

2、;/p><p><b>　　專 業(yè)：</b></p><p><b>　　設(shè)計時間：</b></p><p><b>　　目錄 </b></p><p>　　緒論………………………………………………………………….3</p><p>　　降壓斬波電路…

3、………………………………………………..6</p><p>　　直流斬波電路工作原理及輸出輸入關(guān)系……………12</p><p>　　D c／D C變換器的設(shè)計…………………………………………18</p><p>　　測試結(jié)果…………………………………………………………19</p><p>　　直流斬波電路的建模與仿真............

4、..........................29</p><p>　　課設(shè)體會與總結(jié)....................................................30</p><p>　　參考文獻(xiàn)…………………………………………………………31</p><p>　　緒    論1. 電力電子

5、技術(shù)的內(nèi)容電力電子學(xué),又稱功率電子學(xué)(Power Electronics)。它主要研究各種電力電子器件，以及由這些電力電子器件所構(gòu)成的各式各樣的電路或裝置，以完成對電能的變換和控制。它既是電子學(xué)在強電(高電壓、大電流)或電工領(lǐng)域的一個分支，又是電工學(xué)在弱電(低電壓、小電流)或電子領(lǐng)域的一個分支，或者說是強弱電相結(jié)合的新科學(xué)。電力電子學(xué)是橫跨“電子”、“電力”和“控制”三個領(lǐng)域的一個新興工程技術(shù)學(xué)科。電有直流(DC)和交流(AC)

6、兩大類。前者有電壓幅值和極性的不同，后者除電壓幅值和極性外，還有頻率和相位的差別。實際應(yīng)用中，常常需要在兩種電能之間，或?qū)νN電能的一個或多個參數(shù)(如電壓，電流，頻率和功率因數(shù)等)進(jìn)行變換。變換器共有四種類型：交流-直流(AC-DC)變換：將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。直流-交流(DC-AC)變換：將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。這是與整流相反的變換，也稱為逆變。當(dāng)輸出接電網(wǎng)時，稱之為有源逆變；當(dāng)輸出接負(fù)載時，稱之為無源逆變。交-交(AC-

7、AC)變換，將交流電能的參數(shù)(幅值或頻率)加以變換。其中：改變交流電壓有效值稱為交流調(diào)壓；將</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　介紹了一種新穎的具有升降壓功能的DC／DC變換器的設(shè)計與實現(xiàn)，具體地分析了該DC／DC變換器的設(shè)計(拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作模式和儲能電感參數(shù)設(shè)計)，詳細(xì)地闡述了該DC／DC變換器控制系統(tǒng)的原理和實現(xiàn)，最后給出了測試結(jié)果&l

8、t;/p><p>　　關(guān)鍵詞：DC／DC變換器，降壓斬波，升壓斬波，儲能電感，直流開關(guān)電源，PWM；直流脈寬調(diào)速</p><p><b>　　一．降壓斬波電路</b></p><p>　　1.1 降壓斬波原理：</p><p>　　式中為V處于通態(tài)的時間；為V處于斷態(tài)的時間；T為開關(guān)周期；為導(dǎo)通占空比，簡稱占空比火導(dǎo)通比。&

9、lt;/p><p>　　根據(jù)對輸出電壓平均值進(jìn)行調(diào)制的方式不同，斬波電路有三種控制方式：</p><p>　　保持開關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時間不變，稱為PWM。</p><p>　　保持開關(guān)導(dǎo)通時間不變，改變開關(guān)周期T，稱為頻率調(diào)制或調(diào)頻型。</p><p>　　和T都可調(diào)，使占空比改變，稱為混合型。</p><p>

10、<b>　　1.2 工作原理 </b></p><p>　　1）t=0時刻驅(qū)動V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓uo=E，負(fù)載電流io按指數(shù)曲線上升</p><p>　　2）t=t1時刻控制V關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓uo近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。為了使負(fù)載電流連續(xù)且脈動小通常使串接的電感L值較大 </p><p>　　基

11、于“分段線性”的思想，對降壓斬波電路進(jìn)行解析</p><p>　　從能量傳遞關(guān)系出發(fā)進(jìn)行的推導(dǎo)</p><p>　　由于L為無窮大，故負(fù)載電流維持為Io不變</p><p>　　電源只在V處于通態(tài)時提供能量，為E</p><p>　　在整個周期T中，負(fù)載消耗的能量為（RT+T）</p><p>　　一周期中，忽略損耗，

12、則電源提供的能量與負(fù)載消耗的能量相等</p><p>　　輸出功率等于輸入功率，可將降壓斬波器看作直流降壓變壓器</p><p>　　該電路使用一個全控器件V，途中為IGBT，也可使用其他器件，若采用晶閘管，需設(shè)置晶閘管關(guān)斷的輔助電路。為在V關(guān)斷是給負(fù)載的電桿電流提供通道，設(shè)置了續(xù)流二極管VD。斬波電路的典型用途之一個拖動直流電動機(jī)，也可以帶蓄電池負(fù)載，兩種情況句會出現(xiàn)反電動勢。</

13、p><p>　　在具有升降壓功能的非隔離式DC／DC變換器中，Buck-Boost變換器和Cuk變換器是負(fù)極性輸出，Sepic變換器和Zeta變換器是正極性輸出，但這兩個變換器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，都需要兩個儲能電感，這必然導(dǎo)致變換器的損耗增加、效率變低，且體積和質(zhì)</p><p>　　量大 ，引。本文針對實際研究項目中提出的要求，摒棄采用上述各種變換器，設(shè)計了一種新穎的具有升降壓功能和正極性輸出的D C

14、／D C變換器，并采用該DC／DC變換器研制出達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求的直流開關(guān)電源，獲得了良好的應(yīng)用價值。</p><p>　　直流系統(tǒng)調(diào)速是由功率晶閘管、移相控制電路、轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速電路、積分電路、電流反饋電路、以及缺相和過流保護(hù)電路，通常指人為地或自動地改變直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足工作機(jī)械的要求。機(jī)械特性上通過改變電動機(jī)的參數(shù)或外加工電壓等方法來改變電動機(jī)的機(jī)械特性，從而改變電動機(jī)機(jī)械特性和工作特性機(jī)械特性的交

15、點，使電動機(jī)的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。</p><p>　　PWM控制技術(shù)是一中廣泛應(yīng)用于控制領(lǐng)域的技術(shù)，其原理是利用沖量相等而形狀相通的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)時候，效果基本相通。在電力拖動系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)電樞電壓的直流調(diào)速是應(yīng)用最廣泛的一種調(diào)速方法，除了利用晶閘管整流器獲得可調(diào)直流電壓外，還可利用其它電力電子元件的可控性能，采用脈寬調(diào)制技術(shù)，直接將恒定的直流電壓調(diào)制成極性可變，大小可調(diào)的直流電壓，用以實現(xiàn)直流電動機(jī)

16、電樞兩端電壓的平滑調(diào)節(jié)，構(gòu)成直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)，隨著電力電子器件的迅速發(fā)展，采用門極可關(guān)斷晶體管GTO、全控電力晶體管GTR、P-MOSFET、絕緣柵晶體管IGBT）等一些大功率全控型器件組成的晶體管脈沖調(diào)寬型開關(guān)放大器（Pulse Width Modulated）,已逐步發(fā)展成熟，用途越來越廣。</p><p>　　調(diào)速通常通過給定環(huán)節(jié)，中間放大環(huán)節(jié)，校正環(huán)節(jié)，反饋環(huán)節(jié)和保護(hù)環(huán)節(jié)等來實現(xiàn)。電動機(jī)的轉(zhuǎn)速不能自動校正

17、與給定轉(zhuǎn)速的偏差的調(diào)速系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。這種調(diào)速系統(tǒng)的電動機(jī)的轉(zhuǎn)速要受到負(fù)載波動及電源電壓波動等外界擾動的影響。電動機(jī)的轉(zhuǎn)速能自動的校正與給定轉(zhuǎn)速的偏差，不受負(fù)載及電網(wǎng)電壓波動等外界擾動的影響，使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速始終與給定轉(zhuǎn)速保持一致的調(diào)速系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。這是由于閉環(huán)控制系統(tǒng)具有反饋環(huán)節(jié)。</p><p>　　IGBT是強電流、高壓應(yīng)用和快速終端設(shè)備用垂直功率MOSFET的自然進(jìn)化。由于實現(xiàn)一個較高的擊穿電

18、壓BVDSS需要一個源漏通道，而這個通道卻具有很高的電阻率，因而造成功率MOSFET具有RDS(on)數(shù)值高的特征，IGBT消除了現(xiàn)有功率MOSFET的這些主要缺點。雖然最新一代功率MOSFET器件大幅度改進(jìn)了RDS(on)特性，但是在高電平時，功率導(dǎo)通損耗仍然要比IGBT 技術(shù)高出很多。較低的壓降，轉(zhuǎn)換成一個低VCE(sat)的能力，以及IGBT的結(jié)構(gòu)，同一個標(biāo)準(zhǔn)雙極器件相比，可支持更高電流密度，并簡化IGBT驅(qū)動器的原理圖。<

19、/p><p>　　一個晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)是由轉(zhuǎn)速的給定、檢測、反饋、平波電抗器、可控整流器、放大器、直流電動機(jī)等環(huán)節(jié)組成。這些環(huán)節(jié)都是根據(jù)用戶要求首先被選擇而確定下來的，從而構(gòu)成了系統(tǒng)的固有部分。僅有這些固有部分所組成的系統(tǒng)是難以滿足生產(chǎn)機(jī)械的全面要求的，特別是對系統(tǒng)動態(tài)性能的要求，有時甚至是不穩(wěn)定的，為了設(shè)計一個靜態(tài)，動態(tài)都適用的調(diào)速系統(tǒng)，尤其是達(dá)到動態(tài)性能的要求，還必須對系統(tǒng)進(jìn)行校正。也就是在上述固有部分所組成的

20、調(diào)速系統(tǒng)中另外加一個校正環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)的動態(tài)性能也能達(dá)到指標(biāo)的要求。本文中的雙閉環(huán)可逆ＰＷＭ調(diào)速系統(tǒng)，采用集成控制器SG3524產(chǎn)生占空比可調(diào)的PWM波，它的內(nèi)部包括誤差放大器,限流保護(hù)環(huán)節(jié),比較器,振蕩器,觸發(fā)器,輸出邏輯控制電路和輸出三極管等環(huán)節(jié)，是一個典型的性能優(yōu)良的開關(guān)電源控制器,輸出級是由ＩＧＢＴ構(gòu)成的功率控制器，進(jìn)而驅(qū)動它勵直流電動機(jī)，達(dá)到速度控制的目的。由于電路有開關(guān)頻率高的特點，所以直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)與V-M系統(tǒng)相比，在許多

21、方面具有較大的優(yōu)越性，例如主電路線路簡單，需用的功率元件少，低速性能好，穩(wěn)速精度高，因而調(diào)速范圍寬，開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗和發(fā)熱都較少，調(diào)</p><p>　　二．直流斬波電路工作原理及輸出輸入關(guān)系</p><p>　　2.1 升壓斬波電路（Boost Chopper）</p><p><b>　　升壓斬波電路</b><

22、;/p><p><b>　　假設(shè)L和C值很大。</b></p><p>　　處于通態(tài)時，電源E向電感L充電，電流恒定，電容C向負(fù)載R供電，輸出電壓恒定。</p><p>　　斷態(tài)時，電源E和電感L同時向電容C充電，并向負(fù)載提供能量。</p><p>　　設(shè)V通態(tài)的時間為，此階段L上積蓄的能量為</p><

23、p>　　設(shè)V斷態(tài)的時間為，則此期間電感L釋放能量為</p><p>　　穩(wěn)態(tài)時，一個周期T中L積蓄能量與釋放能量相等：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　化簡得 </p><p>　　——升壓比；升壓比的倒數(shù)記作β ，即

24、</p><p>　　β和α的關(guān)系：a+β=1</p><p><b>　　所以輸出電壓為</b></p><p>　　2.2 升降壓斬波電路 (buck -boost Chopper)</p><p><b>　　升降壓斬波電路</b></p><p>　　V通時，電源E經(jīng)

25、V向L供電使其貯能，此時電流為，同時，C維持輸出電壓恒定并向負(fù)載R供電，這時。</p><p>　　V斷時，L的能量向負(fù)載釋放，電流為。負(fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反，這時。</p><p>　　穩(wěn)態(tài)時，一個周期T內(nèi)電感L兩端電壓對時間的積分為零，即</p><p><b>　　所以輸出電壓為：</b></p><

26、;p>　　（為V處于通態(tài)的時間，為V處于斷態(tài)的時間）</p><p>　　三． D c／D C變換器的設(shè)計</p><p>　　3.1 變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)</p><p>　　圖l所示是設(shè)計新穎的DC／DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該DC／DC變換器為前后級串聯(lián)結(jié)構(gòu)，前級是由T1、T3、D1、D 、I 、C、R1、R 構(gòu)成降壓變換電路，后級是由T 、D 、I 、C構(gòu)成升

27、壓變換電路，其中Dz、I 、C均出現(xiàn)在前、后級變換電路中。</p><p>　　從圖1中可以看出，采用PWM 方式控制兩個主開關(guān)管T。、Tz存在一定的困難，因為它們的控制端不共地。為了實現(xiàn)兩路控制信號共地，也只能選用功率晶體管。為此，在圖1所示的主變換電路中增加了輔助開關(guān)管T1，且T。由NPN型改為PNP</p><p>　　型，顯然T。、T 是共地的，T 、T3是同步開關(guān)的，這就實現(xiàn)了兩

28、路控制信號的共地。這樣，原本通過控制T。、T。來控制電路的工作狀態(tài)，現(xiàn)在是通過T 、T 來控制，T。稱為降壓斬波輔助開關(guān)，T。稱為升壓斬波主開關(guān)、T。稱為降壓斬波主開關(guān)。</p><p>　　工作模式的分析假設(shè)所用電力電子器件理想、電感和電容均為無損耗的理想儲能元件以及不計線路阻抗，且變換器始終處于電流連續(xù)的狀態(tài)。該DC／DC變換器有兩種典型的工作模式——降壓工作模式和升壓工作模式，下面分別來分析這兩種工作模式。

29、1．2．1 降壓工作模式當(dāng)T 截止，T 以PWM 方式工作，變換器處于</p><p>　　降壓工作模式。此時，變換器與Buck變換器相比僅僅是多了一個二極管Dz，而這一個二極管的加入對Buck變換器的工作無任何影響。因此，處于降壓工作模式的變換器等效于Buck變換器，相應(yīng)的電壓變換關(guān)系為：</p><p><b>　?。?）</b></p><p

30、>　　式中：Ui——輸入電壓；Uo——輸出電壓； T的占空比。</p><p><b>　　升壓工作模式</b></p><p>　　當(dāng)T 全導(dǎo)通，T 以PWM 方式工作，變換器處于升壓工作模式。此時，變換器與Boost變換器相. 比多了一個全導(dǎo)通的開關(guān)管T。和一個二極管D ，</p><p>　　而這兩個器件的加入對Boost變換器的工

31、作無任何</p><p>　　影響。因此，處于升壓工作模式的變換器等效于</p><p>　　Boost變換器，相應(yīng)的電壓變換關(guān)系為：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式中：Ui——輸入電壓；Uo—— 輸出電壓；--- T2</p><p>　　的占空比。由此可見，

32、該D C／D C變換器是將Buck和Boost兩個變換器串聯(lián)起來，通過對兩個開關(guān)管T 、T。的配合控制獲得降壓工作模式和升壓工作模式，從而實現(xiàn)升降壓功能和正極性輸出。在理想情況下，變換器的電壓變換關(guān)系為：</p><p><b>　　當(dāng)處于降壓工作模式</b></p><p><b>　　當(dāng)處于升壓工作模式</b></p><

33、p><b>　　儲能電感參數(shù)的設(shè)計</b></p><p>　　由圖1的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可知，該DC／DC變換器只有一個儲能元件—— 儲能電感L，所以L必須能適應(yīng)降壓和升壓兩種不同的工作模式，以使變換器無論處于哪一種工作模式，L都能存儲足夠的能量，從而在以PWM 方式工作的斬波開關(guān)截止時能提供給負(fù)載連續(xù)的電流。因此，L是該DC／DC變換器的關(guān)鍵元件，其參數(shù)的選取直接影響到變換器能否正常工作。考

34、慮最典型的情況，假設(shè)輸入電壓的變化范圍為且當(dāng)=時，變換器處于降壓工作模式；當(dāng)=時，，變換器處于升壓工作模式。所以，根據(jù)公式（1），Uo，可以得到T1 的最小占空比；根據(jù)公式(2)、 和Uo ，可以得到T。的最大占空比 。由于，分別代表了L在兩種工作模式下的極端工作狀態(tài)，因此可以通過分別計算這兩個工作狀態(tài)下的電感量，并取其中的大者作為L的設(shè)計參數(shù)，則L就能同時滿足兩種工作模式的要求，。具體設(shè)計步驟如下：</p><p&

35、gt;　　(1)當(dāng)處于極端降壓工作狀態(tài)：(— ，=O) 時，電感量l 的計算公式：</p><p>　　D C／D C 變換器控制系統(tǒng)的原理和實現(xiàn)</p><p><b>　　控制原理</b></p><p>　　圖2所示是該DC／DC變換器控制系統(tǒng)的控制</p><p>　　原理框圖4，其應(yīng)用背景是衛(wèi)星儲能／姿控兩用飛

36、輪能量回饋系統(tǒng)。控制系統(tǒng)采用電壓、電流雙閉環(huán)串級控制結(jié)構(gòu)，外環(huán)是電壓環(huán)，內(nèi)環(huán)是電流環(huán)?？刂圃硎请妷航o定U 與電壓反饋U進(jìn)行比較，得到的電壓誤差經(jīng)電壓調(diào)節(jié)器輸出作為電流給定 ，r與電流反饋I進(jìn)行比較，得到的電流誤差經(jīng)電流調(diào)節(jié)器輸出對應(yīng)PWM 波的脈沖寬度，然后經(jīng)PWM 控制決定分配給哪個開關(guān)管，之后PWM波通過驅(qū)動電路驅(qū)動DC／DC變換器中相應(yīng)的開關(guān)管工作</p><p>　　以上的雙閉環(huán)控制是針對工作在PWM

37、方式下的開關(guān)管而言。由于變換器采用的是兩個開關(guān)管的配合控制，兩種不同的工作模式就對應(yīng)兩種不同的PWM開關(guān)方案，因此必須設(shè)計相應(yīng)的控制邏輯分配單元來實現(xiàn)這兩種開關(guān)方案，這在圖2中以PWM 控制單元表示。</p><p><b>　　控制實現(xiàn)</b></p><p>　　控制系統(tǒng)的設(shè)計可以采用模擬控制方案和數(shù)字控制方案，這里以模擬控制方案闡述該DC／DC變換器控制系統(tǒng)的實

38、現(xiàn)，如圖3所示。</p><p>　　控制電路由兩級PI調(diào)節(jié)器、PWM 波產(chǎn)生電路、驅(qū)動電路、故障檢測與保護(hù)電路等組成。兩級PI調(diào)節(jié)器是控制電路的核心控制單元，兩級均為帶限幅輸出的PI調(diào)節(jié)器，前級是電壓調(diào)節(jié)器，后級是電流調(diào)節(jié)器，前后級串聯(lián)構(gòu)成了以輸出電壓為主控制對象、輸出電流為副控制對象的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。電壓環(huán)的作用是穩(wěn)定輸出電壓，在</p><p>　　輸入電壓或負(fù)載擾動作用下保證輸出穩(wěn)

39、定。電流環(huán)是在穩(wěn)態(tài)時跟隨電壓環(huán)，從而使系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)快，調(diào)節(jié)性能好，也易于實現(xiàn)限流和過流保護(hù)。由于電壓調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的給定，故電壓調(diào)節(jié)器的限幅值決定了電流調(diào)節(jié)器的最大輸出</p><p>　　電流。此外，電流調(diào)節(jié)器的限幅值限制了最大輸出電壓，防止了輸出電壓過高的非正常狀態(tài)，從而保證了系統(tǒng)的安全可靠。PWM波產(chǎn)生電路負(fù)責(zé)兩種PWM開關(guān)方案的</p><p>　　實現(xiàn)，以滿足變換器降

40、壓工作模式和升壓工作模式的要求。由于需要產(chǎn)生兩路控制信號，因此必須配合主變換電路進(jìn)行特殊的電路設(shè)計，以解決控制邏輯的分配問題。如圖3所示，電流調(diào)節(jié)器輸出送到比較器IC 、IC2同相端，由一個三角波發(fā)生器產(chǎn)生</p><p>　　的三角波送到反相端，兩路信號相比較疊加獲得PWM 波。分析可知，兩種不同的PWM 開關(guān)方案可以通過對送到比較器IC 、IC4反相端的三角波加上不同的偏移電壓 和 來實現(xiàn)。當(dāng)電流調(diào)節(jié)器輸出電

41、壓低于5 V時，比較器IC 與三角波有交點，</p><p>　　輸出PWM 波，該波形用于驅(qū)動T ，而比較器IC4與三角波沒有交點，故無脈沖輸出，T2截止；當(dāng)電流調(diào)節(jié)器輸出電壓高于5 V時，比較器IC4與三角波有交點，輸出PWM 波，該波形用于驅(qū)動T ，而比較器IC 輸出高電平，T 1處于全導(dǎo)通狀態(tài)；而且，降壓工</p><p>　　作模式和升壓工作模式的切換是平滑過渡的。這樣，就得到了

42、邏輯上合乎要求的兩路控制信號，然后再經(jīng)驅(qū)動電路去驅(qū)動兩個開關(guān)管T1 和T2。為了提高系統(tǒng)的可靠性，還設(shè)計了故障檢測與保護(hù)電路，包括過流保護(hù)、過壓保護(hù)、過熱保護(hù)等。這主要利用比較器對電流、電壓、溫度等的檢測值與設(shè)定的保護(hù)值比較，一旦發(fā)生超限現(xiàn)象，立即產(chǎn)生相應(yīng)的保護(hù)動作。</p><p><b>　　四． 測試結(jié)果</b></p><p>　　根據(jù)上述控制原理和實現(xiàn)方案，

43、研制出采用該DC／DC變換器作為主變換電路的直流開關(guān)電源(主要設(shè)計條件與要求：輸入電壓l2～4O V、輸出電壓28 V、額定功率200 W 及效率≥85 %等)。該直流開關(guān)電源主要指標(biāo)的測試結(jié)果如下：</p><p>　　(1)輸入電壓允許范圍：在輸入電壓為1O～4O V的范圍內(nèi)，輸出電壓保持穩(wěn)定；</p><p>　　(2)輸出電壓：在5O% 負(fù)載條件下，平均輸出電壓為28．O1 V，輸

44、出電壓穩(wěn)定度≤O．04 ；</p><p>　　(3)電壓調(diào)整率：在各種負(fù)載條件下，電源電壓調(diào)整率≤O．18 ；</p><p>　　(4)負(fù)載調(diào)整率：以5O% 負(fù)載為基準(zhǔn)，負(fù)載電壓調(diào)整率≤O．14 ；</p><p>　　(5)輸出電壓紋波：當(dāng)負(fù)載電流為3．6 A時，輸出電壓紋波峰一峰值(Up-p)〈=250 mV，如圖4(a)；</p><p

45、>　　(6)負(fù)載能力：當(dāng)輸出電流達(dá)到7．5 A時，輸出電壓仍保持穩(wěn)定，對應(yīng)功率≥2O0 w；</p><p>　　(7)效率：采用電阻性負(fù)載時，測試效率為87 %；</p><p>　　(8)動態(tài)響應(yīng)：系統(tǒng)對輸入電壓和負(fù)載的突變能及時快速地響應(yīng)，圖4(b)所示為負(fù)載突變時的動態(tài)響應(yīng)波形。測試結(jié)果表明，該直流開關(guān)電源具有良好的穩(wěn)</p><p>　　態(tài)性能和動態(tài)

46、特性，各項主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到或超過衛(wèi)星儲能／姿控兩用飛輪能量回饋系統(tǒng)研制項目所規(guī)定的指標(biāo)要求。</p><p><b>　　結(jié)論：</b></p><p>　　這里對一種新穎的DC／DC變換器的設(shè)計和實現(xiàn)進(jìn)行了論述，采用該DC／DC變換器作為主變換電路的直流開關(guān)電源具有以下特點：</p><p>　　(1)變換電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單，具有明確的工作模式

47、，易于實現(xiàn)模擬或數(shù)字控制。</p><p>　　(2)采用電壓、電流雙閉環(huán)控制方式，獲得較高的穩(wěn)態(tài)精度和良好的動態(tài)性能。</p><p>　　(3)具有升降壓功能，正極性輸出，源效應(yīng)好，能適應(yīng)大范圍的輸入電壓變化。</p><p>　　(4)僅有一個儲能電感，具有可靠性高、效率高、體積小及質(zhì)量輕等特點。</p><p>　　(5)功率容量50

48、0 W 以下，尤其適合作為衛(wèi)星儲能／姿控兩用飛輪能量回饋系統(tǒng)、電動機(jī)制動再生能量回饋系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和太陽能發(fā)電系統(tǒng)等電能變換系統(tǒng)的直流變換環(huán)節(jié)。</p><p>　　五． 直流斬波電路的建模與仿真</p><p>　　5.1 仿真模型及參數(shù)設(shè)置</p><p>　　(1)由IGBT構(gòu)成直流降壓斬波電路(Buck Chop-per)的建模和參數(shù)設(shè)置</p&g

49、t;<p>　　圖2為由IGBT組成的Buck直流變換器仿真模型，IGBT按默認(rèn)參數(shù)設(shè)置，并取消緩沖電路，即Rs=5 ΩQ，Cs=0；電壓源參數(shù)取Us=200 V，E=80 V；負(fù)載參數(shù)取R=10 Ω，L=5 mH。</p><p>　　(2)直流降壓斬波電路的仿真</p><p>　　打開仿真參數(shù)窗口，選擇ode23tb算法，相對誤差設(shè)置為1e-03，開始仿真時間設(shè)置為O，

50、停止仿真時間設(shè)置為O.01 s，控制脈沖周期設(shè)置為O.001 s(頻率為1 000Hz)，控制脈沖占空比為50％。參數(shù)設(shè)置完畢后，啟動仿真，得到圖3的仿真結(jié)果。</p><p>　　由圖3可以看出，負(fù)載上電壓分別為100 V，160 V，80 V，滿足</p><p>　　5.2 直流升降壓斬波電路(．Boost－Buck Chopper)的仿真</p><p>　

51、　升降壓斬波電路輸出電壓平均值為：</p><p>　　式中：負(fù)號表示輸出電壓與輸入電壓反相。當(dāng)D＝O.5時，U。=Ud；當(dāng)D>O.5時，U。>Ud，為升壓變換；當(dāng)D<0．5時，u。<Ud，為降壓變換。</p><p>　　圖4給出了由IGBT元件組成的升降壓斬波電路仿真模型，IGBT按默認(rèn)參數(shù)設(shè)置并取消緩沖電路，負(fù)載R＝50 Ω，C＝3e－05 F，電感支路L＝5

52、 mH。啟動仿真，得到圖5的仿真結(jié)果。</p><p>　　從圖5可以看出，負(fù)載上電壓分別為100 V，33 V，300 V，滿足與升降壓斬波理論分析吻合。</p><p>　　5.3 主電路元器件的選擇</p><p>　　1、直流電壓源選擇DC Voltage source,其工作電壓設(shè)置為200V</p><p>　　2、電壓源串聯(lián)電

53、阻選擇Series RLC Branch,參數(shù)設(shè)置為</p><p><b>　　R=50 Ω</b></p><p><b>　　L=0 H</b></p><p><b>　　C=inf F</b></p><p>　　3、IGBT的參數(shù)選擇為默認(rèn)值</p>

54、<p>　　4、晶閘管選擇Diode,參數(shù)選擇為默認(rèn)值</p><p>　　5、外電路阻感選擇Series RLC Branch1,參數(shù)設(shè)置為</p><p><b>　　R=10 Ω</b></p><p><b>　　L=3 H</b></p><p><b>　　C=inf

55、 F</b></p><p>　　6、主電路負(fù)載選擇Series RLC Branch2, 參數(shù)設(shè)置為</p><p><b>　　R=50 Ω</b></p><p><b>　　L=0 H</b></p><p><b>　　C=inf F</b></p&

56、gt;<p>　　7、脈沖觸發(fā)元件選擇Pulse Generator,參數(shù)設(shè)置為</p><p>　　Pulse type:Time based</p><p>　　Amplitude:10</p><p>　　Period(sece):0.1</p><p>　　Pulse Width:60</p><p&

57、gt;　　Phase delay:0 </p><p>　　5.4 測量元器件的選擇</p><p>　　1、電流表選用Current Measurement,共需要兩個</p><p>　　2、電壓表選用Voltage Measurement Series RLC Branch,共需要一個</p><p>　　3、示波器選用Scope,共

58、需要一個，其參數(shù)設(shè)置為</p><p>　　Number ofaxes:5</p><p>　　5.5 仿真電路圖</p><p><b>　　圖11</b></p><p>　　圖11即為本次仿真在軟件中所設(shè)計的電路圖</p><p><b>　　結(jié) 論</b></

59、p><p>　　通過以上的仿真過程分析，可以得到下列結(jié)論：(1)直流變換電路主要以全控型電力電子器件作為開關(guān)器件，通過控制主電路的接通與斷開，將恒定的直流斬成斷續(xù)的方波，經(jīng)濾波后變?yōu)殡妷嚎烧{(diào)的直流輸出電壓。利用Simulink對降壓斬波電路和升降壓斬波的仿真結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)分析，與采用常規(guī)電路分析方法所得到的輸出電壓波形進(jìn)行比較，進(jìn)一步驗證了仿真結(jié)果的正確性。</p><p><b>

60、　　5.7 運行結(jié)果</b></p><p><b>　　六．課設(shè)體會與總結(jié)</b></p><p>　　回顧起此次電力電子課程設(shè)計，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實踐，在整整兩星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我

61、懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次課程設(shè)計之后，一定把以前所學(xué)過的知識重新溫故。</p>&

62、lt;p>　　這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多編程問題，最后在楊巧玲老師的辛勤指導(dǎo)下，終于游逆而解。同時，在楊巧玲老師的身上我學(xué)得到很多實用的知識，在次我表示感謝！同時，對給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝，通過這兩周的電力電子課程設(shè)計，不僅對MATLAB6.5軟件有了進(jìn)一步的了解，對BOOST和CUK電路也有的深入的認(rèn)識和理解。BOOST和CUK電路在電力電子學(xué)習(xí)中就是非常重要典型的電路，通過這次

63、的仿真和實驗室實際測量，對兩個電路的特點，優(yōu)缺點有了更加深刻的理解。剛開始，對很多元件的選擇都不清楚，通過老師的知道和同學(xué)的幫助，學(xué)會了如何更好的設(shè)計電路選擇正確的元器件。通過在實驗室測得的波形和仿真的波形進(jìn)行對比，雖然存在一些差異，但是基本上還是一致的。</p><p>　　經(jīng)過這次的課程設(shè)計，發(fā)現(xiàn)MATLAB軟件功能非常強大。平時在學(xué)習(xí)中不能夠透徹理解的知識，通過動手，會有更好的認(rèn)知。本次課程設(shè)計雖然不長，但

64、是它給我們帶來了很多收獲。</p><p>　　最后，感謝老師的耐心指導(dǎo)和同組同學(xué)的大力支持，使我在本次設(shè)計中將遇到的問題都解決了，順利的完成了本次課程設(shè)計，并從中學(xué)習(xí)到了更多的知識。</p><p>　　再次感謝在本次設(shè)計中給予我?guī)妥〉娜耍x謝你們！</p><p><b>　　七．參考文獻(xiàn)</b></p><p>　

65、　1.王兆安．黃?。娏﹄娮蛹夹g(shù)，第4版，機(jī)械工業(yè)出版社，2000</p><p>　　2. 張乃國．電源技術(shù)．北京：中國電力出版社，1998</p><p>　　3. 何希才．新型開關(guān)電源設(shè)計與應(yīng)用．北京：科學(xué)出版社，2001</p><p>　　4. 阮新波，嚴(yán)仰光．直流開關(guān)電源的軟開關(guān)技術(shù)．北京：科學(xué)出版社，2000</p><p>