直流斬波電路設(shè)計(jì)與仿真

1、電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告姓 名：學(xué) 號：班 級：指導(dǎo)老師：專 業(yè)：設(shè)計(jì)時(shí)間：目錄 1降壓斬波電路.6一 直流斬波電路工作原理及輸出輸入關(guān)系12二 D cD C變換器的設(shè)計(jì)18三 測試結(jié)果19四 直流斬波電路的建模與仿真.29五 課設(shè)體會(huì)與總結(jié).30六 參考文獻(xiàn)31摘要介紹了一種新穎的具有升降壓功能的DCDC變換器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，具體地分析了該DCDC變換器的設(shè)計(jì)(拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作模式和儲(chǔ)能電感參數(shù)設(shè)計(jì))，詳細(xì)地闡述了該DCDC變換器控制系統(tǒng)的原理和實(shí)現(xiàn)，最后給出了測試結(jié)果關(guān)鍵詞：DCDC變換器，降壓斬波，升壓斬波，儲(chǔ)能電感，直流開關(guān)電源，PWM；直流脈寬調(diào)速一降壓斬波電路1.1 降壓斬波原理：式中

2、為V處于通態(tài)的時(shí)間；為V處于斷態(tài)的時(shí)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。 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：1） 保持開關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不變，稱為PWM。2） 保持開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不變，改變開關(guān)周期T，稱為頻率調(diào)制或調(diào)頻型。3） 和T都可調(diào)，使占空比改變，稱為混合型。1.2 工作原理 1）t=0時(shí)刻驅(qū)動(dòng)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2）t=t1時(shí)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(dòng)小通常使串接的電感L值較大 l 基于“分段線性

3、”的思想，對降壓斬波電路進(jìn)行解析l 從能量傳遞關(guān)系出發(fā)進(jìn)行的推導(dǎo)l 由于L為無窮大，故負(fù)載電流維持為Io不變l 電源只在V處于通態(tài)時(shí)提供能量，為El 在整個(gè)周期T中，負(fù)載消耗的能量為（RT+T）一周期中，忽略損耗，則電源提供的能量與負(fù)載消耗的能量相等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該電路使用一個(gè)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(gè)拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，也可以帶蓄電池負(fù)載，兩種情況句會(huì)出現(xiàn)反電動(dòng)勢。在具有升降壓功能的非隔離式DCDC變換器中，Bu

4、ck-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(gè)變換器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，都需要兩個(gè)儲(chǔ)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)量大 ，引。本文針對實(shí)際研究項(xiàng)目中提出的要求，摒棄采用上述各種變換器，設(shè)計(jì)了一種新穎的具有升降壓功能和正極性輸出的D CD C變換器，并采用該DCDC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(jià)值。 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(dòng)地改變直流電動(dòng)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

5、變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)或外加工電壓等方法來改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，從而改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性和工作特性機(jī)械特性的交點(diǎn)，使電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。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(shí)候，效果基本相通。在電力拖動(dòng)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(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)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

6、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。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(shí)現(xiàn)。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不能自動(dòng)校正與給定轉(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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速要受到負(fù)載波動(dòng)及電源電壓波動(dòng)等外界擾動(dòng)的影響。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能自動(dòng)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(dòng)等外界擾動(dòng)的影響，使電動(dòng)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)。IGBT是強(qiáng)電流

7、、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(shí)現(xiàn)一個(gè)較高的擊穿電壓BVDSS需要一個(gè)源漏通道，而這個(gè)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(diǎn)。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(shí)，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(gè)低VCE(sat)的能力，以及IGBT的結(jié)構(gòu)，同一個(gè)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(dòng)器的原理圖。一個(gè)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

8、電動(dòng)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(dòng)態(tài)性能的要求，有時(shí)甚至是不穩(wěn)定的，為了設(shè)計(jì)一個(gè)靜態(tài)，動(dòng)態(tài)都適用的調(diào)速系統(tǒng)，尤其是達(dá)到動(dòng)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調(diào)速系統(tǒng)中另外加一個(gè)校正環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)的動(dòng)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(gè)典型的性能優(yōu)良的開關(guān)電源控制器,輸

9、出級是由構(gòu)成的功率控制器，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)它勵(lì)直流電動(dòng)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(diǎn)，所以直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)與V-M系統(tǒng)相比，在許多方面具有較大的優(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)速裝置效率和電網(wǎng)功率因素高，系統(tǒng)的頻帶寬、快速性能好、動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)等等二直流斬波電路工作原理及輸出輸入關(guān)系2.1 升壓斬波電路（Boost Chopper）升壓斬波電路假設(shè)L和C值很大。處于通態(tài)時(shí)，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。斷態(tài)時(shí)，電源E和電感L同時(shí)向電容C充

10、電，并向負(fù)載提供能量。設(shè)V通態(tài)的時(shí)間為，此階段L上積蓄的能量為設(shè)V斷態(tài)的時(shí)間為，則此期間電感L釋放能量為穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中L積蓄能量與釋放能量相等：=化簡得 升壓比；升壓比的倒數(shù)記作 ，即和的關(guān)系：a+=1所以輸出電壓為2.2 升降壓斬波電路 (buck -boost Chopper)升降壓斬波電路V通時(shí)，電源E經(jīng)V向L供電使其貯能，此時(shí)電流為，同時(shí)，C維持輸出電壓恒定并向負(fù)載R供電，這時(shí)。V斷時(shí)，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(shí)。穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T內(nèi)電感L兩端電壓對時(shí)間的積分為零，即所以輸出電壓為：（為V處于通態(tài)的時(shí)間，為V處于斷態(tài)的時(shí)間） 三

11、D cD C變換器的設(shè)計(jì)3.1 變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖l所示是設(shè)計(jì)新穎的DCDC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該DCDC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)成升壓變換電路，其中Dz、I 、C均出現(xiàn)在前、后級變換電路中。從圖1中可以看出，采用PWM 方式控制兩個(gè)主開關(guān)管T。、Tz存在一定的困難，因?yàn)樗鼈兊目刂贫瞬还驳亍榱藢?shí)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型，顯然T。、T 是共地的，T 、T3是同步開關(guān)的，這就實(shí)現(xiàn)了兩路控制信號的共地。這樣

12、，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)。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(chǔ)能元件以及不計(jì)線路阻抗，且變換器始終處于電流連續(xù)的狀態(tài)。該DCDC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。121 降壓工作模式當(dāng)T 截止，T 以PWM 方式工作，變換器處于降壓工作模式。此時(shí)，變換器與Buck變換器相比僅僅是多了一個(gè)二極管Dz，而這一個(gè)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Buc

13、k變換器，相應(yīng)的電壓變換關(guān)系為： （1）式中：Ui輸入電壓；Uo輸出電壓； T的占空比。升壓工作模式當(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(shí)，變換器與Boost變換器相. 比多了一個(gè)全導(dǎo)通的開關(guān)管T。和一個(gè)二極管D ，而這兩個(gè)器件的加入對Boost變換器的工作無任何影響。因此，處于升壓工作模式的變換器等效于Boost變換器，相應(yīng)的電壓變換關(guān)系為： （2）式中：Ui輸入電壓；Uo 輸出電壓；- T2的占空比。由此可見，該D CD C變換器是將Buck和Boost兩個(gè)變換器串聯(lián)起來，通過對兩個(gè)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(shí)現(xiàn)升降壓功能和正

14、極性輸出。在理想情況下，變換器的電壓變換關(guān)系為： 當(dāng)處于降壓工作模式 當(dāng)處于升壓工作模式儲(chǔ)能電感參數(shù)的設(shè)計(jì)由圖1的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可知，該DCDC變換器只有一個(gè)儲(chǔ)能元件 儲(chǔ)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(chǔ)足夠的能量，從而在以PWM 方式工作的斬波開關(guān)截止時(shí)能提供給負(fù)載連續(xù)的電流。因此，L是該DCDC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?？紤]最典型的情況，假設(shè)輸入電壓的變化范圍為且當(dāng)=時(shí)，變換器處于降壓工作模式；當(dāng)=時(shí)，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)、

15、 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(jì)算這兩個(gè)工作狀態(tài)下的電感量，并取其中的大者作為L的設(shè)計(jì)參數(shù)，則L就能同時(shí)滿足兩種工作模式的要求，。具體設(shè)計(jì)步驟如下：(1)當(dāng)處于極端降壓工作狀態(tài)：( ，=O) 時(shí)，電感量l 的計(jì)算公式：3.2 D CD C 變換器控制系統(tǒng)的原理和實(shí)現(xiàn)控制原理圖2所示是該DCDC變換器控制系統(tǒng)的控制原理框圖4，其應(yīng)用背景是衛(wèi)星儲(chǔ)能姿控兩用飛輪能量回饋系統(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

16、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(gè)開關(guān)管，之后PWM波通過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)DCDC變換器中相應(yīng)的開關(guān)管工作以上的雙閉環(huán)控制是針對工作在PWM 方式下的開關(guān)管而言。由于變換器采用的是兩個(gè)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(jì)相應(yīng)的控制邏輯分配單元來實(shí)現(xiàn)這兩種開關(guān)方案，這在圖2中以PWM 控制單元表示。3.3 控制實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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DCDC變換器控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，如圖3所示。檢控制電路由兩級PI調(diào)節(jié)器、PWM 波產(chǎn)生電

17、路、驅(qū)動(dòng)電路、故障測與保護(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，在輸入電壓或負(fù)載擾動(dòng)作用下保證輸出穩(wěn)定。電流環(huán)是在穩(wěn)態(tài)時(shí)跟隨電壓環(huán)，從而使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，調(diào)節(jié)性能好，也易于實(shí)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

18、PWM開關(guān)方案的實(shí)現(xiàn)，以滿足變換器降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(jì)，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(gè)三角波發(fā)生器產(chǎn)生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(shí)現(xiàn)。當(dāng)電流調(diào)節(jié)器輸出電壓低于5 V時(shí)，比較器IC 與三角波有交點(diǎn)，輸出PWM 波，該波形用于驅(qū)動(dòng)T ，而比較器IC4與三角波沒有交點(diǎn)，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(shí)，

19、比較器IC4與三角波有交點(diǎn)，輸出PWM 波，該波形用于驅(qū)動(dòng)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，就得到了邏輯上合乎要求的兩路控制信號，然后再經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路去驅(qū)動(dòng)兩個(gè)開關(guān)管T1 和T2。為了提高系統(tǒng)的可靠性，還設(shè)計(jì)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(dòng)作。四 測試結(jié)果根據(jù)上述控制原理和實(shí)現(xiàn)方案，研制出采用該DCDC變換器作為主變換電路的直流開關(guān)電源(主要設(shè)計(jì)條件與要求：輸入電壓l24O V、輸出電壓28 V

20、、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：(1)輸入電壓允許范圍：在輸入電壓為1O4O V的范圍內(nèi)，輸出電壓保持穩(wěn)定；(2)輸出電壓：在5O% 負(fù)載條件下，平均輸出電壓為28O1 V，輸出電壓穩(wěn)定度O04 ；(3)電壓調(diào)整率：在各種負(fù)載條件下，電源電壓調(diào)整率O18 ；(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O14 ；(5)輸出電壓紋波：當(dāng)負(fù)載電流為36 A時(shí)，輸出電壓紋波峰一峰值(Up-p)=250 mV，如圖4(a)； (6)負(fù)載能力：當(dāng)輸出電流達(dá)到75 A時(shí)，輸出電壓仍保持穩(wěn)定，對應(yīng)功率2O0 w；(7)效率：采用電阻性負(fù)載時(shí)，測試效率為

21、87 %；(8)動(dòng)態(tài)響應(yīng)：系統(tǒng)對輸入電壓和負(fù)載的突變能及時(shí)快速地響應(yīng)，圖4(b)所示為負(fù)載突變時(shí)的動(dòng)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)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)特性，各項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到或超過衛(wèi)星儲(chǔ)能姿控兩用飛輪能量回饋系統(tǒng)研制項(xiàng)目所規(guī)定的指標(biāo)要求。結(jié)論：這里對一種新穎的DCDC變換器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了論述，采用該DCDC變換器作為主變換電路的直流開關(guān)電源具有以下特點(diǎn)：(1)變換電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單，具有明確的工作模式，易于實(shí)現(xiàn)模擬或數(shù)字控制。(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(dòng)態(tài)性能。(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。(4)僅

22、有一個(gè)儲(chǔ)能電感，具有可靠性高、效率高、體積小及質(zhì)量輕等特點(diǎn)。(5)功率容量500 W 以下，尤其適合作為衛(wèi)星儲(chǔ)能姿控兩用飛輪能量回饋系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)制動(dòng)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)。五 直流斬波電路的建模與仿真5.1 仿真模型及參數(shù)設(shè)置(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 Q，Cs=0；電壓源參數(shù)取Us=200 V，E=80 V；負(fù)載參數(shù)取R=10 ，L=5 mH。 (2)直流降壓斬波電路的仿真打開

23、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(shí)間設(shè)置為O，停止仿真時(shí)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(dòng)仿真，得到圖3的仿真結(jié)果。 由圖3可以看出，負(fù)載上電壓分別為100 V，160 V，80 V，滿足 5.2 直流升降壓斬波電路(BoostBuck Chopper)的仿真升降壓斬波電路輸出電壓平均值為：  式中：負(fù)號表示輸出電壓與輸入電壓反相。當(dāng)DO.5時(shí)，U。=Ud；當(dāng)D>O.5時(shí)，U。>Ud，為升壓變換；當(dāng)D<05時(shí)，

24、u。<Ud，為降壓變換。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R50 ，C3e05 F，電感支路L5 mH。啟動(dòng)仿真，得到圖5的仿真結(jié)果。  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。5.3 主電路元器件的選擇1、直流電壓源選擇DC Voltage source,其工作電壓設(shè)置為200V2、電壓源串聯(lián)電阻選擇Series RLC Branch,參數(shù)設(shè)置為R=50 L=0 HC=inf F3、IGBT的參數(shù)選擇為默認(rèn)值4、晶閘管選擇Diode,參數(shù)選擇為默認(rèn)值

25、5、外電路阻感選擇Series RLC Branch1,參數(shù)設(shè)置為 R=10 L=3 HC=inf F6、主電路負(fù)載選擇Series RLC Branch2, 參數(shù)設(shè)置為 R=50 L=0 HC=inf F7、脈沖觸發(fā)元件選擇Pulse Generator,參數(shù)設(shè)置為 Pulse type:Time based Amplitude:10 Period(sece):0.1 Pulse Width:60 Phase delay:0 5.4 測量元器件的選擇1、電流表選用Current Measurement,共需要兩個(gè)2、電壓表選用Voltage Measurement Series RLC Br

26、anch,共需要一個(gè)3、示波器選用Scope,共需要一個(gè)，其參數(shù)設(shè)置為 Number ofaxes:55.5 仿真電路圖圖11圖11即為本次仿真在軟件中所設(shè)計(jì)的電路圖5.6 結(jié) 論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(yàn)證了仿真結(jié)果的正確性。5.7 運(yùn)行結(jié)果六課設(shè)體會(huì)與總結(jié)回顧起此次電力電子課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)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(shí)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(jì)使我懂得了理論