電力電子升降壓變換器課程設(shè)計(jì)

1、1 緒論電力電子技術(shù)課程是一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，電力電子技術(shù)課 程設(shè)計(jì)是電力電子技術(shù)課程理論教學(xué)之后的一個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。 其目 的是訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用學(xué)過的變流電路原理的基礎(chǔ)知識(shí)， 獨(dú)立完成查 找資料、選擇方案、設(shè)計(jì)電路、撰寫報(bào)告的能力，使學(xué)生進(jìn)一步加深 對(duì)變流電路基本理論的理解和基本技能的運(yùn)用， 為今后的學(xué)習(xí)和工作 打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是配合變流電路理論教學(xué)，為自動(dòng)化 專業(yè)開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)技能設(shè)計(jì)， 課程設(shè)計(jì)對(duì)自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生是 一個(gè)非常重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。 通過設(shè)計(jì)能夠使學(xué)生鞏固、 加深對(duì)變 流電路基本理論的理解， 提高學(xué)生運(yùn)用電路基本理論分析和處理實(shí)際 問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生

2、的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。斬波電路(DC Chopper)的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直 流電，也稱為直接直流一直流變換器(DC/DCCon verted直流斬波電路的種類很多，包括 6 種基本斬波電路：降壓斬波電路，升壓斬波電路，升降壓斬波電 路，Cuk斬波電路，Sepic斬波電路，Zeta斬波電路，前兩種是最基本電路。應(yīng) 用Matlab的可視化仿真工具Simulink建立了電路的仿真模型，在此基礎(chǔ)上對(duì)升降 壓斬波Boost Buck電路進(jìn)行了較詳細(xì)的仿真分析。本文分析了升降壓斬波電路的工作原理，又用Matlab 對(duì)升壓-降壓變換器進(jìn)行了仿真建模，最后對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析總結(jié)。2

3、升降壓斬波電路的設(shè)計(jì)2.1升降壓斬波電路工作原理（1）V通時(shí)，電源E經(jīng)V向L供電使其貯能，此時(shí)電流為i1。同時(shí)，C 維持輸出電壓恒定并向負(fù)載 R供電。（2）V斷時(shí)，L的能量向負(fù)載釋放，電流為i2。負(fù)載電壓極性為上負(fù)下 正，與電源電壓極性相反，該電路也稱作反極性斬波電路。a）原理圖k ton .17L/f.S-1 :L0b）波形圖圖（3）升壓/降壓斬波電路的原理圖及波形圖精選范本數(shù)量關(guān)系:穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T內(nèi)電感L兩端電壓uL對(duì)時(shí)間的積分為零，即：Tu L d t00 L t當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，Ul E ；當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)，UlUo ；于是：Et onU 0toff所以輸出電壓為：U0 ton Eto

4、n EEtoffTton1由此可見，改變導(dǎo)通占空比a,就能夠控制斬波電路輸出電壓 U。的大小。 當(dāng)0 a1/2時(shí)為降壓，當(dāng)1/2 a- Fha;iDela*- _rttLst 1e an Y z - A3p：itudeendPcl;sd-tirmin; tiis al te:hniui uti.T lafhasft d ic rac&=.nd4d f u i ith a v*r : ab 11 t tp iLv*r. hi 1* iff:r uca ith a fis*dl itsc jslv-sr :r within idiscrete p:rticn &f a cod*l ueire a

5、variatie stsp silver,PcLis Tidth 斗 噸 E-tricd:pa sPt!9-fi 弓訂 e:FPVrut:r caratirs u 1-DAppLy昌宙PIP攤西脳令i：-r圖（5）控制脈沖占空比 33.3%從圖5可以看出，負(fù)載上平均電壓為10 V,波形為有少許波紋的直流電壓;理論計(jì)算：UoE E 10V，Uo與E極性相反；1仿真結(jié)果與升降壓斬波理論分析吻合。3、脈沖發(fā)生器中的脈沖寬度設(shè)置為脈寬的 66.6%,4、仿真結(jié)果如圖（6）所示：圖(6)控制脈沖占空比 66.6%從圖6可以看出，負(fù)載上平均電壓為 40 V,波形為有少許波紋的直流電壓; 解輸出10v時(shí)的占

6、空比Dc=1 /3則Lc=R/2(1-Dc)2Ts=10/2X(2/3) 2 X 1/20000=104uHC=V0DCTS/R U0=1/10 X 0.2 X 3X 20000=886uF輸入40v時(shí)的占空比為 Dc=2/3則Lc= R/2(1-Dc)2Ts=10/2X( 1/3) 2 X 1/2000=10.4uHC=V0DCTS/R U0=1/10 X 0.2 X 3X 20000=886uF4總結(jié)通過以上的仿真過程分析，可以得到下列結(jié)論：直流斬波電路可將直流電壓變換成固定的或可調(diào)的直流電壓，使用直 流斬波技術(shù)，不僅可以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的功能，而且還可以達(dá)到改善網(wǎng)側(cè)諧波和提 高功率因數(shù)的目的。直

7、流斬波技術(shù)主要應(yīng)用于已具有直流電源需要調(diào)節(jié)直流電壓的場(chǎng)合升降壓斬波電路(Boost- Buck Chopper)能夠方便的調(diào)節(jié)輸出電壓,由于輸出電壓為:U。ton etofftonton若改變導(dǎo)通比a，則輸出電壓可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低，當(dāng)0亦1/2時(shí)為降壓,當(dāng)1/2 a1時(shí)為升壓，輕松實(shí)現(xiàn)直流變換中的升壓和降壓作用，工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用廣泛。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(duì)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

8、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。采用 Matlab/Simulink 對(duì)直流斬波電路進(jìn)行仿真分析，避免了常規(guī)分析 方法中繁瑣的繪圖和計(jì)算過程，得到了一種較為直觀、快捷分析斬波電路的 新方法。同時(shí)其建模方法也適用于其他斬波電路的方針，只需對(duì)電路結(jié)構(gòu)稍 作改變即可實(shí)現(xiàn)，因此實(shí)用性較強(qiáng)。應(yīng)用 Matlab/Simulink 進(jìn)行仿真，在仿真過程中可以靈活改變仿真參數(shù)， 并且能直觀的觀察到仿真結(jié)果隨參數(shù)的變化情況，方便學(xué)習(xí)與研究。5 體會(huì)本次設(shè)計(jì)中我查閱了相關(guān)書籍、資料，首先對(duì)直流斬波電路有了大致的 掌握，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

9、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。進(jìn)一步復(fù)習(xí)了直流斬波電路的基本類型，包括降壓斬波電路、升壓斬波 電路、升降壓斬波電路等，理解了其工作原理，熟悉其原理圖及工作時(shí)的波 形圖，掌握了這幾種電路的輸入輸出關(guān)系、電路解析方法、工作特點(diǎn)，并在 理解的基礎(chǔ)上能對(duì)直流斬波電路進(jìn)行分析計(jì)算，加深了對(duì)直流斬波電路的掌握及應(yīng)用通過使用 Matlab 的可視化仿真工具 Simulink 對(duì)升降壓斬波 BoostBuck電路建立仿真模型，我更加熟悉了仿真庫(kù)里的原器件，增強(qiáng)了畫圖能力，使用SCOPES（示波器），可以在運(yùn)行方針時(shí)簡(jiǎn)明地觀察到仿真結(jié)果，還可將多個(gè)結(jié)果放在一起以便對(duì)比，使我體會(huì)到了Matlab的可視化仿真工具Simulink的功能的齊全及使用的便捷。同時(shí)在仿真建模的基礎(chǔ)上對(duì)升降壓斬波 Boost Buck電路進(jìn)行了詳細(xì)的仿真分析，將仿真波形與常規(guī)分析方法得到的結(jié)果 進(jìn)行比 較， 提高了 我設(shè)計(jì) 建模的能 力、分析 總結(jié)能力及加強(qiáng) 了 對(duì) Matlab/Simulink 軟件的熟練程度?？傊?，通過這次基于 MATLAB 的升壓 -降壓式變換器的仿真的設(shè)計(jì)，我 無論在理論分析上還是在建模仿真上都是受益頗多，體會(huì)到了 Matlab軟件在電力電子技術(shù)學(xué)習(xí)和研究中的應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)它也是能讓我們將理論與實(shí)踐 相結(jié)合、將所學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化聯(lián)系在一起的很好的工具，經(jīng)過仿真