matlab課程設(shè)計-直流斬波電路

1、直流斬波電路. 設(shè)計目的：1. 熟悉降壓斬波電路和升壓斬波電路的工作原理。2. 掌握兩種基本斬波電路的工作狀態(tài) , 學(xué)會應(yīng)用Matlab 的可視化工具 Simulink 建立電路的仿真模型的 方法，在此基礎(chǔ)上對升降壓斬波電路進(jìn)行詳細(xì)的分析， 以提高設(shè)計模型的能力及加強對 Matlab/Simulink 軟件 的熟練程度。3.了解電路圖的波形情況 , 認(rèn)真分析仿真結(jié)果，深刻 體會 Matlab 軟件對于電力電子電路設(shè)計的重要作用。二軟件介紹Simulink是MATLAB的一種可視化仿真工具，是 一種基于 MATLAB的框圖設(shè)計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng) 建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性

2、系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模 和仿真中。 Simulink 可以用連續(xù)采樣時間、離散采 樣時間或兩種混合的采樣時間進(jìn)行建模， 它也支持多 速率系統(tǒng)， 也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型， Simulink 提供了一 個建立模型方塊圖的圖形用戶接口 (GUI) ，這個創(chuàng)建 過程只需單擊和拖動鼠標(biāo)操作就能完成， 它提供了一 種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到 系統(tǒng)的仿真結(jié)果。Simulink 是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng) 域仿真和基于模型的設(shè)計工具。對各種時變系統(tǒng)，包 括通訊、控制、信號處理、 視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink

3、提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫 來對其進(jìn)行設(shè)計、仿真、執(zhí)行和測試。緊密集成，可 以直接訪問 MATLAB大量的工具來進(jìn)行算法研發(fā)、仿 真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的 定制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義。Simulink 是 Matlab 軟件下的一個附加組件，是一個用 來對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的 MATLAB件包。支持連續(xù)、離散以及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，同 時它也支持具有不同部分擁有不同采樣率的多種采樣速 率的仿真系統(tǒng)。在其下提供了豐富的仿真模塊。其主要 功能是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、方針與分析，可以預(yù)先對系 統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，按仿真的最佳效果來調(diào)試及整定控制 系統(tǒng)的

4、參數(shù)。 Simulink 仿真與分析的主要步驟按先后順 序為為 : 從模塊庫中選擇所需要的基本功能模塊， 建立結(jié) 構(gòu)圖模型，設(shè)置仿真參數(shù)，進(jìn)行動態(tài)仿真并觀看輸出結(jié) 果，針對輸出結(jié)果進(jìn)行分析和比較。主要步驟：根據(jù)給出的技術(shù)要求，確定總體設(shè)計方案。從軟件中選擇具體的元件，進(jìn)行硬件系統(tǒng)的設(shè)計。進(jìn)行相應(yīng)的電路設(shè)計，完成相應(yīng)的功能。進(jìn)行調(diào)試與修改。撰寫課程設(shè)計說明書。電路介紹 直流斬波電路的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩?調(diào)電壓的直流電 , 也稱為直接直流 - 直流變換器。直流斬 波電路一般是指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟姷那闆r，不包括直流-交流-直流的情況，且甚至更多地指后一種 情況。直流斬波電路包

5、括：降壓斬波電路、生涯斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、Cuk斬波電路、Sepic 斬波電路和Zeta斬波電路，其中前兩種電路是最它在電 源的設(shè)計上有很重要的應(yīng)用。一般來說，斬波電路的實 現(xiàn)都要依靠全控型器件。在這里，我所設(shè)計的是基于IGBT的降壓斬波短路和升壓斬波電路。直流降壓斬波電路主要分為三個部分，分別為主電路模 塊，控制電路模塊和驅(qū)動電路模塊。電路的結(jié)構(gòu)框圖如 下圖（圖1）所示。電源驅(qū)動電路觸發(fā)電路主電路圖1電路結(jié)構(gòu)框圖除了上述主要結(jié)構(gòu)之外，還必須考慮電路中電力電 子器件的保護(hù)，以及控制電路與主電路的電器隔離。13主電路是整個斬波電路的核心，降壓過程就由此模塊完成。其原理圖如圖所

6、示+Ui-Ct R Uo降壓斬波電路(Buck)原理圖iL+Ui -riLUi-T導(dǎo)通T關(guān)斷主電路原理圖如圖，IGBT在控制信號的作用下開通與關(guān)斷。開通時,二極管截止，電流io流過大電感L,電源給電感充電,同時為負(fù)載供電。而IGBT截止時，電感L開始放電為負(fù)載供電，二極管VD導(dǎo)通，形成回路。IGBT以這種方式不斷重復(fù)開通和關(guān)斷，而電感 L足夠大，使得負(fù)載電流連續(xù)，而電壓斷續(xù)。從總體上看，輸出電壓的平均值減小了。輸出電壓與輸入電壓之比a由控制信號的占空比來決定。這也就是降壓斬波電路的工作原理。根據(jù)降壓斬波電路原理圖，建立降壓斬波電路仿真模型,如下:*! 1PihHJ L匚 brar Dh _*=

7、? UBS A論Ha i-H-na rkSenH f lC時4 &I.C fir*MEF!*降壓斬波的典型波形如圖所示。rt-l - I- LJELF 匕nararmT n n降壓電路波形圖Innnf?uu=if 1IL丄U jIIll門r占空比50%在電力電子設(shè)計過程中利用 MATLAB來進(jìn)行仿真建 模分析有很大的好處，它不但非常方便而且能夠在很大 程度范圍內(nèi)減少因設(shè)計問題而造成的浪費。這里的仿真主要是運用MATLAB件中的simulink 工具。先從simulink的元件庫中找到需要用的元件，然 后搭建相應(yīng)的主電路，設(shè)置好參數(shù)后即可進(jìn)行仿真。根據(jù)題目要求輸出電壓平均值為 300V,電阻為2

8、0 Q, 電感3e-4,電容470e-6。這里是首先指定電源為 300V直流。則最大占空比為50%先用純電阻負(fù)載。如圖為升壓斬波電路原理圖L/YYYZuoT根據(jù)升壓斬波電路原理圖，建立升壓斬波電路仿真模型,如下:CioieH. =1S-：O&：MserlSOM17FIGET9 T -=Dt-ZEthFl沖2由IGBT構(gòu)成的直流降壓斬波電路的建模和參數(shù)設(shè)置: 1、電壓源U=300V 2、IGBT、二極管都按其原有的數(shù)值進(jìn)行設(shè)置。3、負(fù)載參數(shù) R=20Q, L=3e-4, C=470e-6 4、開關(guān)頻率20KHZ開關(guān)信號占空比 D=50% 運行之后可以得到如圖所示的升壓斬波電路波形圖LD4UWh

9、-W卜iW d WA y右 / Z /IC刖/ / 4升壓斬波電路的基本原理1、升壓斬波電路的工作原理(1)假設(shè)L和C值很大(2)V處于通態(tài)時，電源E向電感L充電，電流恒定H, 電容C向負(fù)載R供電，輸出電壓U0恒定。(3) V處于斷態(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。升壓斬波電路能使輸出電壓高于電源電壓的原因是 L 儲能之后具有使電壓泵升的作用 二是電容C可將輸出電壓保持住 以上分析中，認(rèn)為V通態(tài)期間因電容C的作用使得輸出 電壓UO不變，但實際C值不可能無窮大，在此階段其向 負(fù)載放電， Uo 必然會有所下降， 故實際輸出電壓會略低。五實驗心得通過這次對直流斬波電路的課程設(shè)計， 我對斬波電路 有了更加清晰的認(rèn)識，同時也對IGBT的驅(qū)動電路和保護(hù) 電路也有了更深刻的認(rèn)識，另外，在做設(shè)計的過程中我 也學(xué)會了用一些基本元部件進(jìn)行建模的基本方法，加深 了對課本知識的進(jìn)一步理解。同時這次課程設(shè)計應(yīng)用到 MATLAB件，設(shè)計時借助MATLAB軟件進(jìn)行系統(tǒng)模型仿真，進(jìn)一步熟悉了 MATLAB 語言及其應(yīng)用，用該軟件對該電路