電力電子技術(shù)課程設(shè)計分析解析

1、高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源已廣泛運用于基礎(chǔ)直流電源、交流電源、各種工業(yè)電源，通信電源、通信電源、逆變電源、計算機電源等。它能把電網(wǎng)提供的強電和粗電,它是現(xiàn)代電子設(shè)備重要的“心臟供血系統(tǒng)”。BUCK變換器是開關(guān)電源基本拓撲結(jié)構(gòu)中的一種，BUCK變換器又稱降壓變換器，是一種對輸入輸出電壓進行降壓變換的直流斬波器，即輸出電壓低于輸入電壓，由于其具有優(yōu)越的變壓功能，因此可以直接用于需要直接降壓的地方。關(guān)鍵詞：穩(wěn)壓電源；buck變換器IJ"電力電子技術(shù)課程設(shè)計報告一一基于matlab仿真的buck電路的設(shè)計AbstractHasbeenwidelyusedintheDCpowersupply,ACpow

2、ersupply,industrypowersupplyofhighfrequencyswitchingpowersupply,communicationpowersupply,communicationpowersupply,inverterpowersupply,computerpowersupplyetc.Itcanprovidehighpowerandcoarsegridelectricity,itisanimportantsystemofmodernelectronicequipment"thebloodflowtotheheart".BUCKconverteri

3、saswitchforpowersupplythebasictopologyofBUCKconverter,alsocalledbuckconverter,aDCchopperforbucktoinputandoutputvoltage,theoutputvoltageislessthantheinputvoltage,becauseofitsvariablefunctionsuperior,therefore,itcanbedirectlyusedfortheneedfordirectstep-downplace.Keyword：regulatedpowersupply；BUCKconver

4、ter摘要IAbstractII第一章設(shè)計目的與要求11、設(shè)計目的12、設(shè)計要求1第二章主電路設(shè)計與元件參數(shù)選型21、主電路設(shè)計22、IGBT驅(qū)動電路簡介33、元件參數(shù)選型3第三章系統(tǒng)建模與仿真51、MATLAB仿真簡介52、主電路建模53、控制電路的實現(xiàn)104、仿真中出現(xiàn)的問題以及解決方法11第四章仿真結(jié)果分析14第五章設(shè)計小結(jié)15第六章參考文獻16叭詼吶iwtw跖“吟電力電子技術(shù)課程設(shè)計報告一一基于matlab仿真的buck電路的設(shè)計第一章設(shè)計目的與要求1、降壓斬波電路的設(shè)計目的、通過對降壓斬波電路(buckchopper)的設(shè)計，掌握buckchopper電路的工作原理，綜合運用所學(xué)知識

5、，進行buckchopper電路和系統(tǒng)設(shè)計的能力。(2) 、了解與熟悉buckchopper電路拓撲、控制方法。(3) 、理解和掌握buckchopper電路及系統(tǒng)的主電路、控制電路和保護電路的設(shè)計方法，掌握元器件的選擇計算方法。(4) 、具有一定的電力電子電路及系統(tǒng)實驗和調(diào)試的能力。2、降壓斬波電路的設(shè)計要求、計內(nèi)容：對BuckChopper電路的主電路和控制電路進行設(shè)計，參數(shù)如下:直流電壓E=380V,反電動式E1=48V,輸出功率為5KW。(2)設(shè)計要求(a) 理論設(shè)計：了解掌握BuckChopper電路的工作原理，設(shè)計BuckChopper電路的主電路和控制電路。包括：IGBT電流，電

6、壓額定的選擇，畫出完整的主電路原理圖和控制電路原理圖、列出主電路所用元器件的明細表。(b) 仿真實驗：利用MATLAB仿真軟件對BuckChopper電路主電路和控制電路進行仿真建模設(shè)計第二章主電路設(shè)計與元件參數(shù)選型1、主電路設(shè)計降壓斬波電路主電路工作原理圖如下:圖一：降壓斬波電路主電路工作原理圖第3頁:為V處于通態(tài)的J"電力電子技術(shù)課程設(shè)計報告一一基于matlab仿真的buck電路的設(shè)計現(xiàn)負載電流斷續(xù)的情況。負載電壓U0平均值會被抬高，一般不希望出現(xiàn)電流斷續(xù)的情況。2、IGBT驅(qū)動電路簡介IGBT是三端器件，具有柵極G，集電極C和發(fā)射極E。它是個場控器件，通斷由柵射極電壓Uge決定

7、。Uge大于開啟電壓Uge(th)時，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導(dǎo)通。通態(tài)時電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻R減小，使通態(tài)壓降減小。當(dāng)柵射極間施加反壓或不加信號時，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。一般IGBT的開啟電壓Uge(th)在25度時為26V左右，而實際一般驅(qū)動電壓取1520V，且關(guān)斷時施加一定幅值的負驅(qū)動電壓，有利于減小關(guān)斷時間和關(guān)斷損耗。在柵極串入一只低值電阻有利于減小寄生振蕩，該電阻值應(yīng)隨被驅(qū)動器件電流定額值的增大而減小。3、元件參數(shù)選型有題目知P=5000W,U=380V,E=0V,U2=48V，所以負載電阻R=22Q，占空比為12

8、.6%，有頻率f=5KHZ，所以T=l/f=0.0002S。由于反電動勢E=0所以m=E/E=0。m(1) IGBT的選擇：因為本電路設(shè)計的E=48V,因此根據(jù)P=5000W，U=104V，由于晶閘管安全域量可知所選IGBT的額定電壓與額定電流分別為200-300V、50A-100A。(2) 柵極串聯(lián)電阻Rg的阻值：根據(jù)IGBT的選擇，由可知知R的值為10歐。(3) 其他元器件的選擇標準如下：二極管額定電壓50V電流有:etjt1EEeap11-m=m(eT/t1丿RIep(、1e11/tEE11、eapmmi1et/tRR1ep丿1020式中,p=T/Tt代1=ap第7頁(4) 電感取很大。

9、第三章系統(tǒng)建模與仿真1、MATLAB仿真簡介MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB的優(yōu)勢如下：(1) 友好的工作平臺和編程環(huán)境；(2) 簡單易用的程序語言；(3) 強大的科學(xué)計算機數(shù)據(jù)處理能力；(4) 出色的圖形處理功能；(5) 應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱；(6) 實用的程序接口和發(fā)布平臺；(7) 應(yīng)用軟件開發(fā)(包括用戶界面)。2、主電路建模(1)在simulink平臺下新建一個m文件JMSimulinkLibraryBowserFileE

10、ditViewHelpQ陽CommonlyUsedBlocks:simulinkj'ComncnlyUsedBlocksFileEditViewSimulationFormatToolsuntitledHelp|100iNormal三|鳥鶴圍越幽鮭風(fēng)眩舍®Bi±KIfiFlfiEl-HHe-He-HElHElHElH田SimulinkaCommonlyUsedBlocksContinuchjsDiscontinuitiesDiscreteLogicandBitOperationsLookupTablesMathOperaticnsModelVerificationM

11、odel-WideUtilitiesPorts&SubsystemsSignalAttributesSignalRoutingSinksSourcesUser-DefinedFunctionsAdditionalMath&DiscreteAerospaceBlocksetCDMAReferenceBlocksetCommunicationsBlocketControlSystemToolboxDials&GaugesBlocksetEmbeddedTargetforInfineonEmbeddedTargetforMotoroEmbeddedTargetforMotor

12、oEmbeddedTargetforOSEIVVEmbeddedTargetforTIC200IvReadyCommonlyUsedBlocksCoritinuousDiscontirmitiesDiscreteLogicandFitOperatiorisLookupTablesMathOpei'ationsModelVeri£icationModel-WideUtilitiesFortz&SubsystemsSignalAttributesSigrialRoutingSinks(100%IIIode45(2)根據(jù)主電路在matlab中搭建模塊SimulinkLibr

13、aryBrowserFileEditViewHelpHuntitled*-nFileEditViewSimulationFormatToolsHelpIofQXIte®|£>Q|ioo|nz3密囪囤聆蘭|貝凰na令®Scope：5iau1ink/Cozoon1yUsedBlocks/Scope田田田田田田田田田田田田田田<HHHHHHHHHHHHHLookupTables如MathOperations型ModelVerification魚Model-WideUtilitiesB-lPorts&Subsystems魚SignalAttribute

14、s型SignalRoutinggSinks魚Sources型User-DefinedFunctions蟄AdditionalMath&DiscreteAerospaceBlocksetCDMAReferenceBlocksetCommunicationsBlocksetControlSystemToolboxDials&GaugesBlocksetEmbeddedTargetforInfineonEmbeddedTargetforMotoroEmbeddedTargetforMotoroEmbeddedTargetforOSEK/VEmbeddedTargetforTIC20O

15、EmbeddedTargetforTIC60OFuzzyLogicToolboxLinkforModelSimModelPredictiveControlToollNeuralNetworkBlocksetRFBlocksetIntegratorLogicalOperatm-MtikOutlProductFielatianalOperatci-g'SubsystemSUHISwitchTei'iTiinatorUnitDelayReadyReadyPulseGeneratorCurrentMeasurementParallelRLCBranchDCVoltageSourceDi

16、odeSoopeVoltageMeasurementnCIEnIGBT1100%IIIode45圖三Scope增加引腳電力電子技術(shù)課程設(shè)計報告一一基于matlab仿真的buck電路的設(shè)計圖四根據(jù)原理圖，設(shè)置相關(guān)的參數(shù)，其中U=380V,PWM的占空比為12.6%（根據(jù)計算可得），電阻取值22歐姆，電感取值很大，搭建的matlab模型如下圖：第9頁圖五：占空比調(diào)節(jié)BlockPnbmeters:DCVoltageSourceC<VcltaeScuzDefinask/.link-ZdealC<vo-Ltagee-dutce.ParazaeteiEAzifpLitude(Vj:|3BCVe

17、helltEventsXnaeOKCancelHelpApply圖六：設(shè)置輸入信號大小WuhanInstituteofTechnology電力電子技術(shù)課程設(shè)計扌報告基于matlab仿真的buck電路的設(shè)計第13頁BlockParameters:ParallelRLCBranchParallelKLCEranch（mask-link；ZziplezientEa.paralLELKLCtianoh.ParazaeteiEReEiztanE-eROhzaE:p.ZZZZZZZZ'-ZaduDtanceL（H）:CapaitaRceC（F）:Le-.2MeaEuiEzientENoneAj&g

18、t;ply圖七：設(shè)置電感值圖八：設(shè)置電阻值圖九：設(shè)置g級電阻值IGBTPulseGenEratc-rseriesDCVoltageSource(3)調(diào)試結(jié)果CurrentMeasurement!iL«<SenesR.Diod已j已已asureme_CBranchiSdc-ceIContinuouspovjergui圖十：仿真模型圖輸出電壓u波形圖3、控制電路的實現(xiàn)在本設(shè)計中，IGBT的驅(qū)動采用了東芝公司的TLP250芯片。TLP250前端最小導(dǎo)通電流為5mA，供電電壓為1035V，輸出電流可達1.5A，隔離電壓可達2500V，額定工作頻率為25KHz。據(jù)此，T1P250滿足設(shè)計

19、要求，并且外圍電路簡單，工作穩(wěn)定可靠。IGBT的驅(qū)動電路如圖所示。PWM信號輸入TLP250，然后，TLP250從G1和E1輸出IGBT的驅(qū)動信號，G1和E1分別接到IGBT的柵極和發(fā)射極。第#頁WuhanInstituteofTechnology電力電子技術(shù)課程設(shè)計扌報告基于matlab仿真的buck電路的設(shè)計為了使IGBT可以加快關(guān)斷速度，使系統(tǒng)運行更加可靠，當(dāng)IGBT關(guān)斷時，使柵極和發(fā)射極之間為負電壓。在電路中，采用9V的穩(wěn)壓管Z1，供電電壓為24V。當(dāng)前端輸入導(dǎo)通時，柵極和發(fā)射極之間產(chǎn)生15V電壓，驅(qū)動IGBT導(dǎo)通；當(dāng)前端輸入關(guān)斷時，柵極和發(fā)射極之間產(chǎn)生負9V的電壓，加快了IGBT的關(guān)

20、斷，保證了系統(tǒng)的可靠運行。4、仿真中出現(xiàn)的問題以及解決方法(1) 剛開始進去的時候沒有設(shè)置仿真參數(shù)，在查閱了相關(guān)的步驟以及相關(guān)的資料后，設(shè)置了算法參數(shù)、仿真的開始時間和停止時間，設(shè)置的算法為ob23tb算法。(2) 出現(xiàn)如圖所示的結(jié)果r邑SimulationDiagnostics:untitled9xiugai6疤解決方法：在輸入信號加入一個simulinksaturation模塊用于限制輸入值的范圍。(3) scope引腳的添加方法(4) Thediagrammustcontainapowerguiblock.Theblockmustbenamedpowerguiandshouldbeloc

21、atedatthehighestlevelofyourdiagramwhereSimPowerSystemsblocksarefound.和Errorin'untitled/VoltageMeasurement':Initializationcommandscannotbeevaluated.解決方法：找個powergui加到模型中即可（該模塊位于SimPowerSystems模塊集的powerlib庫中，不同版本的組織形式可能有調(diào)整，找不到的話搜索一下）。可以放在模型的任意位置，也不需要任何設(shè)置。（5）Anerroroccurredwhilepropagatingdataty

22、pe'boolean'fromblock'mkkzql/Subsystem/FuzzyLogicControllerwithRuleviewer/FuzzyLogicController/FISWizard/Defuzzificationl/ZeroStrength(COA)',outputport1。解決方法：在simulation/simulationparameter/advanced/booleanlogicsignals選擇off就可以了(6)matlab的.m文件保存的命名規(guī)則：1. 文件名命名要用英文字符，第一個字符不能是數(shù)字或下劃線2. 文件名不

23、要取為matlab的一個固有函數(shù),m文件名的命名盡量不要是簡單的英文單詞，最好是由大小寫英文/數(shù)字/下劃線等組成。原因是簡單的單詞命名容易與matlab內(nèi)部函數(shù)名同名，結(jié)果會出現(xiàn)一些莫名其妙的錯誤。3、文件存儲路徑一定為英文4、m文件起名不能為兩個單詞，如threephase，應(yīng)該寫成three_phase或者ThreePhase第17頁第四章仿真結(jié)果分析1、仿真結(jié)果根據(jù)電壓電流的波形，首先由電壓的波形可知輸出電壓的平均值為4050V之間，而輸出的電流90100A之間，兩者的乘積接近5000W，滿足設(shè)計到要求。2、結(jié)果分析本實驗在基于Matlab環(huán)境下進行，實驗的結(jié)果和理論計算的結(jié)果相差不大，

24、但相對于實際來講，可能會有很大的偏差，例如中間環(huán)節(jié)的PWM信號的產(chǎn)生，在實際的操作起來可能比就難以控制，需要選擇和合適的芯片，否則產(chǎn)生的諧波會對后期的波形產(chǎn)生干擾，還有就是一些器件的選型，在本報告中只是理論的計算，還需要參照更多的資料和論文來進行更為合適的選擇，對于最后的仿真結(jié)果和我們理論所計算的結(jié)果是相吻合的，真正的實現(xiàn)了buck電路的降壓功能。而所有的這些占據(jù)最大的是IGBT驅(qū)動電路的設(shè)計，這一步對整個電路的實現(xiàn)起著舉足輕重的作用，大的方面講，是需要一定的占空比來輸出我們的信號，但上升到小的方面，就要求我們對開關(guān)管設(shè)置一定的開關(guān)速度，并且是合適的，以達到我們所需要的結(jié)果。J"電力電子技術(shù)課程設(shè)計報告一一基于matlab仿真的buck電路的設(shè)計第五章設(shè)計小結(jié)做課程設(shè)計我們都感覺入手比較困難，因為它首先要求你對所學(xué)的知識都要弄懂，并且能將其聯(lián)系貫穿起來，因此課程設(shè)計是綜合性比較強的。這次的電力電子課程設(shè)計是我做的最辛苦的一次，主要的原因是這次試驗要求我們學(xué)習(xí)兩個從來就沒有接觸過的軟件。而且時間還是有那么緊。首先把設(shè)計任