電力電子升降壓變換器課程設計

1、1 緒論電力電子技術課程是一門專業(yè)技術基礎課，電力電子技術課 程設計是電力電子技術課程理論教學之后的一個實踐教學環(huán)節(jié)。 其目 的是訓練學生綜合運用學過的變流電路原理的基礎知識， 獨立完成查 找資料、選擇方案、設計電路、撰寫報告的能力，使學生進一步加深 對變流電路基本理論的理解和基本技能的運用， 為今后的學習和工作 打下堅實的基礎。電力電子技術課程設計是配合變流電路理論教學，為自動化 專業(yè)開設的專業(yè)基礎技術技能設計， 課程設計對自動化專業(yè)的學生是 一個非常重要的實踐教學環(huán)節(jié)。 通過設計能夠使學生鞏固、 加深對變 流電路基本理論的理解， 提高學生運用電路基本理論分析和處理實際 問題的能力，培養(yǎng)學生

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 用Matlab的可視化仿真工具Simulink建立了電路的仿真模型，在此基礎上對升降 壓斬波Boost Buck電路進行了較詳細的仿真分析。本文分析了升降壓斬波電路的工作原理，又用Matlab 對升壓-降壓變換器進行了仿真建模，最后對仿真結(jié)果進行了分析總結(jié)。2

3、升降壓斬波電路的設計2.1升降壓斬波電路工作原理（1）V通時，電源E經(jīng)V向L供電使其貯能，此時電流為i1。同時，C 維持輸出電壓恒定并向負載 R供電。（2）V斷時，L的能量向負載釋放，電流為i2。負載電壓極性為上負下 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)量關系:穩(wěn)態(tài)時，一個周期T內(nèi)電感L兩端電壓uL對時間的積分為零，即：Tu L d t00 L t當V處于通態(tài)時，Ul E ；當V處于斷態(tài)時，UlUo ；于是：Et onU 0toff所以輸出電壓為：U0 ton Eto

4、n EEtoffTton1由此可見，改變導通占空比a,就能夠控制斬波電路輸出電壓 U。的大小。 當0 a1/2時為降壓，當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，不僅可以實現(xiàn)調(diào)壓的功能，而且還可以達到改善網(wǎng)側(cè)諧波和提 高功率因數(shù)的目的。直

7、流斬波技術主要應用于已具有直流電源需要調(diào)節(jié)直流電壓的場合升降壓斬波電路(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0亦1/2時為降壓,當1/2 a1時為升壓，輕松實現(xiàn)直流變換中的升壓和降壓作用，工業(yè)生產(chǎn)應用廣泛。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 行了詳細分析，與采用常規(guī)電路分析方法所得到

8、的輸出電壓波形進行比較， 進一步驗證了仿真結(jié)果的正確性。采用 Matlab/Simulink 對直流斬波電路進行仿真分析，避免了常規(guī)分析 方法中繁瑣的繪圖和計算過程，得到了一種較為直觀、快捷分析斬波電路的 新方法。同時其建模方法也適用于其他斬波電路的方針，只需對電路結(jié)構稍 作改變即可實現(xiàn)，因此實用性較強。應用 Matlab/Simulink 進行仿真，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，方便學習與研究。5 體會本次設計中我查閱了相關書籍、資料，首先對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。進一步復習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的波 形圖，掌握了這幾種電路的輸入輸出關系、電路解析方法、工作特點，并在 理解的基礎上能對直流斬波電路進行分析計算，加深了對直流斬波電路的掌握及應用通過使用 Matlab 的可視化仿真工具 Simulink 對升降壓斬波 BoostBuck電路建立仿真模型，我更加熟悉了仿真庫里的原器件，增強了畫圖能力，使用SCOPES（示波器），可以在運行方針時簡明地觀察到仿真結(jié)果，還可將多個結(jié)果放在一起以便對比，使我體會到了Matlab的可視化仿真工具Simulink的功能的齊全及使用的便捷。同時在仿真建模的基礎上對升降壓斬波 Boost Buck電路進行了詳細的仿真分析，將仿真波形與常規(guī)分析方法得到的結(jié)果 進行比 較， 提高了 我設計 建模的能 力、分析 總結(jié)能力及加強 了 對 Matlab/Simulink 軟件的熟練程度。總之，通過這次基于 MATLAB 的升壓 -降壓式變換器的仿真的設計，我 無論在理論分析上還是在建模仿真上都是受益頗多，體會到了 Matlab軟件在電力電子技術學習和研究中的應用價值，同時它也是能讓我們將理論與實踐 相結(jié)合、將所學知識系統(tǒng)化聯(lián)系在一起的很好的工具，經(jīng)過仿真