直流升降壓變流器設(shè)計(jì)與仿真

1、皖西學(xué)院（電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)）設(shè)計(jì)說明書班級(jí)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)老師：起止日期： 2014 年 月 日 至 2014年 月 日電氣工程及其自動(dòng)化 目錄一、摘要。二、設(shè)計(jì)目的和意義 。三、設(shè)計(jì)原理:升降壓斬波電路(Boost-Buck Chopper)工作原理。四、詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟。五、設(shè)計(jì)結(jié)果及分析。六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)。MATLAB的升壓降壓式變換器的仿真 一、摘要直流斬波電路就是將直流電壓變換成固定的或可調(diào)的直流電壓，也稱DC/DC變換器。使用直流斬波技術(shù)，不僅可以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓功能，而且還可以達(dá)到改善網(wǎng)側(cè)諧波和提高功率因素的目的。直流斬波技術(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。直流斬波包括降壓斬

2、波電路、升壓斬波電路和升降壓斬波電路。而利用升壓降壓變換器，既可以實(shí)現(xiàn)升壓，也可以實(shí)現(xiàn)降壓。關(guān)鍵詞：matlab、升壓、降壓、斬波。二、設(shè)計(jì)目的和意義通過對(duì)升壓-降壓（Boost-Buck）式變換器電路理論的分析，建立基于Simulink的升壓-降壓式變換器的仿真模型，運(yùn)用絕緣柵雙極晶體管（IGBT）對(duì)升壓降壓進(jìn)行控制，并對(duì)工作情況進(jìn)行仿真分析與研究。通過仿真分析驗(yàn)證所建模型的正確性。三、設(shè)計(jì)原理升壓-降壓式變換器電路圖如圖1所示。圖1 升壓-降壓式變換器電路設(shè)電路中電感L值很大，電容C值也很大，使電感電流和負(fù)載電壓基本為恒值。設(shè)計(jì)原理是：當(dāng)可控開關(guān)V出于通態(tài)時(shí)，電源經(jīng)V向電感L供電使其貯存能

3、量，此時(shí)電流為，方向如圖1中所示。同時(shí)，電容C維持輸出電壓基本恒定并向負(fù)載R供電。此后，使V關(guān)斷，電感L中貯存的能量向負(fù)載釋放，電流為，方向如圖1中所示?？梢姡?fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反，因此該電路也稱作反極性斬波電路。穩(wěn)定時(shí)，一個(gè)周期T內(nèi)電感L兩端電壓對(duì)時(shí)間的積分為零 則 ： 當(dāng)V處于通態(tài)期間時(shí)，；而當(dāng)V處于端態(tài)期間時(shí)， 。于是，所以輸出電壓為:其中=1-，若改變導(dǎo)通比，則輸出電壓既可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當(dāng)0<<0.5時(shí)為降壓，當(dāng)0.5<<1時(shí)為升壓，如此可以實(shí)現(xiàn)升壓-降壓的變換，該電路稱作升降壓斬波電路即升降壓變換器。圖2中給出了電源

4、電流和負(fù)載電流的波形，設(shè)兩者的平均值分別為和，當(dāng)電流脈動(dòng)足夠小時(shí)，有 可得如下圖2 升降壓電路電源電流及負(fù)載電流波形 如果V、VD為沒有損耗的理想開關(guān)時(shí)，則: ，其輸出功率和輸入功率相等，可將其看作直流變壓器。四、詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟 1、理解升降壓變換電路。 當(dāng)可控開關(guān)V處于通態(tài)時(shí)，電源經(jīng)V向電感L供電使其貯存能量，此時(shí)電流為，同時(shí)電容C維持輸出電壓基本恒定并向負(fù)載R供電。此后，使V關(guān)斷，電感L中貯存的能量向負(fù)載釋放，電流為。 2、熟悉MATLAB仿真工具的各種功能運(yùn)用。 熟悉了仿真軟件之后，結(jié)合軟件將升壓-降壓式變換器由電路圖轉(zhuǎn) 換成為能夠在MATLAB環(huán)境下仿真的模型。 3、在MATLAB中的S

5、imulink下畫出仿真模型。 圖3 升壓-降壓式變化器仿真電路模型圖4、修改參數(shù)。 IGBT參數(shù)的設(shè)置如圖Diode參數(shù)設(shè)置如圖所示仿真算法選擇ode23tb算法，將相對(duì)誤差設(shè)置為1e-3，開始仿真時(shí)間設(shè)置為0.0s，停止時(shí)間設(shè)置為0.003s，如下圖1-6所示。直流電源為200V,電感L為0.2mH，電容為100F，電阻為5 5、運(yùn)行仿真。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。運(yùn)行停止后，雙擊示波器模型（Scope），即可觀察到仿真結(jié)果。五、設(shè)計(jì)結(jié)果及分析通過仿真運(yùn)行，可以觀察到仿真結(jié)果如下。圖2-1為Scope6顯示二極管的電流波形，圖2-2為Scope3顯示IGBT的電流波形，圖2-3為Scope4顯示

6、的電感電流波形，圖2-4為Scope1顯示負(fù)載電壓Uo波形。先進(jìn)行降壓調(diào)節(jié)，直流電源電壓設(shè)置為200V。設(shè)置脈沖寬度為30%，即導(dǎo)通比=0.3，小于0.5，仿真結(jié)果如下： 圖2-1 二極管電流波形 圖2-2 IGBT的電流波形 圖2-3 電感的電流波形 圖2-4 負(fù)載電壓U0波形 進(jìn)行升壓調(diào)節(jié)，將脈沖發(fā)生器的脈沖寬度調(diào)節(jié)為65%，即=0.65。 圖2-1' IGBT的電流波形二極管電流波形電感電流波形電感電壓的波形負(fù)載Uo的波形 分析： 分析仿真結(jié)果可得：改變導(dǎo)通比的大小，當(dāng)0<<0.5時(shí)為降壓，當(dāng)0.5<<1時(shí)為升壓，如此可以實(shí)現(xiàn)升壓-降壓的變換。 仿真中，當(dāng)

7、= 0.3時(shí)輸出電壓比電源電壓低，仿真得到的負(fù)載電壓在示波器顯示中數(shù)值在60V時(shí)保持穩(wěn)定，達(dá)到了降壓的效果，波形為有少許波紋的直流電壓；當(dāng)=0.65時(shí)輸出電壓比電源電壓高，仿真得到的負(fù)載電壓在示波器顯示中數(shù)值在200V時(shí)保持穩(wěn)定，達(dá)到了升壓的效果，波形為有少許波紋的直流電壓。所以，該電路及仿真模型能夠?qū)崿F(xiàn)升壓-降壓的變換。六、總結(jié) 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、

8、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BoostBuck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。 總之，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