升降压直流斩波电路及matlab仿真.doc

电力电子课程设计1目录绪论………………………………………………………………….3一．降压斩波电路…………………………………………………6二．直流斩波电路工作原理及输出输入关系……………12三．Dc／DC变换器的设计…………………………………………18四．测试结果…………………………………………………………19五．直流斩波电路的建模与仿真29六．课设体会与总结30七．参考文献…………………………………………………………31电力电子课程设计2绪论1.电力电子技术的内容电力电子学,又称功率电子学(PowerElectronics)。它主要研究各种电力电子器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或装置，以完成对电能的变换和控制。它既是电子学在强电(高电压、大电流)或电工领域的一个分支，又是电工学在弱电(低电压、小电流)或电子领域的一个分支，或者说是强弱电相结合的新科学。电力电子学是横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域的一个新兴工程技术学科。电有直流(DC)和交流(AC)两大类。前者有电压幅值和极性的不同，后者除电压幅值和极性外，还有频率和相位的差别。实际应用中，常常需要在两种电能之间，或对同种电能的一个或多个参数(如电压，电流，频率和功率因数等)进行变换。变换器共有四种类型：交流-直流(AC-DC)变换：将交流电转换为直流电。直流-交流(DC-AC)变换：将直流电转换为交流电。这是与整流相反的变换，也称为逆变。当输出接电网时，称之为有源逆变；当输出接负载时，称之为无源逆变。交-交(AC-AC)变换，将交流电能的参数(幅值或频率)加以变换。其中：改变交流电电力电子课程设计3压有效值称为交流调压；将工频交流电直接转换成其他频率的交流电，称为交-交变频。直流-直流(DC-DC)变换，将恒定直流变成断续脉冲输出，以改变其平均值。2.电力电子技术的发展在有电力电子器件以前，电能转换是依靠旋转机组来实现的。与这些旋转式的交流机组比较,利用电力电子器件组成的静止的电能变换器,具有体积小、重量轻、无机械噪声和磨损、效率高、易于控制、响应快及使用方便等优点。1957年第一只晶闸管—也称可控硅(SCR)问世后，因此,自20世纪60年代开始进入了晶闸管时代。70年代以后，出现了通和断或开和关都能控制的全控型电力电子器件(亦称自关断型器件)，如：门极可关断晶闸管(GTO)、双极型功率晶体管(BJT/GTR)、功率场效应晶体管(P-MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等。控制电路经历了由分立元件到集成电路的发展阶段。现在已有专为各种控制功能设计的专用集成电路，使变换器的控制电路大为简化。微处理器和微型计算机的引入，特别是它们的位数成倍增加，运算速度不断提高，功能不断完善，使控制技术发生了根本的变化，使控制不仅依赖硬件电路，而且可利用软件编程，既方便又灵活。各种新颖、复杂的控制策略和方案得到实现，并具有自诊断功能，并具有智能化的功能。将新的控制理论和方法应用在变换器中。综上所述可以看出，微电子技术、电力电子器件和控制理论则是现代电力电子技术的发展动力。3.电力电子技术的重要作用电力电子课程设计4(1)优化电能使用。通过电力电子技术对电能的处理，使电能的使用达到合理、高效和节约，实现了电能使用最佳化。例如，在节电方面，针对风机水泵、电力牵引、轧机冶炼、轻工造纸、工业窑炉、感应加热、电焊、化工、电解等14个方面的调查，潜在节电总量相当于1990年全国发电量的16%，所以推广应用电力电子技术是节能的一项战略措施，一般节能效果可达10%-40%，我国已许多装置列入节能的推广应用项目。(2)改造传统产业和发展机电一体化等新兴产业。据发达国家预测，今后将有95%的电能要经电力电子技术处理后再使用，即工业和民用的各种机电设备中，有95%与电力电子产业有关，特别是，电力电子技术是弱电控制强电的媒体，是机电设备与计算机之间的重要接口，它为传统产业和新兴产业采用微电子技术创造了条件，成为发挥计算机作用的保证和基础。(3)电力电子技术高频化和变频技术的发展，将使机电设备突破工频传统，向高频化方向发展。实现最佳工作效率，将使机电设备的体积减小几倍、几十倍，响应速度达到高速化，并能适应任何基准信号，实现无噪音且具有全新的功能和用途。(4)电力电子智能化的进展，在一定程度上将信息处理与功率处理合一，使微电子技术与电力电子技术一体化，其发展有可能引起电子技术的重大改革。有人甚至提出，电子学的下一项革命将发生在以工业设备和电网为对象的电子技术应用领域，电力电子技术将把人们带到第二次电子革命的边缘。4.电力电子技术课程的学习要求(1)熟悉和掌握常用电力电子器件的工作机理、特性和参数，能正确选择和使用它们。(2)熟悉和掌握各种基本变换器的工作原理，特别是各种基本电路中的电磁过程，电力电子课程设计5掌握其分析方法、工作波形分析和变换器电路的初步设计计算。(3)了解各种开关元件的控制电路、缓冲电路和保护电路。(4)了解各种变换器的特点、性能指标和使用场合。(5)掌握基本实验方法与训练基本实验技能。摘要介绍了一种新颖的具有升降压功能的DC／DC变换器的设计与实现，具体地分析了该DC／DC变换器的设计(拓扑结构、工作模式和储能电感参数设计)，详细地阐述了该DC／DC变换器控制系统的原理和实现，最后给出了测试结果关键词：DC／DC变换器，降压斩波，升压斩波，储能电感，直流开关电源，PWM；直流脉宽调速一．降压斩波电路1.1降压斩波原理：REUITttMonfon0式中为V处于通态的时间；为V处于断态的时间；T为开关周期；为导通ontoft占空比，简称占空比火导通比。根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路有三种控制方式：1)保持开关周期T不变，调节开关导通时间不变，称为PWM。ont2)保持开关导通时间不变，改变开关周期T，称为频率调制或调频型。ont电力电子课程设计63)和T都可调，使占空比改变，称为混合型。onttttOOOb)TEiGtontofioi1i2I10I20t1uoOOOtttTEEc)iGiGtontofiotxi1i2I20t1t2uoEMEV+-MRLVDa)ioEMuoiG电力电子课程设计71.2工作原理1)t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压uo=E，负载电流io按指数曲线上升2)t=t1时刻控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小通常使串接的电感L值较大基于“分段线性”的思想，对降压斩波电路进行解析从能量传递关系出发进行的推导由于L为无穷大，故负载电流维持为Io不变电源只在V处于通态时提供能量，为E0nt在整个周期T中，负载消耗的能量为(RT+T)IME0I一周期中，忽略损耗，则电源提供的能量与负载消耗的能量相等REUITttMonfon0输出功率等于输入