直流升降压变流器设计与仿真

1皖西学院（电力电子技术课程设计）设 计 说 明 书班级：学生姓名：指导老师：起止日期： 2014 年 月 日 至 2014 年 月 日电气工程及其自动化 2目录一、摘要。二、设计目的和意义 。三、设计原理:升降压斩波电路 (Boost-Buck Chopper)工作原理。四、详细设计步骤。五、设计结果及分析。六、实验总结。3MATLAB 的升压降压式变换器的仿真 一、摘要 直流斩波电路就是将直流电压变换成固定的或可调的直流电压，也称DC/DC 变换器。使用直流斩波技术，不仅可以实现调压功能，而且还可以达到改善网侧谐波和提高功率因素的目的。直流斩波技术主要应用于已具有直流电源需要调节直流电压的场合。直流斩波包括降压斩波电路、升压斩波电路和升降压斩波电路。而利用升压降压变换器，既可以实现升压，也可以实现降压。关键词：matlab、升压、降压、斩波。二、设计目的和意义通过对升压-降压（Boost-Buck）式变换器电路理论的分析，建立基于Simulink 的升压-降压式变换器的仿真模型，运用绝缘栅双极晶体管（IGBT）对升压降压进行控制，并对工作情况进行仿真分析与研究。通过仿真分析验证所建模型的正确性。三、设计原理升压-降压式变换器电路图如图 1 所示。图 1 升压-降压式变换器电路设电路中电感 L 值很大，电容 C 值也很大，使电感电流 和负载电压 基Li0u本为恒值。设计原理是：当可控开关 V 出于通态时，电源经 V 向电感 L 供电使其贮存能量，此时电流为 ，方向如图 1 中所示。同时，电容 C 维持输出电压基本恒定1i并向负载 R 供电。此后，使 V 关断，电感 L 中贮存的能量向负载释放，电流为，方向如图 1 中所示。可见，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相2i4反，因此该电路也称作反极性斩波电路。稳定时，一个周期 T 内电感 L 两端电压 对时间的积分为零 Lu则 ： 00dtuL当 V 处于通态期间时， ；而当 V 处于端态期间时， 。EL0=u于是， ，所以输出电压为:onEtoftU0tofn-1其中 =1-，若改变导通比 ，则输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当 00.5 时为降压，当 0.51 时为升压，如此可以实现升压-降压的变换，该电路称作升降压斩波电路即升降压变换器。图 2 中给出了电源电流 和负载电流1i的波形，设两者的平均值分别为 和 ，i I2当电流脉动足够小时，有21Iofnt可得如下1102-IItnf如果 V、VD 为没有损耗的理想开关时，则: ，1EI20U其输出功率和输入功率相等，可将其看作直流变压器。四、详细设计步骤1、理解升降压变换电路。当可控开关 V 处于通态时，电源经 V 向电感 L 供电使其贮存能量，此时电流为 ，同时电容 C 维持输出电压基本恒定并向负载 R 供电。此后，使 V 关断，1i电感 L 中贮存的能量向负载释放，电流为 。2i2、熟悉 MATLAB 仿真工具的各种功能运用。熟悉了仿真软件之后，结合软件将升压-降压式变换器由电路图转 换成为能够在 MATLAB 环境下仿真的模型。图 2 升降压电路电源电流及负载电流波形53、在 MATLAB 中的 Simulink 下画出仿真模型。图 3 升压-降压式变化器仿真电路模型图4、修改参数。IGBT 参数的设置如图6Diode 参数设置如图所示仿真算法选择 ode23tb 算法，将相对误差设置为 1e-3，开始仿真时间设置为0.0s，停止时间设置为 0.003s，如下图 1-6 所示。7直流电源 为 200V,电感 L 为 0.2mH，电容 为 100F，电阻 为 5ECR5、运行仿真。对系统进行仿真分析。运行停止后，双击示波器模型（Scope） ，即可观察到仿真结果。五、设计结果及分析通过仿真运行，可以观察到仿真结果如下。图 2-1 为 Scope6 显示二极管的电流波形，图 2-2 为 Scope3 显示 IGBT 的电流波形，图 2-3 为 Scope4 显示的电感电流波形，图 2-4 为 Scope1 显示负载电压 Uo波形。先进行降压调节，直流电源电压设置为 200V。设置脉冲宽度为 30%，即导通比 =0.3，小于 0.5，仿真结果如下：8图 2-1 二极管电流波形图 2-2 IGBT 的电流波形9图 2-3 电感的电流波形10图 2-4 负载电压 U0 波形进行升压调节，将脉冲发生器的脉冲宽度调节为 65%，即 =0.65。11图 2-1 IGBT 的电流波形二极管电流波形12电感电流波形电感电压的波形13负载 Uo 的波形分析：分析仿真结果可得：改变导通比 的大小，当 00.5 时为降压，当0.51 时为升压，如此可以实现升压-降压的变换。 仿真中，当 = 0.3 时输出电压比电源电压低，仿真得到的负载电压在示波器显示中数值在 60V 时保持稳定，达到了降压的效果，波形为有少许波纹的直流电压；当 =0.65 时输出电压比电源电压高，仿真得到的负载电压在示波器显示中数值在 200V 时保持稳定，达到了升压的效果，波形为有少许波纹的直流电压。所以，该电路及仿真模型能够实现升压-降压的变换。六、总结本次设计中我查阅了相关书籍、资料，首先对直流斩波电路有了大致的掌握，直流变换电路主要以全控型电力电子器件作为开关器件，通过控制主电路的接通与断开，将恒定的直流斩成断续的方波，经滤波后变为电压可调的直流输出电压。 进一步复习了直流斩波电路的基本类型，包括降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路等，理解了其工作原理，熟悉其原理图及工作时的波形图，14掌握了这几种电路的输入输出关系、电路解析方法、工作特点，并在理解的基础上能对直流斩波电路进行分析计算，加深了对直流斩波电路的掌握及应用。 通过使用 Matlab 的可视化仿真工具 Simulink 对升降压斩波 BoostBuck 电路建立仿真模型，我更加熟悉了仿真库里的原器件，增强了画图能力，使用SCOPES（示波器） ，可以在运行方针时简明地观察到仿真结果，还可将多个结果放在一起以便对比，使我体会到了 Matlab 的可视化仿真工具 Simulink 的功能的齐全及使用的便捷。同时在仿真建模的基础上对升降压斩波 BoostBuck 电路进行了详细的仿真分析，将仿真波形与常规分析方法得到的结果进行比较，提高了我设计建模的能力、分析总结能力及加强了对 Matlab/Simulink 软件的熟练程度。 总之，通过这次基于 MATLAB 的升压-降压式变换器的仿真的设计，我无论在理论分析上还是在建模仿真上都是受益颇多，体会到了 Matlab 软件在电力电子技术学习和研究中的应用价值，同时