基于BUCK-BOOST的AC-DC-AC变换器-开题报告.doc

毕业设计（论文）开题报告题 目基于BUCK-BOOST的AC-DC-AC变换器系 部自动化系专 业电气工程与自动化学生姓名学号指导教师职称毕设地点2012年 月 日1. 开关电源的概述： 1.1 开关电源的工作原理 开关电源的工作过程：在线性电源中，让功率晶体管工作在线性模式，与线性电源不同的是，PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态，在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的（在导通时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小）/功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。 与线性电源相比，PWM开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器来升高或降低。通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压组数。最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。 控制器的主要目的是保持输出电压稳定，其工作过程与线性形式的控制器很类似。也就是说控制器的功能块、电压参考和误差放大器，可以设计成与线性调节器相同。他们的不同之处在于，误差放大器的输出（误差电压）在驱动功率管之前要经过一个电压/脉冲宽度转换单元。开关电源有两种主要的工作方式：正激式变换和升压式变换。尽管它们各部分的布置差别很小，但是工作过程相差很大，在特定的应用场合下各有优点。1.2 开关电源的分类 一、按开关器件、储能电感与负载的连接方式可分为串联式开关电源和并联式开 关电源。二、按电源的启动方式可分为自激式开关电源和它激式开关电源。三、按稳压形式可分为调宽式开关稳压电源和调频式开关稳压电源。 1.3 开关电源的发展和趋势1955年美国罗耶（GH.Roger)发明的自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器，是实现高频转换控制电路的开端，1957年美国查赛（Jen Sen)发明了自激式推挽双变压器，1964年美国科学家们提出取消工频变压器的串联开关电源的设想，这对电源向体积和重量的下降获得了一条根本的途径。到了1969年由于大功率硅晶体管的耐压提高，二极管反向恢复时间的缩短等元器件改善，终于做成了25千赫的开关电源。 目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。目前市场上出售的开关电源中采用双极性晶体管制成的100kHz、用MOSFET制成的500kHz电源，虽已实用化，但其频率有待进一步提高。要提高开关频率，就要减少开关损耗，而要减少开关损耗，就需要有高速开关元器件。然而，开关速度提高后，会受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。这样，不仅会影响周围电子设备，还会大大降低电源本身的可靠性。其中，为防止随开关启-闭所发生的电压浪涌，可采用R-C或L-C缓冲器，而对由二极管存储电荷所致的电流浪涌可采用非晶态等磁芯制成的磁缓冲器。不过，对1MHz以上的高频，要采用谐振电路，以使开关上的电压或通过开关的电流呈正弦波，这样既可减少开关损耗，同时也可控制浪涌的发生。这种开关方式称为谐振式开关。目前对这种开关电源的研究很活跃，因为采用这种方式不需要大幅度提高开关速度就可以在理论上把开关损耗降到零，而且噪声也小，可望成为开关电源高频化的一种主要方式。当前，世界上许多国家都在致力于数兆Hz的变换器的实用化研究。1.4电源变换器分类电源可分为AC/DC和DC/DC两大类。DC/DC变换器现已实现模块化，且设计技术及生产工艺在国内、外均已成熟和标准化并得到用户的认可；但AC/DC的模块化，因其自身的特性，使得在模块化的进程中遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。DC/DC变换DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton；二是频率调制方式，ton不变，改变Ts。AC/DC变换AC/DC变换是将交流变换为直流，其功率流向是可以双向的，功率流向是由电源传向负载的称为“整流”。功率由负载返回电源的称为“有源逆变”。AC/DC变换按电路的接线方式可分为半波电路和全波电路，按电源相数可分为单相，三相和多相，按电路工作象限分为一象限、二象限、三象限、四象限。DC/AC变换DC/AC逆变技术能够实现直流电能到交流电能的转换，可以从蓄电池、太阳能电池等直流电能变换得到质量较高的、能满足负载对电压和频率要求的交流电能。DC/AC逆变技术在交流电机的传动、不间断电源(UPS)、变频电源、有源滤波器、电网无功补偿器等许多场合得到了广泛的应用。 DC/AC逆变技术的基本原理是通过半导体功率开关器件(例如SCR,GTO，GTR,IGBT和功率MOSFET模块等)的开通和关断作用，把直流电能变换成交流电能，因此是一种电能变换装置。由子是通过半导体功率开关器件的开通和关断来实现电能转换的，因此转换效率比较高。但转换输出的波形却很差，是含有相当多谐波成分的方波。而多数应用场合要求逆变器输出的是理想的正弦波。DC/AC逆变器按拓扑结构划分，分为Buck型DC/AC逆变器，Boost型DC/AC逆变器，Buck-Boost型DC/AC逆变器。 参考文献1 王兆安，黄俊，电力电子技术M，北京，机械工业出版社，20002 陈伯时，电力拖动自动控制系统运动控制系统M，北京，机械工业出版社，20033 LI H L, H U A P, COVIC G A, et al. Optimal coupling condition of IPT system for achieving maximum power transfer J . Electr onics Letters, 2009, 45( 1) : 7677.4周雯琪, 马皓, 何湘宁. 基于动态方程的电流源感应耦合电能传输电路的频率分析 J . 中国电机工程学报, 2008, 28( 3) : 119-124.5MIURA H , ARAI S, KAKUBARI Y, et a l Improvement of the transcutaneous enery transmission system utilizing ferrite cored coils for artificial hearts. J . IEEE Transactions o n Mag netics, 2006, 42( 10) :3578-3580.6武瑛, 严陆光, 徐善刚. 新型无接触电能传输系统的稳定性分析 J . 中国电机工程学报, 2004( 5) : 63-66.7苏玉刚, 唐春森, 孙跃, 等. 非接触供电系统多负载自适应技术 J . 电工技术学报, 2009, 24( 1) : 153-157.8孙跃, 陈国东, 戴欣, 等. 非接触电能传输系统恒流控制策略 J . 重庆大学学报, 2008, 31( 7) : 766-769.9苏玉刚, 王智慧, 孙跃, 等. 非接触供电移相控制系统建模研究 J . 电工技术学报, 2008, 23( 7) : 92-97.10 王忠礼 段慧达 高玉锋，MATLAB应用技术在电气工程与自动化专业中的应用M，北京，清华大学出版社，20072. 毕业设计任务及要求：非接触电能传输( CPT ) 技术是一种新型电能传输模式, 它综合应用电力电子技术、磁场耦合技术和现代控制理论等, 通过初级回路和次级回路线圈间的磁场耦合实现电能从电源系统以非电气直接接触的方式向一个或多个用电设备( 包括可移动用电设备) 传输电能，AC-DC-AC 变换器是CPT 系统的重要组成部分。（1）分析BUCK-BOOST的基本原理及基本工作模式（2