DCDC直流斩波电路的仿真

1、电力电子电路建模与仿真实验实验二 DC/DC直流斩波电路的仿真姓 名： 所在院系： 班 级： 学 号： 一、 实验目的1 进一步掌握PSIM软件的使用方法。2 学习常用直流斩波电路的建模与仿真方法。3 加深理解各斩波电路的工作原理和不同变换特性。二、实验内容、步骤与结果1 降压斩波电路 （1）、按图2-1设计仿真电路，设置电路参数，使其工作在连续模式，记录开关电压，输出电压与电流的波形及相应的仿真参数。图2-1（电路原理图） 连续电路参数：L =1H ；R =100欧 ；F=50HZ；E=100V;占空比：0.8；仿真时间t=0.1s。仿真波形： 图2-1-1（连续模式）（2）、改变电路参数，

2、使其工作在非连续模式，在记录开关电压、输出电压与电流的波形及相应得的真参数。非连续电路参数：L =0.1H ；R =100欧 ；F=50HZ；E=200V;占空比：0.6；仿真时间t=1s。 仿真波形：图2-1-2（非连续电路续模式）（3）、测量输出电压的直流分量，分析它与占控比的关系，并与理论值进行对比。电压的直流分量与波形：80V实验结果分析： (1)电压的直流分量计算公式：Uo=tonton+toffE=tonTE=E 其中a=0.8,且E=100故理论计算值U0=80实际测量值U0=80可见直流电压分量与占空比成正比。实际测量值与理论计算值相差无几，极为接近。说明仿真是很准确的，结果真

3、实可信。 2 升压斩波电路（1）、按图2-2设计仿真电路，设置电路参数，使其工作在连续模式，记录开关电压，输出电压与电流的波形及相应的仿真参数。图2-2（电路原理图及改进电路）连续电路参数L =20mH ；R =20欧姆 ；C=220uF；F=1000HZ；E=100V;占空比：0.5 ；仿真时间t=50ms。图2-2-1(连续模式)（2）、改变电路参数，使其工作在非连续模式，在记录开关电压、输出电压与电流的波形及相应得的真参数。断续电路参数 ： L =1H ；R =500欧 ；C=100u；F=1000HZ；E=100V;占空比：0.8；仿真时间t=0.1S。图2-2-2(断续续模式)（3）

4、、测量输出电压的直流分量，分析它与占控比的关系，并与理论值进行对比。直流电压分量与波形：（4）、提出改进电路并进行仿真。实验结果分析： 电压的直流分量计算公式：Uo=ton+tofftoffE=TtoffE=1E 其中=0.5且E=100； +=1，可得Uo=1E=11-E;故理论计算值U0=200V实际测量值U0=180V测量结果与理论值有一定的误差，大约为10%左右。这种测量误 差是不能容忍的。因此应进行改进测量方法。即使用直流电压表（DC Voltmeter）进行测量，测量结果见图2-2-3(电压直流分量)。可见稳定值与理论值极为接近。大约为300V。说明结果可信。3 升降压斩波电路（1

5、）、按图2-3设计仿真电路,合理设置电路参数，使其工作在连续模式，记录开关电压，输出电压与电流的波形及相应的仿真参数。连续：连续a=0.8：断续a=0.5：图2-3(电路原理图及改进电路)连续升压电路：L =20mH ；R =1000欧 ；C=100uF；F=1000HZ；E=100V；占空比：0.8 仿真时间 t=100ms。连续降压电路：L =20mH ；R =1000欧 ；C=100uF；F=1000HZ；E=100V；占空比：0.5 仿真时间 t=100ms。仿真波形： （2）、改变电路参数，使其工作在非连续模式，在记录开关电压、输出电压与电流的波形及相应得的真参数。非连续升压电路：L

6、 =20mH ；R =20欧 ；C=220uF；F=1000HZ；E=100V；占空比：0.8 仿真时间 t=100ms。非连续降压电路：L =20mH ；R =20欧 ；C=220uF；F=1000HZ；E=100V；占空比：0.5 仿真时间 t=100ms。 （3）、测量输出电压的直流分量，分析它与占控比的关系，并与理论值进行对比。 实验结果分析： 电压的直流分量计算公式：Uo=tontoffE=tonT-ton=1-E 当其中=0.8且E=100V；故理论计算值Uo=400V;而实际测量值Uo=250V；当其中=0.5且E=100V；故理论计算值Uo=100V;而实际测量值Uo=90V；

7、通过上述对比分析可以发现测量误差相对小，求其原因是选取的是电压稳定后一段较小的时间，这样就在很大程度上降低了误差。使结果较为准确。此外通过直流电压表测量直流分量较为准确。四、思考题 1 总结上述斩波电路的不同之处。 答：上述包括5种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路， Sepic斩波电路，Zeta斩波电路，前两种是最基本电路。降压斩波电路通过IGBT的导通关断改变输出电压的值；升压斩波电路通过电容和电感的储能作用，在IGBT关断时，电源和电容共同提供能量；升降压斩波电路是在IGBT处于通态时，电源给电感储能。电容C维持输出电压并向负载供电，IGBT关断时负载电压与电源极性

8、相反。输出电压可调；Sepic斩波电路电源电流和负载电流均连续，有利于输入输出滤波，反之，Zeta斩波电路输入输出电流均不连续。 2 以降压斩波电路为例，分析导致电流由连续模式变为非连续模式的原因。 答：在降压斩波电路中，电流由连续模式变为非连续模式只改变了电阻值，即只改变了时间常数的值。可得LR=ton是临界值。可以计算得在本次参数设定时只要使R100欧时即可导致电流由连续模式变为非连续模式的原因。在其他电路中同样只要时间常数的值。 3 总结仿真过程中那些模型与实际情况差别较大？如何解决？ 答：在升压斩波电路，升降压斩波电路中由于电容和电感较大很难在一个周期中储满能量。需要一定的时间才能达到

9、稳定值，且放电也不能一次放完。这是因为电路元件参数设置不合理。 为解决上述问题，应合理设置电路元件参数，也可以适当延长仿真时间，并取稳态值进行分析 4 欲实现输入与输出的电气隔离，设计相应的仿真电路并进行仿真。以降压斩波电路为例:. 电路参数：L =0.01H ；R =10欧 ；F=500HZ；电源E=100V，频率1000HZ 500hz;占空比：0.5 ；仿真时间t=1s；变压器：1:1；。 实验电路原理图： 图-附4-4（仿真波形）电气隔离是采用一次边、二次边电压相等的隔离变压器实现工作回路(二次回路)与其他电气回路电气上的隔离。应用电气隔离需满足以下安全条件： 隔离变压器必须具有加强绝

10、缘的结构，其温升和绝缘电阻要求与安全隔离变压器相同。其最大容量，单相变压器不得超过25kVA、三相变压器不得超过40kVA。其空载输出电压交流不应超过1 000V、脉动直流不应超过1 000 V、负载时电压降低一般不得超过额定电压的515。它具有耐热、防潮、防水及抗震结构；不得用赛璐珞等易燃材料作结构材料；手柄、操作杆、按钮等不应带电；外壳应有足够的机械强度，一般不能被打开，并应能防止偶然触及带电部分；盖板至少应由两种方式固定，其中，至少有一种方式必须使用工具实现。其输出绕组一般不应与壳体相连；输入绕组不应与输出绕组相连。其电源开关应采用全极开关，触头开距应大于3mm；输出插座均应能防止不同电压的插销插入；固定式变压器输入回路不得采用插接件；移动式变压器可带有24m电源线，电源线截面积参见“安全电压电源及回路”条目。其当输入端子与输出端子之间的距离小于25mm时，则其间须用与变压器连成一体