电力电子升降压变换器课程设计

1、1 绪论电力电子技术课程是一门专业技术基础课，电力电子技术课 程设计是电力电子技术课程理论教学之后的一个实践教学环节。 其目 的是训练学生综合运用学过的变流电路原理的基础知识， 独立完成查 找资料、选择方案、设计电路、撰写报告的能力，使学生进一步加深 对变流电路基本理论的理解和基本技能的运用， 为今后的学习和工作 打下坚实的基础。电力电子技术课程设计是配合变流电路理论教学，为自动化 专业开设的专业基础技术技能设计， 课程设计对自动化专业的学生是 一个非常重要的实践教学环节。 通过设计能够使学生巩固、 加深对变 流电路基本理论的理解， 提高学生运用电路基本理论分析和处理实际 问题的能力，培养学生

2、的创新精神和创新能力。斩波电路(DC Chopper)的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直 流电，也称为直接直流一直流变换器(DC/DC Converter)。直流斩波电路的种 类很多，包括 6 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，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路，Zeta斩波电路，前两种是最基本电路。应 用 Matlab 的可视化仿真工具 Simulink 建立了电路的仿真模型，在此基础上对升 降压斩波 BoostBuck 电路进行了较详细的仿真分析。本文分析了升降压斩波电路的工作原理，又用 Matlab 对升压-降压变换器进 行了仿真建模，最后对仿真结

3、果进行了分析总结。2 升降压斩波电路的设计2.1升降压斩波电路工作原理（1） V通时，电源E经V向L供电使其贮能，此时电流为i1。同时，C 维持输出电压恒定并向负载 R供电。（2）V断时，L的能量向负载释放，电流为i2。负载电压极性为上负下 正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路。a）原理图1匚L2b）波形图图（3）升压/降压斩波电路的原理图及波形图数量关系:当V处于通态时，u E ；当V处于断态时，Ul Uo;于是:Et on U otoff所以输出电压为：U0 ton Eton EEtoffTton1由此可见，改变导通占空比a,就能够控制斩波电路输出电压UL的大小。当0a 1/

4、2时为降压，当1/2 a eters: LSeries KLC &r.an2t: Tmsisik； flint)Iapi=rat a sr: ECLC bzancli.Far abatersF.isis* ancs Jtss :Inductano H.：品ig-ECacacitsnce ；F .JEea5nre=ent Dran?t:匸二-：三总=OECaiccslHftlpApplyB Block Paraweters: R匣j区Series RLC Branch 二宜(link)yea5urez!ent5Iapl-ents a series RLC braneh.PaTanetarsEss

5、istanea(01ms):Snduetanes(H):FCapacx七anue (F):NoneCancelelp4pplyBl nek ParnBeters: CSeriem ML二Lzask. . linklap 1 isinte a-KLC branih.Fara=ettrR&sistan;（CiJins.:OKCancel也ply2.3的建模和参数设置：3.设计结果及分析1脉冲发生器中的脉冲宽度设置为脉宽的 33.3%,2、仿真结果如图（5）所示：图（5）控制脉冲占空比 33.3%从图5可以看出，负载上平均电压为10 V,波形为有少许波纹的直流电压;理论计算：U 0E E 10V，U

6、o与E极性相反;1仿真结果与升降压斩波理论分析吻合。3、脉冲发生器中的脉冲宽度设置为脉宽的 66.6%,4、仿真结果如图（6）所示：2W52S0279510C0(JL!L J /!/ / /lLb500 T0/图(6)控制脉冲占空比 66.6%从图6可以看出，负载上平均电压为 40 V，波形为有少许波纹的直流电压; 解输出10v时的占空比Dc=1/3则Lc=R/2(1-Dc)2Ts=10 /2X( 2/3 ) 2 X 1/20000=104uHC=V0DCTSU0=1/10X 0.2 X 3X 20000=886uF输入40v时的占空比为Dc=2/3则Lc= R/2(1-Dc)2Ts=10 /

7、2X( 1/3 ) 2 X 1/2000=10.4uHC=V0DCTS/R U0=1/10X 0.2 X 3X 20000=886uF4总结通过以上的仿真过程分析，可以得到下列结论：(1) 直流斩波电路可将直流电压变换成固定的或可调的直流电压，使用直 流斩波技术，不仅可以实现调压的功能，而且还可以达到改善网侧谐波和提 高功率因数的目的。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。(2) 升降压斩波电路(Boost- Buck Chopper)能够方便的调节输出电压,由于输出电压为:U。ton etofftontonE ；若改变导通比a则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电

8、压低，当0a 1/2时为降压，当1/2 a 1时为升压，轻松实现直流变换中的升压和降压作用，工业 生产应用广泛。(3) 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。利用Simulink对降压斩波电路和升降压斩波的仿真结果进 行了详细分析，与采用常规电路分析方法所得到的输出电压波形进行比较， 进一步验证了仿真结果的正确性。采用Matlab/Simulink对直流斩波电路进行仿真分析，避免了常规分析 方法中繁琐的绘图和计算过程，得到了一种较为直观、快捷分析斩波电路的 新方法。同时其建模方法也适用于

9、其他斩波电路的方针，只需对电路结构稍 作改变即可实现，因此实用性较强。(5)应用 Matlab/Simulink 进行仿真，在仿真过程中可以灵活改变仿真参 数，并且能直观的观察到仿真结果随参数的变化情况，方便学习与研究。5 体会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，掌握了这几种电路的

10、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 Boost Buck 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，同时它也是能让我们将理论与实践 相结合、将所学知识系统化联系在一起的很好的工具，经过仿