直流斩波电路的性能研究-3

直流斩波电路的性能研究苏宪臣（08级、自动化2班、200801071503）摘要：直流-直流变流电路（DC/DCConverter）包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。直接直流变流电路也称斩波电路（DCChopper）。功能是将直流电变为另一种固定电压或可调电压的直流电，一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。间接直流变流电路，在直流变流电路中增加了交流环节。在交流环节通常采用变压器实现输入输出之间的隔离，因此也称为直一交一直电路。关键词：DC/DC转换，降压斩波，升压斩波，MATLAB仿真。0引言：本文主要研究升压斩波电路和降压斩波电路的结构和工作原理，研究斩波电路的性能提升方法，通过对斩波电路的基本原理的研究，从中发现提升性能的方法。DC/DC变换试讲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：脉宽调制方式（Ts不变,改变ton）和频率调制方式(ton不变,改变Ts)两种。1基本斩波电路1.1降压斩波电路（BuckChopper）1）电路分析（1）使用一个全控型器件V，图中为IGBT，若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。（2）设置了续流二极管VD，在V关断时给负载中电感电流提供通道。（3）主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等，后两种情况下负载中均会出现反电动势，如图中Em所示。基本的数量关系电流连续时负载电压的平均值为负载电流平均值为1.2升压斩波电路1)工作原理(1)假设L和C值很大。(2)V处于通态时，电源E向电感L充电，电流恒定I1，电容C向负载R供电，输出电压Uo恒定。(3)V处于断态时，电源E和电感L同时向电容C充电，并向负载提供能量。2)基本的数量关系当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等，即1.3升降压斩波电路1)工作原理(1)V导通时，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关断时，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。1.4Sepic斩波电路和Zeta斩波电路1）Sepic斩波电路工作原理（1）V导通时，E—L1—V回路和C1—V—L2回路同时导电，L1和L2贮能。（2）V关断时，E—L1—C1—VD—负载回路及L2—VD—负载回路同时导电，此阶段E和L1既向负载供电，同时也向C1充电（C1贮存的能量在V处于通态时向L2转移）。2）Zeta斩波电路工作原理（1）V导通时，电源E经开关V向电感L1贮能。（2）V关断时，L1－VD－C1构成振荡回路，L1的能量转移至C1，能量全部转移至C1上之后，VD关断，C1经L2向负载供电。2复合斩波电路和多相多重斩波电路2.1电流可逆斩波电路1）电路结构（1）V1和VD1构成降压斩波电路，电动机为电动运行，工作于第1象限。（2）V2和VD2构成升压斩波电路，电动机作再生制动运行，工作于第2象限。（3）必须防止V1和V2同时导通而导致电源短路。2）工作过程（1）两种工作情况：只作降压斩波器运行和只作升压斩波器运行。（2）第3种工作方式：一个周期内交替地作为降压斩波电路和升压斩波电路工作。（3）3种工作方式下，当一种斩波电路电流断续而为零时，使另一个斩波电路工作，让电流反方向流过，这样电动机电枢回路总有电流流过。2.2桥式可逆斩波电路1）将两个电流可逆斩波电路组合起来，分别向电动机提供正向和反向电压，使电动机可以4象限运行。2）工作过程（1）V4导通时，等效为图5-7a所示的电流可逆斩波电路，提供正电压，可使电动机工作于第1、2象限。（2）V2导通时，V3、VD3和V4、VD4等效为又一组电流可逆斩波电路，向电动机提供负电压，可使电动机工作于第3、4象限。2.3多相多重斩波电路1）是在电源和负载之间接入多个结构相同的基本斩波电路而构成的。2）相数:一个控制周期中电源侧的电流脉波数。3）重数：负载电流脉波数。3相3重降压斩波电路4）电路及波形分析（1）相当于由3个降压斩波电路单元并联而成。（2）总输出电流为3个斩波电路单元输出电流之和，其平均值为单元输出电流平均值的3倍，脉动频率也为3倍。（3）总输出电流最大脉动率（电流脉动幅值与电流平均值之比）与相数的平方成反比，其总的输出电流脉动幅值变得很小，所需平波电抗器总重量大为减轻。3仿真实验3.1仿真模型及参数（1）由IGBT构成直流斩波电路的建模及参数设置，E=100，负载R=1欧，脉冲高度5，L=OH，C=inf.（2）直流降压斩波电路的仿真打开仿真参数窗口，选择ode23tb算法相对误差设置为1e-03,开始仿真时间设置为零，停止仿真时间设置为0.01s，控制脉冲周期设置为0.005s(频率为200Hz)，控制脉冲占空比为50%。参数设置完毕后，启动仿真，得到下图仿真结果。控制脉冲周期设置为0.01S（频率为100Hz）,控制脉冲占空比为50%。参数设置完毕后启动仿真得到下图控制脉冲周期设置为0.01S(频率100Hz，占空比为30%。参数设置完毕启动仿真得到下图仿真结果。4结束语通过以上的仿真过程分析，可以得到下列结论：（1）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的直流输出电压。利用Simulink对降压斩波电路和升压斩波电路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。（2）采用Matlab/Simulink对直流斩波电路进行分析，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其他斩波电路的方针，只需要对电路结构稍作改变即可实现，因此实用性较强。应用Matlab/Simulink进行仿真，在仿真过程中可以灵活的改变仿真参数，并且能直观地观察到仿真结果随参数的变化情况。[参考文献][1]王兆安，刘进军.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社,2010.[2]张志通.精通Matlab6.5版[M]，北京：北京航空航天大学出版社2003.[3]周渊深.电力电子与Matlab仿真[M].北京：中国电