直流升降壓變流器設計與仿真

1、皖西學院（電力電子技術課程設計）設計說明書班級：學生姓名：指導老師：起止日期： 2014 年 月 日 至 2014年 月 日電氣工程及其自動化 目錄一、摘要。二、設計目的和意義 。三、設計原理:升降壓斬波電路(Boost-Buck Chopper)工作原理。四、詳細設計步驟。五、設計結果及分析。六、實驗總結。MATLAB的升壓降壓式變換器的仿真 一、摘要直流斬波電路就是將直流電壓變換成固定的或可調(diào)的直流電壓，也稱DC/DC變換器。使用直流斬波技術，不僅可以實現(xiàn)調(diào)壓功能，而且還可以達到改善網(wǎng)側諧波和提高功率因素的目的。直流斬波技術主要應用于已具有直流電源需要調(diào)節(jié)直流電壓的場合。直流斬波包括降壓斬

2、波電路、升壓斬波電路和升降壓斬波電路。而利用升壓降壓變換器，既可以實現(xiàn)升壓，也可以實現(xiàn)降壓。關鍵詞：matlab、升壓、降壓、斬波。二、設計目的和意義通過對升壓-降壓（Boost-Buck）式變換器電路理論的分析，建立基于Simulink的升壓-降壓式變換器的仿真模型，運用絕緣柵雙極晶體管（IGBT）對升壓降壓進行控制，并對工作情況進行仿真分析與研究。通過仿真分析驗證所建模型的正確性。三、設計原理升壓-降壓式變換器電路圖如圖1所示。圖1 升壓-降壓式變換器電路設電路中電感L值很大，電容C值也很大，使電感電流和負載電壓基本為恒值。設計原理是：當可控開關V出于通態(tài)時，電源經(jīng)V向電感L供電使其貯存能

3、量，此時電流為，方向如圖1中所示。同時，電容C維持輸出電壓基本恒定并向負載R供電。此后，使V關斷，電感L中貯存的能量向負載釋放，電流為，方向如圖1中所示?？梢?，負載電壓極性為上負下正，與電源電壓極性相反，因此該電路也稱作反極性斬波電路。穩(wěn)定時，一個周期T內(nèi)電感L兩端電壓對時間的積分為零 則 ： 當V處于通態(tài)期間時，；而當V處于端態(tài)期間時， 。于是，所以輸出電壓為:其中=1-，若改變導通比，則輸出電壓既可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當0<<0.5時為降壓，當0.5<<1時為升壓，如此可以實現(xiàn)升壓-降壓的變換，該電路稱作升降壓斬波電路即升降壓變換器。圖2中給出了電源

4、電流和負載電流的波形，設兩者的平均值分別為和，當電流脈動足夠小時，有 可得如下圖2 升降壓電路電源電流及負載電流波形 如果V、VD為沒有損耗的理想開關時，則: ，其輸出功率和輸入功率相等，可將其看作直流變壓器。四、詳細設計步驟 1、理解升降壓變換電路。 當可控開關V處于通態(tài)時，電源經(jīng)V向電感L供電使其貯存能量，此時電流為，同時電容C維持輸出電壓基本恒定并向負載R供電。此后，使V關斷，電感L中貯存的能量向負載釋放，電流為。 2、熟悉MATLAB仿真工具的各種功能運用。 熟悉了仿真軟件之后，結合軟件將升壓-降壓式變換器由電路圖轉 換成為能夠在MATLAB環(huán)境下仿真的模型。 3、在MATLAB中的S

5、imulink下畫出仿真模型。 圖3 升壓-降壓式變化器仿真電路模型圖4、修改參數(shù)。 IGBT參數(shù)的設置如圖Diode參數(shù)設置如圖所示仿真算法選擇ode23tb算法，將相對誤差設置為1e-3，開始仿真時間設置為0.0s，停止時間設置為0.003s，如下圖1-6所示。直流電源為200V,電感L為0.2mH，電容為100F，電阻為5 5、運行仿真。對系統(tǒng)進行仿真分析。運行停止后，雙擊示波器模型（Scope），即可觀察到仿真結果。五、設計結果及分析通過仿真運行，可以觀察到仿真結果如下。圖2-1為Scope6顯示二極管的電流波形，圖2-2為Scope3顯示IGBT的電流波形，圖2-3為Scope4顯示

6、的電感電流波形，圖2-4為Scope1顯示負載電壓Uo波形。先進行降壓調(diào)節(jié)，直流電源電壓設置為200V。設置脈沖寬度為30%，即導通比=0.3，小于0.5，仿真結果如下： 圖2-1 二極管電流波形 圖2-2 IGBT的電流波形 圖2-3 電感的電流波形 圖2-4 負載電壓U0波形 進行升壓調(diào)節(jié)，將脈沖發(fā)生器的脈沖寬度調(diào)節(jié)為65%，即=0.65。 圖2-1' IGBT的電流波形二極管電流波形電感電流波形電感電壓的波形負載Uo的波形 分析： 分析仿真結果可得：改變導通比的大小，當0<<0.5時為降壓，當0.5<<1時為升壓，如此可以實現(xiàn)升壓-降壓的變換。 仿真中，當

7、= 0.3時輸出電壓比電源電壓低，仿真得到的負載電壓在示波器顯示中數(shù)值在60V時保持穩(wěn)定，達到了降壓的效果，波形為有少許波紋的直流電壓；當=0.65時輸出電壓比電源電壓高，仿真得到的負載電壓在示波器顯示中數(shù)值在200V時保持穩(wěn)定，達到了升壓的效果，波形為有少許波紋的直流電壓。所以，該電路及仿真模型能夠實現(xiàn)升壓-降壓的變換。六、總結 本次設計中我查閱了相關書籍、資料，首先對直流斬波電路有了大致的掌握，直流變換電路主要以全控型電力電子器件作為開關器件，通過控制主電路的接通與斷開，將恒定的直流斬成斷續(xù)的方波，經(jīng)濾波后變?yōu)殡妷嚎烧{(diào)的直流輸出電壓。 進一步復習了直流斬波電路的基本類型，包括降壓斬波電路、

8、升壓斬波電路、升降壓斬波電路等，理解了其工作原理，熟悉其原理圖及工作時的波形圖，掌握了這幾種電路的輸入輸出關系、電路解析方法、工作特點，并在理解的基礎上能對直流斬波電路進行分析計算，加深了對直流斬波電路的掌握及應用。 通過使用Matlab的可視化仿真工具Simulink對升降壓斬波BoostBuck電路建立仿真模型，我更加熟悉了仿真庫里的原器件，增強了畫圖能力，使用SCOPES（示波器），可以在運行方針時簡明地觀察到仿真結果，還可將多個結果放在一起以便對比，使我體會到了Matlab的可視化仿真工具Simulink的功能的齊全及使用的便捷。同時在仿真建模的基礎上對升降壓斬波BoostBuck電路進行了詳細的仿真分析，將仿真波形與常規(guī)分析方法得到的結果進行比較，提高了我設計建模的能力、分析總結能力及加強了對Matlab/Simulink軟件的熟練程度。 總之，通過這次基于MATLAB的升壓-降壓式變換器的仿真的設計，我無論在理論分析上還是在建模仿真上都是受益頗多，體會到了Matlab軟件在電力電子技術學習和研究中的應用價值，同時它也是能讓我們將理論與實踐