推挽型DC變換器

1、電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)班 級(jí)： 電氣 1102 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 揚(yáng)州大學(xué)水利與能源動(dòng)力工程學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化二零一五年一月目 錄第一章：任務(wù)書3一、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容3二、課程設(shè)計(jì)的目的和要求3三、仿真軟件的使用3四、時(shí)間安排4五、設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告主要內(nèi)容5第二章：課程設(shè)計(jì)報(bào)告6一 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求6二 主電路方案確定7三 推挽型DC/DC變換器額定參數(shù)9四 建立仿真模型并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)9五 心得體會(huì)12六 參考文獻(xiàn)13第一章：任務(wù)書一、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容推挽型DC/DC變換器的設(shè)計(jì)及研究(PSPICE)二、課程設(shè)計(jì)的目的和要求1、進(jìn)一步熟悉和掌握電力電子原器件的器件；2、進(jìn)一步熟悉和掌握電力電子電路的

2、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理；3、掌握電力電子電路設(shè)計(jì)的基本方法和技術(shù)，掌握有關(guān)電路參數(shù)設(shè)計(jì)的方法；4、培養(yǎng)對(duì)電力電子電路的性能分析的能力；5、培養(yǎng)撰寫研究設(shè)計(jì)報(bào)告的能力。三、仿真軟件的使用 在電力電子系統(tǒng)中，需要應(yīng)用大功率開關(guān)器件，因此對(duì)工程人員來(lái)說(shuō)對(duì)所設(shè)計(jì)的電路最好能通過(guò)計(jì)算機(jī)分析和仿真，不斷修改和完善電路。PSPICE是當(dāng)今世界上著名的電路仿真標(biāo)準(zhǔn)工具之一，是較早出現(xiàn)的EDA軟件之一，1985年就由MICROSIM公司推出。現(xiàn)在使用較多的是PSPICE 6.2，工作于Windows環(huán)境，整個(gè)軟件由原理圖編輯、電路仿真、激勵(lì)編輯、元器件庫(kù)編輯、波形圖等幾個(gè)部分組成，使用時(shí)是一個(gè)整體，但各個(gè)部分各有各

3、的窗口。新推出的版本為PSPICE 9.2，是功能強(qiáng)大的模擬電路和數(shù)字電路混合仿真EDA軟件。它可以進(jìn)行各種各樣的電路仿真、激勵(lì)建立、溫度與噪聲分析、模擬控制、波形輸出、數(shù)據(jù)輸出、并在同一個(gè)窗口內(nèi)同時(shí)顯示模擬與數(shù)字的仿真結(jié)果。無(wú)論對(duì)哪種器件哪些電路進(jìn)行仿真，包括IGBT、脈寬調(diào)制電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換等，都可以得到精確的仿真結(jié)果。對(duì)于庫(kù)中沒(méi)有的元器件模塊，還可以自已編輯。PSPICE可以對(duì)電路進(jìn)行以下一些工作： 1.制作實(shí)際電路之前，仿真該電路的電性能，如計(jì)算直流工作點(diǎn)（Bias Point），進(jìn)行直流掃描（DC Sweep）與交流掃描（AC Sweep），顯示檢測(cè)點(diǎn)的電壓電流波形等。 2.

4、估計(jì)元器件變化（Parametric）對(duì)電路造成的影響。 3.分析一些較難測(cè)量的電路特性，如進(jìn)行噪聲（Noise）、頻譜（Fourier）、器件靈敏度（Sensitivity）、溫度（Temperature）分析等。 4.優(yōu)化設(shè)計(jì)。 PSPICE主要包括Schematics、Pspice、Probe、Stmed（Stimulus Editor）、Parts等 5個(gè)軟件包。其中： .Schematics是一個(gè)電路模擬器。它可以直接繪制電路圖，自動(dòng)生成電路描述文件；并可對(duì)電路進(jìn)行直流分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅立葉分析、環(huán)境溫度分析、蒙特卡羅分析和靈敏度分析等多種分析；而且還可以對(duì)元件進(jìn)行修改和編

5、輯。 .Pspice是一個(gè)數(shù)據(jù)處理器。它可以對(duì)在Schematics中所繪制的電路進(jìn)行模擬分析，運(yùn)算出結(jié)果并自動(dòng)生成輸出文件和數(shù)據(jù)文件。 .Probe是后處理器，相當(dāng)于一個(gè)示波器。它可以將在Pspice運(yùn)算的結(jié)果在屏幕或打印設(shè)備上顯示出來(lái)。模擬結(jié)果還可以接受由基本參量組成的任意表達(dá)式。 .Stmed是產(chǎn)生信號(hào)源的工具。它在設(shè)定各種激勵(lì)信號(hào)時(shí)非常方便直觀，而且容易查對(duì)。 .Parts是對(duì)器件建模的工具。它可以半自動(dòng)地將來(lái)自廠家的器件數(shù)據(jù)信息或用戶自定義的器件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Pspice中所用的模擬數(shù)據(jù)，并提供它們之間的關(guān)系曲線及相互作用，確定元件的精確度。四、時(shí)間安排1、方案設(shè)計(jì)：根據(jù)課程設(shè)計(jì)給定的內(nèi)

6、容和條件，進(jìn)行調(diào)查研究、查閱參考文獻(xiàn)，進(jìn)行反復(fù)比較和可行性論證，確定出方案電路，畫出主要單元電路、輸入、輸出及重要控制信號(hào)概貌的框圖。2、 電路設(shè)計(jì)：根據(jù)方案設(shè)計(jì)框圖，仿真軟件上畫出詳細(xì)的邏輯圖。3、 結(jié)合具體電路，設(shè)定合適的參數(shù)4、進(jìn)行電路的仿真5、總結(jié)鑒定：考核所設(shè)計(jì)電路是否全面達(dá)到預(yù)定的技術(shù)指標(biāo)，能否長(zhǎng)期可靠地工作，并寫出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。五、設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告主要內(nèi)容1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告的題目2、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容3、所設(shè)計(jì)電路的工作原理（包括電路原理圖、理論波形）4、電路的設(shè)計(jì)過(guò)程5、各參數(shù)的計(jì)算6、仿真模型的建立、仿真參數(shù)的設(shè)置7、進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，列舉仿真結(jié)果8、對(duì)仿真結(jié)果的分析9，結(jié)論與收獲第二章：

7、課程設(shè)計(jì)報(bào)告一 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求一、課程設(shè)計(jì)的題目推挽型DC/DC變換器的設(shè)計(jì)及研究(PSPICE)二、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)推挽型DC/DC變換器，并以它為例，對(duì)多層次建模方法加以介紹，以此加深對(duì)電子電路的理解。三、課程設(shè)計(jì)的目的和要求1、進(jìn)一步熟悉和掌握電力電子原器件的器件；2、進(jìn)一步熟悉和掌握電力電子電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理；3、掌握電力電子電路設(shè)計(jì)的基本方法和技術(shù)，掌握有關(guān)電路參數(shù)設(shè)計(jì)的方法；4、培養(yǎng)對(duì)電力電子電路的性能分析的能力；5、培養(yǎng)撰寫研究設(shè)計(jì)報(bào)告的能力。二 主電路方案確定1、推挽型DC/DC變換器的原理圖 圖1：推挽型BoostDC/DC變換器的原理圖推挽型BoostDC/DC

8、變換器的工作原理：推挽式Boost DC/DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示，前面一級(jí)升壓電路可以看作是一個(gè)Boost升壓電路，通過(guò)調(diào)整開關(guān)管S1的占空比來(lái)調(diào)節(jié)變壓器原邊輸入電壓；后面一級(jí)升壓電路是一個(gè)推挽式變換電路，也可以看作是由兩個(gè)正激式變換器組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該變換器是由一個(gè)具有中心抽頭的變壓器和兩只開關(guān)管S2、S3構(gòu)成的。這兩個(gè)正激式變換器在工作過(guò)程中相位相反，在一個(gè)完整的周期中交替把能量傳遞給負(fù)載，所以稱為推挽式變換。 功率開關(guān)管S1、S2、S3的發(fā)射極直接連接在電源負(fù)極，因此該變換器的驅(qū)動(dòng)電路繼承了一般推挽式變換電路的優(yōu)點(diǎn)：基極驅(qū)動(dòng)十分方便、簡(jiǎn)單，不需要進(jìn)行電氣隔離就可以直接驅(qū)動(dòng)。該拓?fù)?/p>

9、結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單以及升壓效果明顯等優(yōu)點(diǎn)。 升壓變換時(shí)其具體的工作過(guò)程如圖2所示，高壓側(cè)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)被封鎖。功率開關(guān)管S1和升壓電感L1構(gòu)成的Boost電路將電源電壓初次升高到一定的電壓值；S2和S3驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比均為50%，構(gòu)成的推挽變換電路將升高后的直流電壓變換成交流電壓，通過(guò)高頻變壓器傳送到副邊，并將電壓進(jìn)一步升高，利用反向電路中的開關(guān)管的反并二極管進(jìn)行整流。 在任一時(shí)刻，電流僅僅流過(guò)一個(gè)開關(guān)器件，這大大降低了變換器的通態(tài)損耗，同時(shí)提高了變換器的效率、縮小了變換器的體積。 開關(guān)管S1、S2、S3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以及開關(guān)管所承受的電壓波形、電感L1中的電流波形，如圖2所示。理

10、論波形圖分析 圖2： 推挽型BoostDC/DC變換器發(fā)脈沖波形各開關(guān)狀態(tài)如下： （1）t0t1階段 t0時(shí)刻，S1導(dǎo)通，低壓側(cè)直流電壓加在L1的兩端，電感中的電流線性增長(zhǎng)。此期間電源對(duì)電感充電，儲(chǔ)存能量，為了能夠保證電流的連續(xù)性，要求電感L1要足夠大。這期間雖然開關(guān)管S2有觸發(fā)信號(hào)，但是開關(guān)管S1的導(dǎo)通對(duì)L2回路形成短路，加在變壓器原邊的電壓為零，變壓器副邊輸出電壓也為零。 （2）t1t2階段 t1時(shí)刻，S1關(guān)斷，S2承受正向電壓導(dǎo)通，L1中的電流將通過(guò)開關(guān)管S2流經(jīng)變壓器，此時(shí)變換器對(duì)負(fù)載供電，L1中的電流線性下降。（3）t2t3階段 t2時(shí)刻，S1再次導(dǎo)通，工作過(guò)程同t0t1階段。 （4

11、）t3t4階段 t3時(shí)刻，S1關(guān)斷，S3承受正向電壓導(dǎo)通，L1中的電流將通過(guò)開關(guān)管S3流經(jīng)變壓器，此時(shí)變壓器對(duì)負(fù)載供電，L1中的電流線性下降。 通過(guò)分析得到如下結(jié)論：該電路采用Boost升壓電路和推挽式升壓電路兩種升壓電路相結(jié)合的方式對(duì)輸入電壓進(jìn)行升壓，大大地提升了升壓的整體效率。但是其主要缺點(diǎn)是：電路主體部分仍然采用硬開關(guān)電路，造成的開關(guān)損耗也比較大，變換器的工作效率受到一定的限制。因此有必要對(duì)變換電路進(jìn)行改進(jìn)，可以將串聯(lián)諧振軟開關(guān)技術(shù)引入到推挽式Boost變換器中。三 推挽型DC/DC變換器額定參數(shù)額定參數(shù)的選擇： 輸入直流電壓：Uin=28VDC；輸出直流電壓：Uo=270VD

12、C；變壓器原、副邊匝比：1:3；電感：L4=200H；輸出濾波電容：C1=200F；開關(guān)管： IRF460；功率二極管：MUR460輸出電壓計(jì)算公式：Vo=四 建立仿真模型并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電壓開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路波形圖3：開關(guān)管S2驅(qū)動(dòng)波形圖4：開關(guān)管S3驅(qū)動(dòng)波形推挽型BoostDC/DC變換器電路 圖5：推挽型BoostDC/DC變換器電路原理圖 圖6：輸出電壓波形圖2、推挽型DC/DC變換器電路 圖7：推挽型DC/DC變換器原理圖 圖8：輸出波形圖由圖5、圖6可以看出DC/DC變換器去掉Boost升壓電路后，輸出電壓幅值減小。Vd=28*3=84V符合計(jì)算公式。五 心得體會(huì)通過(guò)這一次

13、的課程設(shè)計(jì)，我對(duì)電力電子的相關(guān)知識(shí)有了深刻的認(rèn)識(shí)、對(duì)制作電力電子器件有了大致的了解，同時(shí)加深了對(duì)整流、觸發(fā)電路等知識(shí)的了解和掌握，同時(shí)通過(guò)實(shí)踐，對(duì)以上內(nèi)容有了更深刻的認(rèn)識(shí)，有效地將書本知識(shí)和實(shí)際情況聯(lián)系起來(lái)。課程設(shè)計(jì)是大學(xué)里必不可少的一項(xiàng)內(nèi)容，一直以來(lái)，我們作為學(xué)生，只是一味地獲取知識(shí)，真正實(shí)踐的機(jī)會(huì)少之又少。所以我覺(jué)得課程設(shè)計(jì)具有重大的意義，它提供我們實(shí)踐的機(jī)會(huì)，從中去發(fā)覺(jué)自己所學(xué)的與真正應(yīng)用的是不相符的，是不是在大學(xué)里學(xué)的知識(shí)出了校園就用不上。通過(guò)實(shí)踐，可以了解自己與理想的差距，在以后的學(xué)習(xí)中，可以有側(cè)重地彌補(bǔ)某些方面的不足。在學(xué)習(xí)的閑暇之間，一定要實(shí)際運(yùn)用理論知識(shí)，在實(shí)踐中驗(yàn)證知識(shí)，發(fā)現(xiàn)知識(shí)。六 參考文獻(xiàn)1朱桂萍,陳建業(yè).電力電子電路的計(jì)算機(jī)仿真M.清華大學(xué)出版社,20082 陳建業(yè).開關(guān)電源計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)M.電子工業(yè)出版社,20113 SimPowerSystems手冊(cè).