Sepic斬波器的設(shè)計(jì)與仿真課程設(shè)計(jì)

1、（密）（封）（線）本科課程設(shè)計(jì)專用封面設(shè)計(jì)題目： sepic斬波器的設(shè)計(jì)與仿真 所修課程名稱： 電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 修課程時(shí)間：完成設(shè)計(jì)日期：評(píng)閱成績(jī)： 評(píng)閱意見(jiàn)：評(píng)閱教師簽名： 年 月 日8sepic斬波器的設(shè)計(jì)與仿真一設(shè)計(jì)要求1）完成sepic斬波器的設(shè)計(jì)與仿真；2）設(shè)計(jì)要求：輸入：dc100v，50hz； 輸出：dc50v150v2 題目分析 升降壓sepic斬波原理圖：圖一sepic斬波電路 升降壓斬波電路的基本原理：當(dāng)可控開(kāi)關(guān)v 處于通態(tài)時(shí)，電源e 經(jīng)v 向電感l(wèi) 供電使其貯存能量，此時(shí)電流為i1，方向如圖2中所示。同時(shí)，電容c維持輸出電壓基本恒定并向負(fù)載r供電。此后，使v關(guān)斷，電

2、感l(wèi) 中貯存的能量向負(fù)載釋放，電流為i2，方向如圖2所示?？梢?jiàn)，負(fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反。穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期t內(nèi)電感l(wèi)兩端電壓ul對(duì)時(shí)間的積分為零，即 v處于通態(tài)期間，ul=e；而當(dāng)v處于斷態(tài)期間，ul=-uo。于是： 所以輸出電壓為： 改變導(dǎo)通比，輸出電壓既可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當(dāng)01/2時(shí)為降壓，當(dāng)1/21時(shí)為升壓，因此將該電路稱作升降壓斬波電路。本實(shí)驗(yàn)要求輸出：dc50v150v，則 1/33/5 3 主電路設(shè)計(jì)、元器件選型及計(jì)算：由于本次實(shí)驗(yàn)主要要求對(duì)電路的仿真，則放棄了較為復(fù)雜精確計(jì)算的方法，而選擇先估算，再在仿真中修改參數(shù)逐步調(diào)試的方法。由lr,1/

3、cr,初步選擇滿足條件的l,c,r的值經(jīng)過(guò)多次篩選與調(diào)試最后選擇=2*20k, l1=10mh, l2=5mh, c1=100u, c2=1000u,r=100.從而達(dá)到實(shí)驗(yàn)的要求實(shí)驗(yàn)仿真如下圖圖三 仿真電路圖4 主電路仿真分析1.當(dāng)=1/3時(shí),輸出dc=50v，仿真波形如下：2.當(dāng)=1/2時(shí),輸出dc=100v，仿真波形如下： 3.當(dāng)=3/5時(shí),輸出dc=150v，仿真波形如下：5 控制電路設(shè)計(jì)1.控制原理：圖四所示是該dcdc變換器控制系統(tǒng)的控制。原理框圖四，其應(yīng)用背景是衛(wèi)星儲(chǔ)能姿控兩用飛輪能量回饋系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)采用電壓、電流雙閉環(huán)串級(jí)控制結(jié)構(gòu)，外環(huán)是電壓環(huán)，內(nèi)環(huán)是電流環(huán)。控制原理是電壓給

4、定u 與電壓反饋u進(jìn)行比較，得到的電壓誤差經(jīng)電壓調(diào)節(jié)器輸出作為電流給定 ，r與電流反饋i進(jìn)行比較，得到的電流誤差經(jīng)電流調(diào)節(jié)器輸出對(duì)應(yīng)pwm 波的脈沖寬度，然后經(jīng)pwm 控制決定分配給哪個(gè)開(kāi)關(guān)管，之后pwm波通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)dcdc變換器中相應(yīng)的開(kāi)關(guān)管工作 圖四原理框圖以上的雙閉環(huán)控制是針對(duì)工作在pwm 方式下的開(kāi)關(guān)管而言。由于變換器采用的是兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的配合控制，兩種不同的工作模式就對(duì)應(yīng)兩種不同的pwm開(kāi)關(guān)方案，因此必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制邏輯分配單元來(lái)實(shí)現(xiàn)這兩種開(kāi)關(guān)方案，這在圖2中以pwm 控制單元表示。 2.控制實(shí)現(xiàn)：控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以采用模擬控制方案和數(shù)字控制方案，這里以模擬控制方案闡述該dcd

5、c變換器控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，如圖4所示。圖五 控制實(shí)現(xiàn)框圖控制電路由兩級(jí)pi調(diào)節(jié)器、pwm 波產(chǎn)生電路、驅(qū)動(dòng)電路、故障檢測(cè)與保護(hù)電路等組成。兩級(jí)pi調(diào)節(jié)器是控制電路的核心控制單元，兩級(jí)均為帶限幅輸出的pi調(diào)節(jié)器，前級(jí)是電壓調(diào)節(jié)器，后級(jí)是電流調(diào)節(jié)器，前后級(jí)串聯(lián)構(gòu)成了以輸出電壓為主控制對(duì)象、輸出電流為副控制對(duì)象的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。電壓環(huán)的作用是穩(wěn)定輸出電壓，在輸入電壓或負(fù)載擾動(dòng)作用下保證輸出穩(wěn)定。電流環(huán)是在穩(wěn)態(tài)時(shí)跟隨電壓環(huán)，從而使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，調(diào)節(jié)性能好，也易于實(shí)現(xiàn)限流和過(guò)流保護(hù)。由于電壓調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的給定，故電壓調(diào)節(jié)器的限幅值決定了電流調(diào)節(jié)器的最大輸出電流。此外，電流調(diào)節(jié)器的限幅值限制

6、了最大輸出電壓，防止了輸出電壓過(guò)高的非正常狀態(tài)，從而保證了系統(tǒng)的安全可靠。pwm波產(chǎn)生電路負(fù)責(zé)兩種pwm開(kāi)關(guān)方案的實(shí)現(xiàn)，以滿足變換器降壓工作模式和升壓工作模式的要求。由于需要產(chǎn)生兩路控制信號(hào)，因此必須配合主變換電路進(jìn)行特殊的電路設(shè)計(jì)，以解決控制邏輯的分配問(wèn)題。如圖3所示，電流調(diào)節(jié)器輸出送到比較器ic 、ic2同相端，由一個(gè)三角波發(fā)生器產(chǎn)生的三角波送到反相端，兩路信號(hào)相比較疊加獲得pwm 波。分析可知，兩種不同的pwm 開(kāi)關(guān)方案可以通過(guò)對(duì)送到比較器ic 、ic4反相端的三角波加上不同的偏移電壓 和 來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)電流調(diào)節(jié)器輸出電壓低于5 v時(shí)，比較器ic 與三角波有交點(diǎn)，輸出pwm 波，該波形用于驅(qū)

7、動(dòng)t ，而比較器ic4與三角波沒(méi)有交點(diǎn)，故無(wú)脈沖輸出，t2截止；當(dāng)電流調(diào)節(jié)器輸出電壓高于5 v時(shí)，比較器ic4與三角波有交點(diǎn)，輸出pwm 波，該波形用于驅(qū)動(dòng)t ，而比較器ic 輸出高電平，t 1處于全導(dǎo)通狀態(tài)；而且，降壓工作模式和升壓工作模式的切換是平滑過(guò)渡的。這樣，就得到了邏輯上合乎要求的兩路控制信號(hào)，然后再經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路去驅(qū)動(dòng)兩個(gè)開(kāi)關(guān)管t1 和t2。為了提高系統(tǒng)的可靠性，還設(shè)計(jì)了故障檢測(cè)與保護(hù)電路，包括過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)等。這主要利用比較器對(duì)電流、電壓、溫度等的檢測(cè)值與設(shè)定的保護(hù)值比較，一旦發(fā)生超限現(xiàn)象，立即產(chǎn)生相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作。六設(shè)計(jì)總結(jié)此次課程設(shè)計(jì)加深了自己對(duì)理論知識(shí)了解，學(xué)會(huì)了o

8、rcad軟件的運(yùn)用，懂得了分析問(wèn)題的思路和方法，是一次讓我受益匪淺的一次課程設(shè)計(jì)。這次課程設(shè)計(jì)是我們理論聯(lián)系實(shí)踐的一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，我們?cè)谛〗M的齊心協(xié)力下完成了課題。在得到課題時(shí)，首先，我們先進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，通過(guò)書籍和網(wǎng)絡(luò)整理出有用的資料。然后，通過(guò)計(jì)算，分析，總結(jié)，最后我們確定下來(lái)了方案。最后通過(guò)分工合作以及集體討論思考的方法成功完成了此次課程設(shè)計(jì)。在這之中，我們也遇見(jiàn)了不少問(wèn)題，例如，仿真波形一直達(dá)不到50150v的要求，后來(lái)經(jīng)過(guò)一些列的努力，在老師的幫助下終于解決了問(wèn)題。在本次課程設(shè)計(jì)中，我也發(fā)現(xiàn)了自己很多不足，例如，很多系統(tǒng)知識(shí)還不是很熟悉，計(jì)算時(shí)還需要查閱課本，計(jì)算方式方法也有待提高

9、。這次課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的知識(shí)面很廣，專業(yè)性很強(qiáng)，需要很多經(jīng)驗(yàn)和理論才能順利完成，在這方面，我們得到了湯勉剛老師的悉心指導(dǎo)，給我解決了很多問(wèn)題，也給我們提供了很多有用的參考數(shù)據(jù)，這讓我們能在短時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)起到了很大的幫助。同樣也讓我們?cè)谶@中間學(xué)到了很多有用的東西，拓寬了我們的知識(shí)面。在本次設(shè)計(jì)中，除了計(jì)算方面，在軟件應(yīng)用方面我們也遇到了一些問(wèn)題。本次設(shè)計(jì)仿真采用orcad軟件，這款軟件雖然平時(shí)經(jīng)?？匆?jiàn)老師在上課時(shí)運(yùn)用，但從沒(méi)有操作過(guò)，所以在運(yùn)用是，出現(xiàn)了問(wèn)題。但是我們通過(guò)閱讀相關(guān)資料以及老師的教導(dǎo)下，在組員和老師的幫助下，順利的完成了軟件仿真的這部分任務(wù)。這次課程設(shè)計(jì)也使我們比較熟練的掌握了這一塊非常實(shí)用的軟件，相信在以后的工作學(xué)習(xí)中將對(duì)我們有很大幫助。此次課程設(shè)計(jì)是在我們小組全體成員共同努力下完成的，感謝同組組員邱良黎，石鴻愷，唐帥，馬超的幫助和支持。最后，再次感謝指導(dǎo)老師湯勉剛老師的幫助和指導(dǎo)。參考文獻(xiàn)： 1 王兆安編著.電力電子技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004年5月. 2 張乃國(guó)電源技術(shù)北京：中國(guó)電力出版社，1998 3 何希才新型開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用北京：科學(xué)出版社，2001 4 阮新波，嚴(yán)仰光直流開(kāi)關(guān)電源的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)北