推挽型DC變換器

1、電力電子技術(shù)課程設(shè)計班 級： 電氣 1102 學(xué) 號： 姓 名： 揚州大學(xué)水利與能源動力工程學(xué)院電氣工程及其自動化二零一五年一月目 錄第一章：任務(wù)書3一、課程設(shè)計的內(nèi)容3二、課程設(shè)計的目的和要求3三、仿真軟件的使用3四、時間安排4五、設(shè)計總結(jié)報告主要內(nèi)容5第二章：課程設(shè)計報告6一 設(shè)計任務(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 建立仿真模型并進行仿真實驗9五 心得體會12六 參考文獻13第一章：任務(wù)書一、課程設(shè)計的內(nèi)容推挽型DC/DC變換器的設(shè)計及研究(PSPICE)二、課程設(shè)計的目的和要求1、進一步熟悉和掌握電力電子原器件的器件；2、進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)計的基本方法和技術(shù)，掌握有關(guān)電路參數(shù)設(shè)計的方法；4、培養(yǎng)對電力電子電路的性能分析的能力；5、培養(yǎng)撰寫研究設(shè)計報告的能力。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，因此對工程人員來說對所設(shè)計的電路最好能通過計算機分析和仿真，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?，F(xiàn)在使用較多的是PSPICE 6.2，工作于Windows環(huán)境，整個軟件由原理圖編輯、電路仿真、激勵編輯、元器件庫編輯、波形圖等幾個部分組成，使用時是一個整體，但各個部分各有各

3、的窗口。新推出的版本為PSPICE 9.2，是功能強大的模擬電路和數(shù)字電路混合仿真EDA軟件。它可以進行各種各樣的電路仿真、激勵建立、溫度與噪聲分析、模擬控制、波形輸出、數(shù)據(jù)輸出、并在同一個窗口內(nèi)同時顯示模擬與數(shù)字的仿真結(jié)果。無論對哪種器件哪些電路進行仿真，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。對于庫中沒有的元器件模塊，還可以自已編輯。PSPICE可以對電路進行以下一些工作： 1.制作實際電路之前，仿真該電路的電性能，如計算直流工作點（Bias Point），進行直流掃描（DC Sweep）與交流掃描（AC Sweep），顯示檢測點的電壓電流波形等。 2.

4、估計元器件變化（Parametric）對電路造成的影響。 3.分析一些較難測量的電路特性，如進行噪聲（Noise）、頻譜（Fourier）、器件靈敏度（Sensitivity）、溫度（Temperature）分析等。 4.優(yōu)化設(shè)計。 PSPICE主要包括Schematics、Pspice、Probe、Stmed（Stimulus Editor）、Parts等 5個軟件包。其中： .Schematics是一個電路模擬器。它可以直接繪制電路圖，自動生成電路描述文件；并可對電路進行直流分析、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；而且還可以對元件進行修改和編

5、輯。 .Pspice是一個數(shù)據(jù)處理器。它可以對在Schematics中所繪制的電路進行模擬分析，運算出結(jié)果并自動生成輸出文件和數(shù)據(jù)文件。 .Probe是后處理器，相當(dāng)于一個示波器。它可以將在Pspice運算的結(jié)果在屏幕或打印設(shè)備上顯示出來。模擬結(jié)果還可以接受由基本參量組成的任意表達式。 .Stmed是產(chǎn)生信號源的工具。它在設(shè)定各種激勵信號時非常方便直觀，而且容易查對。 .Parts是對器件建模的工具。它可以半自動地將來自廠家的器件數(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、時間安排1、方案設(shè)計：根據(jù)課程設(shè)計給定的內(nèi)

6、容和條件，進行調(diào)查研究、查閱參考文獻，進行反復(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概貌的框圖。2、 電路設(shè)計：根據(jù)方案設(shè)計框圖，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、進行電路的仿真5、總結(jié)鑒定：考核所設(shè)計電路是否全面達到預(yù)定的技術(shù)指標(biāo)，能否長期可靠地工作，并寫出設(shè)計總結(jié)報告。五、設(shè)計總結(jié)報告主要內(nèi)容1、課程設(shè)計報告的題目2、課程設(shè)計的內(nèi)容3、所設(shè)計電路的工作原理（包括電路原理圖、理論波形）4、電路的設(shè)計過程5、各參數(shù)的計算6、仿真模型的建立、仿真參數(shù)的設(shè)置7、進行仿真實驗，列舉仿真結(jié)果8、對仿真結(jié)果的分析9，結(jié)論與收獲第二章：

7、課程設(shè)計報告一 設(shè)計任務(wù)及要求一、課程設(shè)計的題目推挽型DC/DC變換器的設(shè)計及研究(PSPICE)二、課程設(shè)計的任務(wù)設(shè)計一個推挽型DC/DC變換器，并以它為例，對多層次建模方法加以介紹，以此加深對電子電路的理解。三、課程設(shè)計的目的和要求1、進一步熟悉和掌握電力電子原器件的器件；2、進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)計的基本方法和技術(shù)，掌握有關(guān)電路參數(shù)設(shè)計的方法；4、培養(yǎng)對電力電子電路的性能分析的能力；5、培養(yǎng)撰寫研究設(shè)計報告的能力。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，前面一級升壓電路可以看作是一個Boost升壓電路，通過調(diào)整開關(guān)管S1的占空比來調(diào)節(jié)變壓器原邊輸入電壓；后面一級升壓電路是一個推挽式變換電路，也可以看作是由兩個正激式變換器組合來實現(xiàn)的，該變換器是由一個具有中心抽頭的變壓器和兩只開關(guān)管S2、S3構(gòu)成的。這兩個正激式變換器在工作過程中相位相反，在一個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)動電路繼承了一般推挽式變換電路的優(yōu)點：基極驅(qū)動十分方便、簡單，不需要進行電氣隔離就可以直接驅(qū)動。該拓?fù)?/p>

9、結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、驅(qū)動電路簡單以及升壓效果明顯等優(yōu)點。 升壓變換時其具體的工作過程如圖2所示，高壓側(cè)開關(guān)管的驅(qū)動信號被封鎖。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)動信號的占空比均為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，通過高頻變壓器傳送到副邊，并將電壓進一步升高，利用反向電路中的開關(guān)管的反并二極管進行整流。 在任一時刻，電流僅僅流過一個開關(guān)器件，這大大降低了變換器的通態(tài)損耗，同時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)動信號，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。此期間電源對電感充電，儲存能量，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，但是開關(guān)管S1的導(dǎo)通對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時刻，S1關(guān)斷，S2承受正向電壓導(dǎo)通，L1中的電流將通過開關(guān)管S2流經(jīng)變壓器，此時變換器對負(fù)載供電，L1中的電流線性下降。（3）t2t3階段 t2時刻，S1再次導(dǎo)通，工作過程同t0t1階段。 （4

11、）t3t4階段 t3時刻，S1關(guān)斷，S3承受正向電壓導(dǎo)通，L1中的電流將通過開關(guān)管S3流經(jīng)變壓器，此時變壓器對負(fù)載供電，L1中的電流線性下降。 通過分析得到如下結(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)合的方式對輸入電壓進行升壓，大大地提升了升壓的整體效率。但是其主要缺點是：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。因此有必要對變換電路進行改進，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輸出電壓計算公式：Vo=四 建立仿真模型并進行仿真實驗開關(guān)管的驅(qū)動電壓開關(guān)管的驅(qū)動電路波形圖3：開關(guān)管S2驅(qū)動波形圖4：開關(guān)管S3驅(qū)動波形推挽型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符合計算公式。五 心得體會通過這一次

13、的課程設(shè)計，我對電力電子的相關(guān)知識有了深刻的認(rèn)識、對制作電力電子器件有了大致的了解，同時加深了對整流、觸發(fā)電路等知識的了解和掌握，同時通過實踐，對以上內(nèi)容有了更深刻的認(rèn)識，有效地將書本知識和實際情況聯(lián)系起來。課程設(shè)計是大學(xué)里必不可少的一項內(nèi)容，一直以來，我們作為學(xué)生，只是一味地獲取知識，真正實踐的機會少之又少。所以我覺得課程設(shè)計具有重大的意義，它提供我們實踐的機會，從中去發(fā)覺自己所學(xué)的與真正應(yīng)用的是不相符的，是不是在大學(xué)里學(xué)的知識出了校園就用不上。通過實踐，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)重地彌補某些方面的不足。在學(xué)習(xí)的閑暇之間，一定要實際運用理論知識，在實踐中驗證知識，發(fā)現(xiàn)知識。六 參考文獻1朱桂萍,陳建業(yè).電力電子電路的計算機仿真M.清華大學(xué)出版社,20082 陳建業(yè).開關(guān)電源計算機仿真技術(shù)M.電子工業(yè)出版社,20113 SimPowerSystems手冊.