直流斬波電路課設(shè)

1、 電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書 直流降壓斬波電路的設(shè)計(jì)院 、 部： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職稱 專 業(yè)： 班 級： 完成時(shí)間： 摘 要直流降壓斬波電路又稱為Buck變換器，它對輸入電壓進(jìn)行降壓變換。通過控制電路的占空比即通過IGBT來控制降壓斬波電路的輸出電壓。直流斬波電路作為將直流電變成另一種固定電壓或可調(diào)電壓的DC-DC變換器 ,在直流傳動(dòng)系統(tǒng)、充電蓄電電路、開關(guān)電源、電力電子變換裝置及各種用電設(shè)備中得到普通的應(yīng)用.隨之出現(xiàn)了諸如降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、復(fù)合斬波電路等多種方式的變換電路。直流斬波技術(shù)已被廣泛用于開關(guān)電源及直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中，使其控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)、

2、節(jié)約電能的效果。全控型電力電子器件IGBT在牽引電傳動(dòng)電能傳輸與變換、有源濾波等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。首先分析了直流斬波主電路（即Buck變換器）的工作原理，計(jì)算了電路的電壓電流和IGBT承受的正反向電壓，按照留有裕量的選型原則，選擇了IRG4PC40U型號的IGBT，并對其參數(shù)進(jìn)行了介紹。利用PWM控制芯片SG3525作為觸發(fā)電路的核心部件，最后利用MATLAB建立了仿真模型，設(shè)置了模型的參數(shù)，并進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果證明了設(shè)計(jì)的正確性。關(guān)鍵字：設(shè)計(jì)；仿真；直流降壓斬波；Buck I目 錄1 緒論11.1設(shè)計(jì)的背景與意義11.2直流斬波發(fā)展現(xiàn)狀11.3本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容22 直流斬波主電路的設(shè)計(jì)3

3、2.1設(shè)計(jì)原始參數(shù)32.2直流斬波電路原理32.3主電路的設(shè)計(jì)4 2.3.1 直流降壓斬波電路4 2.3.2 直流降壓斬波電路參數(shù)計(jì)算4 2.3.3 主電路參數(shù)分析53控制電路設(shè)計(jì)73.1PWM控制芯片SG3525簡介及特點(diǎn)73.2 SG3525內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作特性73.3 觸發(fā)電路94仿真調(diào)試104.1仿真軟件的介紹104.2 仿真模型建立104.3 仿真結(jié)果分析12 結(jié)束語15參考文獻(xiàn)16致謝17附錄18 附錄A：元件清單18 附錄B：主電路CAD圖19II1 緒論1.1 設(shè)計(jì)的背景與意義 直流斬波主要應(yīng)用于低壓大電流領(lǐng)域，其目的是為了解決續(xù)流管的導(dǎo)通損耗問題。采用一般的二極管續(xù)流，其導(dǎo)通電

4、阻較大，應(yīng)用在大電流場合時(shí)，損耗很大。用導(dǎo)通電阻非常小的MOS管代替二極管，可以解決損耗問題，但同時(shí)對驅(qū)動(dòng)電路提出了更高的要求。此外，對Buck電路應(yīng)用同步整流技術(shù)，用MOS管代替二極管后，電路從拓?fù)渖险狭薆uck和Boost兩種變換器，為實(shí)現(xiàn)雙向DCDC變換提供了可能。 由于直流斬波具有調(diào)壓、調(diào)磁等作用，因此它的應(yīng)用領(lǐng)域之一是直流電機(jī)的調(diào)速。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于電樞電壓及磁場的大小，通過直流斬波器的調(diào)壓作用，可以調(diào)節(jié)電機(jī)的電樞電壓，達(dá)到調(diào)速的目的。另外，通過直流斬波器的調(diào)磁作用，可以調(diào)節(jié)電機(jī)的磁場及勵(lì)磁電流，也可以達(dá)到調(diào)速的目的。直流電機(jī)調(diào)速在地鐵、城市無軌電車、電動(dòng)汽車等運(yùn)輸車輛上得到了

5、廣泛的應(yīng)用。直流斬波的另一應(yīng)用領(lǐng)域是直流供電電源。在各種應(yīng)用場合中，不同用電設(shè)備所需要的直流供電電壓的等級不同，采用直流斬波器可以將單一的、不穩(wěn)定的直流輸入電壓變換成負(fù)載所需要的穩(wěn)定的、不同電壓等級的直流供電電壓，因?yàn)橹绷鲾夭ㄆ鞴ぷ髟陂_關(guān)狀態(tài)，因此這種類型的直流供電電源也稱為開關(guān)電源。開關(guān)電源在計(jì)算機(jī)、通信等各個(gè)領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。1.2 直流斬波發(fā)展現(xiàn)狀電力電子學(xué)(Power Electronics)是應(yīng)用于電力技術(shù)領(lǐng)域中的電子學(xué)，在工程應(yīng)用中稱為電力電子技術(shù)(Power Electronic Technique)。它是以利用大功率電子器件對電能進(jìn)行變換和控制為研究內(nèi)容，是一門與電子、控

6、制和電力緊密相關(guān)的邊緣學(xué)科。它在電能的產(chǎn)生和使用之間建立了一種關(guān)系,在這種關(guān)系下，電能的產(chǎn)生、輸送和使用都有很高的效率，而且各種不同的負(fù)載都能得到其所期望的最佳能量供應(yīng)形式和最佳的控制。因此，電力電子技術(shù)不僅大量用于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中的交直流輸變電裝置，更廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域中各種電機(jī)的交直流調(diào)速，材料加工領(lǐng)域中各種加熱電源(如中高頻 感應(yīng)加熱電源、焊接電源等)的能量輸出控制等。隨著技術(shù)的發(fā)展，以電壓驅(qū)動(dòng)的各種全控型高頻大功率器件及其功率模塊相繼出現(xiàn)，這為制造各種小巧輕便、性能 穩(wěn)定的高效率和高品質(zhì)高頻開關(guān)電源提供了條件，這類電源目前廣泛用于各種通訊設(shè)備、計(jì)算機(jī)乃至各類家電產(chǎn)品。 現(xiàn)代電力電

7、子技術(shù)(Modern Power Electronic Technique)主要以該領(lǐng)域中那些后起的，目前最具發(fā)展前景的全控型電力電子器件如Power-MOSFET、IGBT、MCT、PIC等為背景，介紹它們的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、主要參數(shù)、應(yīng)用特點(diǎn)，以及器件應(yīng)用中的驅(qū)動(dòng)、保護(hù)等基本問題，分別介紹在硬PWM開關(guān)和軟PWM開關(guān)條件下的各類變換電路。而直流斬波器（DC Chopper）是一種把恒定直流電壓變換成為另一固定電壓或可調(diào)電壓的直流電壓，從而滿足負(fù)載所需的直流電壓的變流裝置。也稱為直接直流-直流變換器（DC/DC Converter）。它通過周期性地快速通、斷，把恒定直流電壓斬成一系列的脈沖

8、電壓，而改變這一脈沖列的脈沖寬度或頻率就可實(shí)現(xiàn)輸出電壓平均值的調(diào)節(jié)。直流斬波器除可調(diào)節(jié)直流電壓的大小外，還可以用來調(diào)節(jié)電阻的大小和磁場的大小。直流傳動(dòng)、開關(guān)電源是斬波電路應(yīng)用的兩個(gè)重要領(lǐng)域，是電力電子領(lǐng)域的熱點(diǎn)。全控型器件選擇絕緣柵雙極晶體管（IGBT）綜合了GTR和電力MOSFET的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的特性。目前已取代了原來GTR和一部分電力MOSFET的市場，應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)展，成為中小功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件。前者是斬波電路應(yīng)用的傳統(tǒng)領(lǐng)域后者則是斬波電路應(yīng)用的新領(lǐng)域。直流斬波器的種類較多，包括6種基本斬波器：降壓斬波器（Buck Chopper）、升壓斬波器（Boost Chopper）、升

9、降壓斬波器(Boost-Buck Chopper)、Cuk斬波器、Sepic斬波器和Zeta斬波器，前兩種是最基本的類型。 1.3 本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容首先分析了直流斬波主電路（即Buck變換器）的工作原理，計(jì)算了電路的電壓電流和IGBT承受的正反向電壓，按照留有裕量的選型原則，選擇了IRG4PC40U型號的IGBT，并對其參數(shù)進(jìn)行了介紹。利用PWM控制芯片SG3525作為觸發(fā)電路的核心部件，最后利用MATLAB建立了仿真模型，設(shè)置了模型的參數(shù)，并進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果證明了設(shè)計(jì)的正確性。 本設(shè)計(jì)說明書主要分為4章，第1章緒論，主要介紹了直流斬波的應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀。第2章直流斬波主電路的設(shè)計(jì)主要介紹了直

10、流斬波電路原理及直流降壓斬波電路的主電路設(shè)計(jì)、參數(shù)分析等。第3章觸發(fā)電路分析主要介紹了PWM控制芯片SG3525簡介及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作特性，整體觸發(fā)電路的相關(guān)設(shè)計(jì)。第4章電路系統(tǒng)仿真及結(jié)論主要介紹了仿真軟件MATLAB的Simulink組件，仿真電路及其仿真結(jié)果分析。2 直流斬波主電路的設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)一個(gè)電路，要求實(shí)現(xiàn)直流輸入電壓200V，輸出電壓50V-100V連續(xù)可調(diào)，輸出最大電流40A，實(shí)現(xiàn)DC-DC變換，接阻感性負(fù)載。2.2 直流斬波電路原理 直流降壓變流器用于降低直流電源的電壓，使負(fù)載側(cè)電壓低于電源電壓，其原理電路如圖1所示。在開關(guān)器件V導(dǎo)通時(shí)，有電流經(jīng)電感L向負(fù)載供

11、電，在V關(guān)斷時(shí)，電感L釋放儲能，維持負(fù)載電流，電流經(jīng)負(fù)載和二極管VD形成回路。調(diào)節(jié)開關(guān)器件V的通斷周期，可以調(diào)整負(fù)載側(cè)輸出電流和電壓的大小。 圖1 直流降壓斬波電路 （1）式（1）中 T為V開關(guān)周期, 為導(dǎo)通時(shí)間， 為占空比。 Uo最大為E，減小 ，Uo隨之減小，降壓斬波電路。也稱為Buck變換器(Buck Converter) 負(fù)載電流平均值為： （2） 電流斷續(xù)時(shí)，Uo平均值會被抬高，一般不希望出現(xiàn)。 根據(jù)對輸出電壓平均值進(jìn)行調(diào)制的方式不同，斬波電路可有三種控制方式: （l）保持開關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，稱為PWM(Pulse Width Madula-tion)或脈沖調(diào)寬型。 （

12、2）保持開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不變，改變開關(guān)周期T,稱為頻率調(diào)制或調(diào)頻型。 （3）和T都可調(diào)，使占空比改變，稱為混合型。2.3 主電路的設(shè)計(jì)2.3.1 直流降壓斬波電路直流降壓斬波主電路框圖，如圖2所示：圖2 直流降壓斬波主結(jié)構(gòu)框圖2.3.2 直流降壓斬波電路參數(shù)計(jì)算（1）設(shè)計(jì)降壓斬波電路中，直流降壓變壓器電源電壓E=200V，負(fù)載電阻R=10，試選L=2mH,T=50S,=25S。根據(jù)判斷電流斷續(xù)的條件： (3) ， (4) 所有所選L符合要求，電流不斷續(xù)。 （2）IGBT的參數(shù)設(shè)定此次設(shè)計(jì)的電源電壓為220V，開關(guān)頻率f=40kHz,當(dāng)二極管VD導(dǎo)通時(shí)V的C和E兩端承受的電壓為電源電壓，因此。 UG

13、E(th)隨溫度的升高略有下降，溫度每升高1C，其值下降5mV左右。在+25C時(shí)，UGE(th)的值一般為2-6V。 參考電力電子技術(shù)課本可得： （5） （6） 式（5）、（6）中，；。若取為22，則：A （3）續(xù)流二極管VD的參數(shù)設(shè)定VD所承受的最大反向電壓是當(dāng)IGBT導(dǎo)通是的電源電壓100V。所承受的最大電流是當(dāng)IGBT關(guān)斷瞬間電感L作用在VD上的電流，此電流為A。 （4）電感的參數(shù)設(shè)定 由上面所選的電阻10，根據(jù)歐姆定律： （7） 由式（7）可知，當(dāng)=80V時(shí)，A;當(dāng)=50V時(shí)，A;根據(jù)電感電流連續(xù)時(shí)電感量臨界值條件：為了保證負(fù)載最小電流電路能夠連續(xù)，取A來算，可得L=0.0625mH，

14、所以只要所取電感L0.0625mH ，取L=1mH。設(shè)計(jì)要求輸出電壓紋波小于1%，由紋波電壓公式： （8）由式（8）可得 取C=0.47mF 2.3.3 主電路參數(shù)分析主電路中需要確定參數(shù)的元器件有IGBT、二極管、直流電源、電感、電阻值的確定，其參數(shù)確定如下： (1) 電源 要求輸入電壓為200V。其直流穩(wěn)壓電源模塊前面已完成，以該直流穩(wěn)壓電源作為系統(tǒng)電源。 (2) 電阻 因?yàn)楫?dāng)輸出電壓為50-100V時(shí)，輸出電流為10A。所以由歐姆定律可得負(fù)載電阻值為 ，可得到電路電阻應(yīng)該在。 (3) IGBT 當(dāng)IGBT截止時(shí)，回路通過二極管續(xù)流，此時(shí)IGBT兩端承受最大正壓為220V；而當(dāng)=1時(shí)，IG

15、BT有最大電流，其值為10A。故需選擇集電極最大連續(xù)電流A，反向擊穿電壓V的IGBT。而一般的IGBT都滿足要求?？紤]其安全裕度則IGBT的額定電壓可以為2-3倍峰值電壓，所以額定電壓可為440V-660V，額定電流33A-44A，二極管VD與其類似，VD的最大反向電壓為220V。因此，選擇IGBT的型號為IRG4PC40U其額定電壓為600V，額定電流為40A。 (4) 二極管 當(dāng)=1時(shí)，其承受最大反壓200V；而當(dāng)趨近于1時(shí)，其承受最大電流趨近于10A，故需選擇，的二極管。因此，選擇續(xù)流二極管的型號為HFA25TB60，其額定電壓為600V，額定電流為25A。 (5) 電感 選擇大電感L(

16、為700mL)。3 控制電路設(shè)計(jì)3.1 PWM控制芯片SG3525簡介及特點(diǎn) 隨著電能變換技術(shù)的發(fā)展，功率MOSFET在開關(guān)變換器中開始廣泛使用， 為此美國硅通用半導(dǎo)體公司（Silicon General）推出SG3525。SG3525是用于驅(qū)動(dòng)N溝道功率MOSFET。下面我們對SG3525特點(diǎn)、引腳功能、電氣參數(shù)、工作原理以及典型應(yīng)用進(jìn)行介紹。 SG3525是電流控制型PWM控制器，所謂電流控制型脈寬調(diào)制器是按照反饋電流調(diào)節(jié)脈寬。 在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感線圈的信號與誤差放大器輸出信號進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)和電流環(huán)

17、雙環(huán)系統(tǒng)，因此，無論開關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高， 是目前比較理想的新型控制器，可滿足對Buck主電路的脈沖觸發(fā)控制。SG3525特點(diǎn)： (1)工作電壓范圍寬：835V。 (2)5.1（1.0%）V 微調(diào)基準(zhǔn)電源。 (3)振蕩器工作頻率范圍寬：100Hz400KHz。 (4)具有振蕩器外部同步功能。 (5)死區(qū)時(shí)間可調(diào)。 (6)內(nèi)置軟啟動(dòng)電路。 (7)具有輸入欠電壓鎖定功能。 (8)具有PWM瑣存功能，禁止多脈沖，逐個(gè)脈沖關(guān)斷。 (9)雙路輸出（灌電流/拉電流）：mA(峰值)。3.2 SG3525內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作特性（1）基準(zhǔn)電壓調(diào)整器基準(zhǔn)電壓調(diào)整器是輸出為5.1V，5

18、0mA，有短路電流保護(hù)的電壓調(diào)整器。它供電給所有內(nèi)部電路，同時(shí)又可作為外部基準(zhǔn)參考電壓。若輸入電壓低于6V時(shí)，可把15、16腳短接，這時(shí)5V電壓調(diào)整器不起作用。（2）振蕩器3525A的振蕩器，除CT、RT端外，增加了放電7、同步端3。RT阻值決定了內(nèi)部恒流值對CT充電，CT的放電則由5、7端之間外接的電阻值RD決定。把充電和放電回路分開，有利于通過RD來調(diào)節(jié)死區(qū)的時(shí)間，因此是重大改進(jìn)。這時(shí)3525A的振蕩頻率可表為： （3）SG3525引腳圖SG3525的引腳圖如圖3所示。圖3 SG3525引腳圖（4）SG3525的內(nèi)部結(jié)構(gòu)SG3525的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖4 SG3525的引腳以及內(nèi)部框圖

19、在直流降壓斬波電路中可以通過調(diào)節(jié)2腳接的電阻值改變輸出脈沖信號的占空比，根據(jù)求頻率f的公式計(jì)算出SG3525外接元件參數(shù)。 3.3 觸發(fā)電路 MOSFET驅(qū)動(dòng)器是一款高頻高電壓柵極驅(qū)動(dòng)器，可利用一個(gè)同步 DC/DC 轉(zhuǎn)換器和高達(dá)100V的電源電壓來驅(qū)動(dòng)兩個(gè)N溝道 MOSFET。強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)能力降低了具高柵極電容MOSFET中的開關(guān)損耗。針對兩個(gè)與電源無關(guān)的輸入進(jìn)行配置。高壓側(cè)輸入邏輯信號在內(nèi)部被電平移位至自舉電源，此電源可以在高出地電位達(dá)114V的電壓條件下運(yùn)行。在電源系統(tǒng)中，MOSFET驅(qū)動(dòng)器一般僅用于將PWM控制IC的輸出信號轉(zhuǎn)換為高速的大電流信號，以便以最快的速度打開和關(guān)閉MOSFET。由

20、于驅(qū)動(dòng)器IC與MOSFET的位置相鄰，所以就需要增加智能保護(hù)功能以增強(qiáng)電源的可靠性。MOSFET驅(qū)動(dòng)電路分類驅(qū)動(dòng)電路分為：分立插腳式元件的驅(qū)動(dòng)電路；光耦驅(qū)動(dòng)電路；厚膜驅(qū)動(dòng)電路；專用集成塊驅(qū)動(dòng)電路。本文設(shè)計(jì)的電路采用的是專用集成塊驅(qū)動(dòng)電路。MOSFET驅(qū)動(dòng)電路分析隨著微處理技術(shù)的發(fā)展(包括處理器、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和存儲器件)，數(shù)字信號處理器以其優(yōu)越的性能在交流調(diào)速、運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。一般數(shù)字信號處理器構(gòu)成的控制系統(tǒng)， MOSFET驅(qū)動(dòng)信號由處理器集成的PWM模塊產(chǎn)生的。而PWM接口驅(qū)動(dòng)能力及其與MOSFET的接口電路的設(shè)計(jì)直接影響到系統(tǒng)工作的可靠性。因此本文采用SG3525設(shè)計(jì)的光耦驅(qū)動(dòng)電路

21、是一種可靠的MOSFET驅(qū)動(dòng)方案。電路設(shè)計(jì)如圖5所示。圖5 SG3525光耦驅(qū)動(dòng)電路 4 仿真調(diào)試4.1 仿真軟件的介紹 MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。 Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它

22、也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。 豐富的可擴(kuò)充的預(yù)定義模塊庫 交互式的圖形編輯器來組合和管理直觀的模塊圖以設(shè)計(jì)功能的層次性來分割模型，實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜設(shè)計(jì)的管理通ModelExplorer 導(dǎo)航、創(chuàng)建、配置、搜索模型中的任意信號、參數(shù)、屬性，生成模型代碼 提供API用于與其他仿真程序的連接或與手寫代碼集成 使用Embedded MATLAB 模塊在Simulink和嵌入

23、式系統(tǒng)執(zhí)行中調(diào)用MATLAB算法 使用定步長或變步長運(yùn)行仿真，根據(jù)仿真模式(Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)來決定以解釋性的方式運(yùn)行或以編譯C代碼的形式來運(yùn)行模型 圖形化的調(diào)試器和剖析器來檢查仿真結(jié)果，診斷設(shè)計(jì)的性能和異常行為 可訪問MATLAB從而對結(jié)果進(jìn)行分析與可視化，定制建模環(huán)境，定義信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù) 模型分析和診斷工具來保證模型的一致性，確定模型中的錯(cuò)誤。4.2仿真模型的建立本設(shè)計(jì)借助于Matlab的Simulink工具箱來實(shí)現(xiàn)buck電路的建模。圖6為未帶反饋的buck電路模型圖。圖6為未帶反饋的buck電路模型圖該電路中開關(guān)器件用IGBT

24、，控制IGBT的波形由PWM脈沖生成器Pulse Generator產(chǎn)生，Pulse Generator在Simulink Library Browser的Simulink下拉菜單Sources類別中。在繪制仿真圖時(shí)，打開Simulink Library Browser，可以在分類菜單中查找所需元件，也可以直接在查找欄中輸入元件名稱，如Pulse Generator，雙擊查找。找到元件后直接將其拖到新建Model文件窗口中即可。IGBT和二極管，選擇SimPowerSystems下拉菜單Power Electronics類別中的IGBT和Diode。電阻、電感和電容元件，選擇SimPowerS

25、ystems下拉菜單Elements類別中的Series RLC Branch，放入窗口后，雙擊該圖標(biāo)，在Branch Type中選擇相應(yīng)類型，如電阻選R，電感選L，電容選C，選擇完畢后單擊OK按鈕。放齊元件后，按降壓斬波電路原理圖連接電路，為了方便觀察輸出，應(yīng)在輸出端加上電壓測量裝置Voltage Measurement，并在Simulink下拉菜單Commonly Used Blocks類別中選擇Scope，即示波器，以觀測輸出電壓波形。在不帶反饋的Buck模型下，記錄下仿真的輸出電壓波形。 圖7 帶反饋buck電路模型圖本模型的建立利用PWM控制原理，利用Simulink庫里面的減法器模

26、擬誤差放大器，在constant模塊里設(shè)定的常數(shù)模擬參考電壓，因simulink中沒有專門的比較器，故利用一個(gè)減法器和一個(gè)選擇開關(guān)模擬比較器，結(jié)合buck開環(huán)模型構(gòu)成了帶反饋?zhàn)哉{(diào)整的buck模型。4.3 仿真結(jié)果分析因?yàn)檩斎腚妷簽?00V，仿真過程中控制占空比為50%，則輸出電壓為100V,下面將對輸出電壓為100V時(shí)，未加反饋和加反饋的buck電路進(jìn)行對比分析。圖8 未加反饋的仿真結(jié)果圖 圖9 加反饋的仿真結(jié)果圖將圖8和圖9進(jìn)行對比可得出，兩個(gè)電路在啟動(dòng)時(shí)會有短暫的過電壓過程，這在設(shè)計(jì)電路時(shí)要加過壓保護(hù)電路。且過電壓峰值基本相同，說明施加反饋的過程中沒有改變超調(diào)量，但可以看出，施加反饋環(huán)節(jié)大

27、大地縮短了輸出電壓的調(diào)節(jié)時(shí)間，且使輸出更穩(wěn)定，所以，在實(shí)際應(yīng)用中，我們要盡量設(shè)計(jì)閉環(huán)系統(tǒng)，開環(huán)系統(tǒng)往往對干擾的抑制能力有限，容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。適當(dāng)?shù)氖┘忧‘?dāng)?shù)姆答仯欣诟纳葡到y(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，同時(shí)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。圖10 流過電感的電流波形圖11 流過二極管的電流波形圖12 輸出電流波形對比以上三幅圖，圖10為流過電感的電流波形，當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通壓降為零，加在電感上的電壓就為輸入與輸出電壓之差，由于電感上的電壓恒定，所以流過電感的電流線性上升，且斜率為，使得電感電流為右階梯的斜坡。而圖11所示為續(xù)流二極管的電流波形，當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電流轉(zhuǎn)移流向二極管，此時(shí)電感兩端電壓的極性相反，電感中的

28、電流線性下降且斜率為，所以波形為圖12所示的下降的階梯斜坡。由電路工作過程分析及三幅波形圖的對比可得出輸出電流的波形就是流過電感和續(xù)流二極管的電流波形疊加的結(jié)果。 結(jié)束語學(xué)習(xí)電力電子技術(shù)這門課已經(jīng)一個(gè)學(xué)期了，正所謂“紙上得來終覺淺”，通過本次課程設(shè)計(jì)，我對直流降壓斬波電路有了深刻的了解，從主電路的設(shè)計(jì)到觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)，從元器件的選擇到Matlab仿真，使我深感自己知識的不足，但通過到圖書館查閱相關(guān)資料以及瀏覽相關(guān)網(wǎng)站使我增長了不少的知識，詳細(xì)閱讀當(dāng)然是不現(xiàn)實(shí)的，我選取了一部分跟這次課程設(shè)計(jì)有關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行了解，最終成功完成了直流降壓斬波電路的設(shè)計(jì)。 關(guān)于本次的課程設(shè)計(jì)，剛開始我選用了Multis

29、im軟件，以前電路上機(jī)實(shí)驗(yàn)我有用過這個(gè)軟件，我用的版本是multisim10,里面的芯片還是挺齊的，唯一的遺憾就是沒有SG3525芯片，于是我用了一個(gè)16個(gè)接線頭的集成電路模擬，在仿真的時(shí)候我用輸入矩形波代替了SG3525，不過仿真過程不太順利，老是有錯(cuò)誤出現(xiàn)無法運(yùn)行，這讓我有些泄氣。于是我決定還是用Matlab中的Simulink來完成仿真這一塊。WPS文字編輯也越熟練了。電腦上仿真差不多以后我又到學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室對電路進(jìn)行了實(shí)際接線，其實(shí)在平時(shí)的實(shí)驗(yàn)中我有做過Buck電路，實(shí)驗(yàn)臺上的器件也很齊全，接線也比較容易，所以完成得比較順利。 當(dāng)然在設(shè)計(jì)的過程中也遇到了很多的問題，比如在計(jì)算元器件參數(shù)是缺少理論依據(jù)難以正確的計(jì)算相應(yīng)的參數(shù)；在選取元器件型號和參數(shù)時(shí)，缺少實(shí)際經(jīng)驗(yàn)難以找到合適的元件；在用MATLAB軟件仿真是遇到了許多操作上的問題，致使仿真花費(fèi)的很多時(shí)間才達(dá)到有效效果。雖然遇到了許多的困難但是我還是通過不斷的學(xué)習(xí)解決了這些難題。 在近年美國總統(tǒng)科技顧問委員會提交的咨詢報(bào)告中，列舉了6項(xiàng)關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家長久安全的國家關(guān)鍵技術(shù)，即材料、制造業(yè)、信息和通訊、生物技術(shù)、航空和運(yùn)輸、能源和環(huán)境。從中我們可以看到，除生物技術(shù)一項(xiàng)外，其他5項(xiàng)技術(shù)都與電力電子裝置有關(guān)。在我國制定的“國家中長期科學(xué)和技術(shù)