電氣工程計算機仿真直流直流變壓器

電氣工程計算機仿真直流直流變壓器第一頁，共三十七頁，2022年，8月28日5.2直流-直流變流器

直流-直流變流器也稱直流斬波器(DCChopper)或DC-DC變流器。直流-直流變流器用于調整直流電的電壓，它有多種類型，降壓(Buck)變換器、升壓(Boost)變換器、Buck/Boost變換器、Cuk升降壓變換器和橋式(H型)直流變換器等，這里主要介紹降壓(Buck)變換器、升壓(Boost)變換器的仿真。第二頁，共三十七頁，2022年，8月28日（1）當開關器件V的觸發(fā)脈沖由低電平變高電平時，V導通，二極管D截止，電流經電感L向負載供電，電感電流增加，電感儲能。EVDLRuoio5.2.1直流降壓變流器設計Buck電路工作狀態(tài)分析Buck主電路第三頁，共三十七頁，2022年，8月28日（2）當開關器件V的觸發(fā)脈沖由高電平變低電平時，V關斷，二極管D導通，電流通過負載R和二極管D形成回路，電感L釋放能量。EVDLRuoioBuck電路工作狀態(tài)分析Buck主電路第四頁，共三十七頁，2022年，8月28日負載側輸出電壓的平均值為式中T為V開關周期，ton為V導通時間，α為占空比。V導通，D截止V關斷，D導通觸發(fā)脈沖負載電流輸出電壓（D的反向電壓）第五頁，共三十七頁，2022年，8月28日直流降壓變換器仿真模型電源電壓E=200V，電阻負載R=5Ω，電感L=0.01H。SimPowerSystems→ElectricalSourcesSimPowerSystems→PowerElectronicsSimPowerSystems→ElementsSimPowerSystems→ExtraLibrary→ControlBlocksSimPowerSystems→ExtraLibrary→MeasurementsSimPowerSystems→MeasurementsSimulink→SinksSimulink→SignalRouting系統(tǒng)自動添加該模塊第六頁，共三十七頁，2022年，8月28日直流電壓源幅值200V測量選項：不選第七頁，共三十七頁，2022年，8月28日IGBT導通電阻0.01歐導通電感1e-6H正向壓降0.8V起始電流0緩沖電阻0緩沖電容0.01e-6不顯示測量端口電流下降時間1e-6s電流拖尾時間0.3e-6s第八頁，共三十七頁，2022年，8月28日二極管導通電阻0.01歐導通電感0H正向壓降0.8V不使用緩沖電路不顯示測量端口起始電流0A第九頁，共三十七頁，2022年，8月28日電感電感選L電感值0.01H測量選項：None不設置起始電流SeriesRLCBranch第十頁，共三十七頁，2022年，8月28日電阻電阻選R電阻值5歐測量選項：None第十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日脈沖發(fā)生器脈沖類型選Timebased使用仿真時間幅值1周期0.002秒，開關頻率為500Hz脈沖寬度50%相位延時0秒各矢量參數為一維第十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日傅里葉分析模塊基波頻率500Hz諧波次數，0為直流傅里葉分析模塊可測量電壓或電流的直流分量或諧波含量第十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日IGBT驅動信號直流降壓變換器仿真結果第十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日輸出電壓瞬時值和平均值第十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日二極管電流第十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日IGBT電流

第十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日EVDLRuoio帶輸出濾波電容的降壓變換器C濾波電容可平滑輸出電壓，減小輸出電壓諧波含量，當C足夠大時，輸出電壓uR近似認為不變，uR

=UR

。已知：直流降壓變換器電源電壓E=200V，輸出電壓UR=140V，電阻負載R=5Ω，設計合適的電感L和電容C，并進行仿真。uR第十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日帶輸出濾波電容的降壓變換器參數設計電感L的選擇：T為開關周期，IOM為最小負載電流，取14A，得L=0.003H，電感最小電流為28-14=14A，電感電流最大值為28+14=42A

。電容C的選擇：△UO為輸出電壓脈動量，取1V，得C=0.007F。占空比D：D=UR/E=140/200=0.7負載平均電流IO，UR/R=140/5=28A。第十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日例5-2設直流降壓變換器電源電壓E=200V，輸出電壓UR=140V，電阻負載R=5Ω，電感L=0.003H，電容C=0.007F。得到IGBT、二極管的電流波形，得到電感電流、輸出電壓波形。帶輸出濾波電容的降壓變換器仿真實例E=200VVDL=0.003HR=5歐ioC=0.007FUR=140V第二十頁，共三十七頁，2022年，8月28日仿真設計步驟：1）根據直流降壓變換器原理電路建立變換器的仿真模型，如圖所示。帶輸出濾波電容的降壓變換器仿真第二十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日2）設置模型參數。直流電源200V，電感L=0.003H，電容C=0.007F，負載電阻取5Ω，脈沖發(fā)生器脈沖周期為Ts=2ms，脈沖占空比：取脈沖寬度為70%。帶輸出濾波電容的降壓變換器仿真3）設置仿真參數，取仿真時間為0.01s，仿真算法ode15s。4）得到仿真波形。第二十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日負載電壓波形第二十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日電感電流第二十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日最小電感電流為14A電感電流局部放大圖最大電感電流為42A第二十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日輸出電壓脈動量△UO近似為1V，與計算相一致。負載電壓局部放大圖第二十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日L=0.1mH，C=100μF時的Buck電路減小T，T=50×10-6s時，fs=20kHz保證電感電流連續(xù)的最小負載電流為140/5=28A，當IO<420A時，電路工作于電流斷續(xù)狀態(tài)。斷續(xù)工作狀態(tài)該公式不成立。最小電感電流為28-10.5=16.5A。輸出電壓脈動量第二十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日L=0.1mH，C=100μF時Buck電路仿真模型第二十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日L=0.1mH，C=100μF時Buck電路仿真結果負載電壓波形第二十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日在電路中IGBT導通時，電流由電源E經升壓電感L和VT形成回路，電感L的電流增加，電感儲能;當IGBT關斷時，電感產生的反電動勢和直流電源電壓串聯共同向負載供電，由于在IGBT關斷時電感的反電動勢和直流電源電壓方向相同互相疊加，從而在負載側得到高于電源的電壓。穩(wěn)態(tài)時，一個周期T內電感L積蓄的能量與釋放的能量相等輸出電壓為：0iGE0ioI1升壓斬波a）電路圖b）波形

5.2.2直流升壓變換器設計第三十頁，共三十七頁，2022年，8月28日例5-3已知直流電源24V，要求將電壓提升到100V，且輸出電壓的脈動控制在10%以內，負載的等值電阻為5Ω。設計一個直流升壓變壓器，并選擇斬波頻率、電感和電容參數。仿真設計步驟：1）根據直流升壓變換器原理電路建立變換器的仿真模型，如圖所示。第三十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日2）設置元器件參數。取脈沖發(fā)生器脈沖周期為Ts=0.2ms，脈沖占空比：取脈沖寬度為76%，初選L=0.1mH，C=100μF。3）設置仿真參數，取仿真時間為0.01s，仿真算法ode15。4）觀察仿真結果，看輸出電壓是否滿足要求，如不滿足要求，可提高脈沖發(fā)生器產生脈沖的周期，調整電感L、電容C和脈沖寬度等參數，直到輸出電壓滿足要求，記下相應的脈沖周期T、電感L和電容C。5）最后，可得滿足條件的脈沖周期T=0.1ms、電感L=0.1mH和電容C=200μF，脈沖寬度為78%。第三十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日輸出電壓波動為10V時，相應的電容值為電容C>156μF時，輸出電壓波動才會