电力电子电路仿真-武汉理工课程设计

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1、武汉理工大学《电力电子装置及控制》课程设计说明书目录摘要11设计原理21.1设计要求分析21.2开关电源概述21.3半桥逆变器设计31.2.1半桥逆变器概述31.2.2半桥变换器的电路结构及作用31.2.3半桥变换器的工作原理41.2.4半桥变换器的输入输出关系式51.3全桥变换器设计61.3.1全桥变换器的概述61.3.2全桥变换器的结构及作用61.3.3全桥变换器的工作原理71.3.4全桥变换器的输入输出关系式81.4半桥、全桥变换器性能比较81.5全波整流与桥式整流设计91.6闭环的控制方法与实现101.6.1PWM的调制方法101.6.2PID控制器111.6.3闭环控制方

2、法与实现122仿真电路的设计142.1半桥变换器仿真电路142.2全桥变换器的仿真电路图152.3仿真参数设置162.4闭环仿真原理图及参数设置173仿真结果及分析202.1半桥电路输入输出电压关系式证明202.2全桥电路输入输出电压关系式证明202.3全波、桥式整流性能比较212.4闭、开环控制性能比较234小结24参考文献2525武汉理工大学《电力电子装置及控制》课程设计说明书摘要20世纪60年代大量应用的线性调节器式直流稳压电源，由于它存在着以下诸多的缺点，如体积重量大，很难实现小型化、损耗大、效率低、输出与输入之间有公共端，不易实现隔离，只能降压，不能升压，很难在输出大于5

3、A的场合应用等，已开始被开关调节器式直流稳压电源所取代。本次设计主要是针对开关电源中的半桥变换器、全桥变换器进行设计电路设计及仿真，并推导、验证输入输出电压的关系式。设计了400V/25V的半桥变换器和400V/50V的半桥变换器，每种变换器均采用了全波、桥式整流两种方法实现。电路主要由逆变桥、变压器、整流桥构成，并设计了滤波电路、吸收电路来减少波形脉动。通过仿真，验证了在相同变压器变比的情况下，全桥电路的输出电压比半桥电路高一倍的结论，最后使用闭环控制，对半桥、全桥变换器进行了优化。关键字：开关电源半桥变换器全桥变换器　PWM控制25武汉理工大学《电力电子装置及控制》课程设计说明

4、书电力电子电路仿真1设计原理1.1设计要求分析本次设计主要需要完成两个任务：一是需要完成对半桥变换器、全桥变换器的结构设计，拟定参数，并理论推导输入、输出电压表达式关系；二是通过simulink对半桥、全桥变换器的设计进行仿真，佐证之前推导的输入输出关系式。半桥、全桥变换器的输出均有全波整流和全桥整流两种形式，本文对两种形式均作了仿真，通过全波整流条件和全桥条件下分别比较半桥、全桥的输出，来说明半桥、全桥之间输出的差异。1.2开关电源概述高频开关电源主要由输入环节、功率变换电路、控制及保护电路组成。本次设计主要针对功率变换电路。功率变换电路的种类很多，有BUCK变换器、BOOST变

5、换器、BUCK/BOOST变换器、正激变换器、反激变换器、推挽式变换器、半桥变换器、全桥变换器等，本次设计研究的是半桥和全桥变换器。本次设计的半桥和全桥变换器属于间接直流变流电路。带隔离的直流直流变流电路同直流斩波电路相比，电路中增加了交流环节，因此也称为直—交—直电路。间接直流变流电路的结构图如下所示：图1-1间接直流变流电路的结构图l采用这种结构较为复杂的电路来完成直流—直流的变换有以下原因：l（1）输出端与输入端需要隔离。l（2）某些应用中需要相互隔离的多路输出。25武汉理工大学《电力电子装置及控制》课程设计说明书l（3）输出电压与输入电压的比例远小于1或远大于1。l（4）交

6、流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量。l间接直流变流电路分为单端(SingleEnd)和双端(DoubleEnd)电路两大类，在单端电路中，变压器中流过的是直流脉动电流，而双端电路中，变压器中的电流为正负对称的交流电流，正激电路和反激电路属于单端电路，半桥、全桥和推挽电路属于双端电路。1.3半桥逆变器设计1.2.1半桥逆变器概述半桥逆变器实际上是由两个单端正激变换器组合而成的。其中一个桥臂有两个特性相同、容量相等的电容器承担，每个电容承担二分之一的电源电压；另一桥臂由两个受PWM信号控制驱动的功率开关管承担，故称为半桥逆变器。输出从两桥臂的中点取

7、出，或接高频变压器隔离变压。两个PWM信号互补。半桥变换器高频变压器的磁芯也是双向磁化，工作在磁化曲线的第一象限和第三象限。由于开关器件特性的不对称、驱动电路的不对称等原因，会引起直流分量，产生偏磁并可能因积累而使变压器磁饱和，产生过大的电流，使变压器的效率因损耗而降低，严重时会使开关器件损坏，因此在半桥路中应用防偏磁措施。另外，由于强电磁干扰，两只开关管因误触发可能同时导通，即形成直通而造成逆变崩溃，为此应该有抗电磁干扰抑制措施，特别是驱动电路的屏蔽、布局工艺。半桥