电力电子技术课程设计--buck变换器的研究

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1、电力电子技术课程设计班级：建电1102班学号：姓名：葛嘉新扬州大学水利与能源动力工程学院二〇一三年十二月目录第一部分课程设计内容介绍-1-一、课程设计的题目-1-二、课程设计的主要内容-1-1.设计阶段-1-2.试验阶段-1-第二部分理论分析-1-一、直流降压斩波电路的工作原理-1-二、直流降压斩波电路的分析-2-三、电路元件分析-4-1.IGBT管（绝缘栅双极晶体管）-4-2.二极管-4-3.电感-4-4.电容-4-第三部分仿真实验-4-一、在SIMULINK平台上搭建电路图-4-二、基本功能仿真（保证负载波形连续时）-5-IGBT导通脉宽对

2、电路的影响-5-三、电路特性仿真（保证负载波形连续时）-7-1.电感L的变化对电路输出的影响-7-2.电容C的变化对电路输出的影响-9-四、波形连续、断续临界条件的研究与仿真-10-1、电感L对于波形连续、断续的临界条件-10-2、电容C对于电感临界条件的改变-12-五、实验结论-13-第四部分后记-13-一、感想与体会-13-二、参考资料-14-第一部分课程设计内容介绍一、课程设计的题目本次课程设计的题目为Buck变换器的研究。二、课程设计的主要内容1.设计阶段设计一个Buck变换器电路（即直流降压斩波电路），分析其原理，电路结构，工作方式，

3、电路性能，主要用途等。2.试验阶段利用MATLAB软件的SIMULINK仿真平台，搭建模拟电路，设置电路参数、仿真参数，进行计算机仿真实验，并将试验结果与预计结果作比较，分析原因，进而修改电路结构、参数等。最后，分析电路性能，观察参数改变时仿真结果的改变，得出结论。第二部分理论分析一、直流降压斩波电路的工作原理直流降压斩波变换电路产生一个低于直流输入电压Ud的平均输出电压Uo。一个具有纯电阻负载的降压变换的基本电路拓补结构如图1(a)所示。假定开关是理想的，则瞬时输出电压决定于开关的通断状态。如图1(b)所示，根据开关占空比可计算平均输出电压为

4、：，即：。在连续导电的工作模式中，当输入电压一定时，输出电压与开关占空比成线性关系，而与其他任何电路参数无关，其实验电路如图2所示。-14-图1直流降压变换的基本电路拓补结构图图2直流降压斩波变换实验电路图二、直流降压斩波电路的分析由图3中的V的栅射电压波形可知，在时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压，负载电流按指数曲线上升。当时刻，控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小，通常串接L值很大的电感。至一个周期T结束，再驱动V导通，重复上一周期的过程。当电路工作与稳态时，负载

5、电流在一个周期的初值和终值相等。负载电压的平均值为；式中，为V处于通态的时间；为V处于断态的时间；T为开关周期；为导通占空比。由此式知，输出到负载的电压平均值最大为E，若减小占空比，则随之减小。故-14-将该电路称为降压斩波电路。负载电流的平均值，若负载中的L值较小，则在V关断后，到了时刻，如图3所示，负载电流已衰减至零，会出现负载电流断续的情况。由波形可见，负载电压平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路可有三种控制方式。1）保持开关周期T不变，调节开关导通时间，称为脉冲宽度调制（PWM方

6、式）。2）保持开关导通时间不变，改变开关周期T，称为频率调制。3）和T都可调，使占空比改变，称为混合型。-14-图3直流降压斩波电路理想波形图三、电路元件分析1.IGBT管（绝缘栅双极晶体管）作用：控制电路的通断，起到“斩波”作用。特点：IGBT是三端元件，具有很强的通流能力，导通、关断时间短，反应灵敏。参数：当IGBT截止时，回路通过二极管续流，此时IGBT两端承受最大正压为30V；而当时，IGBT有最大电流，其值为1A。故需选择集电极最大连续电流，反向击穿电压的IGBT。而一般的IGBT基本上都可以满足这个要求。2.二极管作用：在IGBT关

7、断时，起续流作用。参数：当α=1时，其承受最大反压30V；而当α趋近于1时，其承受最大电流趋近于1A，故需选择额定电压大于30V，额定电流大于1A的二极管。3.电感作用：稳流，维持流过负载的电流大小，起储能作用。参数：为保持电流不变，应取足够大。4.电容作用：平波作用，通过IGBT开、关间隙不断充放电，使流过负载的电流变化平滑。参数：根据实际需要选取。第三部分仿真实验一、在SIMULINK平台上搭建电路图主要元件：电源（powerlib库）、IGBT、电力二极管、电阻、电感、电容、脉冲触发器及示波器等。所建立的电路图如图4所示。图中示波器S1观

8、察的四踪信号分别为电源电压与电感L端电压、通过负载电流与二极管端电压、负载电压及触发信号；示波器S2仅观察负载电压信号。图中脉冲发生器频率为1000H