由IGBT组成的H桥型直流直流变换器的建模及应用仿真

目录

1.引言 (2)

1.1研究意义 (2)

1.2研究内容 (2)

2.直流-直流变换器的工作原理 (2)

4 H桥DC/DC变换系统的电路仿真模型建立与实现 (6)

5 结论 (11)

心得体会 (12)

1.引言

1.1研究意义

电能是现代工农业、交通运输、通信和人们日常生活不可缺少的能源。电能一般分为直流电和交流电两大类，现代科学技术的发展使人们对电能的要求越来越高，不仅需要将将交流电转变为直流电，直流电转变为交流电，以满足供电能源与用电设备之间的匹配关系，还需要通过对电压、电流、频率、功率因数和谐波等的控制和调节，以提高供电的质量和满足各种各样的用电要求，这些要求在电力电子技术出现之前是不可能实现的，随着现代电力电子技术的发展，各种新型电力电子器件的研究、开发和应用，使人们可以用电力电子变流技术为各种各样的用电要求提供高品质的电源，提高产品的质量和性能，提高生产效率，改善人们的生活环境。

所谓变流就是指交流电和直流电之间的转换，对交直流电压、电流的调节，和对交流电的频率、相数、相位的变换和控制。而电力电子变流电路就是应用电力电子器件实现这些转换的线路，一般这些电路可以分为四大类。

（1）交流—直流变流器。

（2）直流—直流斩波调压器。

（3）直流—交流变流器。

（4）交流—交流变流器。

本课题所要研究的是直流—直流斩波调压。

1.2 研究内容

（1）工作原理分析

（2）系统建模及参数设置

（3）波形分析

2.直流-直流变换器的工作原理

直流—直流变流电路的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。直接直流变流电路也称斩波电路，它的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。间接直流变流电路是在直流变流电路中增加了交流环节，在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称为带隔离的直流—直流变流电路或直—交—直电路。直流—直流变流器有多种类型，主要有降压变流器、升压变流器和桥式直流变流器等，这里主要介绍桥式（H型）直流变流器。

电流可逆斩波电路虽可使电动机的电枢电流可逆，实现电动机的两象限运行，但其所能提供的电压极性是单相的。当需要电动机进行正、反转以及可电动又可制动的场合，就必须将两个电流可逆斩波电路组合起来，分别向电动机提供正向和反向电压，即成为桥式可逆斩波电路。

桥式直流PWM变流器又称H型变流器和四象限直流—直流变流器，桥式直流PWM变流器常用作直流电动机的可逆运行。其原理电路图如图1所示。

PWM调制和驱动

Usa

Uct

Uvt1 Uvt4

图1 桥式直流PWM变流器

采用IGBT开关管作为开关器件，负载为电感性，四个开关器件VT1和VT4，VT2和VT3两两成对，同时导通和关断，且工作于互补状态，即VT1和VT4导通时，VT2和VT3关断，反之亦然。控制开关器件的通断时间（占空比）可以调节输出电压的大小，若VT1和VT4的导通时间大于VT2和VT3的导通时间，输出电压的平均值为正，VT2和VT3的导通时间大于VT1和VT4的导通时间时，则输出电压的平均值为负，所以可用于直流电动机的可逆运行。

桥式可逆直流PWM变流器从控制方式上区分有双极式调制、单极式调制和受限单极式调制三种。本课题所选用的是双极式调制。变流器四个开关器件的驱动一般都采用PWM方式，有调制波(三角波或锯齿波)与直流信号比较产生驱动脉冲，由于调制波频率较高（通常在数千赫兹以上），所以变流器输出电流一般连续，用于直流电动机调速时电枢回路不用串联电抗器，但四个开关器件都工作于PWM方式开关勋耗较大。

双极式调制的电路仿真模型如图2所示。

图2 双极式调制的电路仿真模型

相应参数设置：

①三角波使用Repeating Sequence模块不断的生成，三角载波的参数设置如图3所示。提取路径为：Simulink/Sources/Repeating Sequence

图3三角载波的参数设置

②直流波使用constant模块不断的生成，直流波的参数设置如图4。提取路径为：

Simulink/Sources/constant

图4 直流波的参数设置

③关系运算模块关系类型“＞”参数设置如下图；

图5 关系运算模块的参数设置

④信号增益模块增益“-1”参数设置如下图。

图6 信号增益模块增益“-1”参数设置双极性PWM控制电路仿真结果如图7所示。

图7 双极性PWM控制电路仿真结果

4 H桥DC/DC变换系统的电路仿真模型建立与实现

H桥DC/DC变换系统的电路仿真模型如图

图8 H桥DC/DC变换系统电路模型

相应的参数设置：

①直流电压源参数U=100V；

图9 直流电压源参数设置

②IGBT参数R on=0.001Ω，L on=1e-6H，Vf=1V，Rs=1e5Ω，Cs=inf；

图10 IGBT参数设置

③负载参数R1=1000Ω，L=0H，C=inf；

图11 负载R1参数设置负载参数R2=10Ω，L=100e-3H，C=500F；

图12 负载R2参数设置④此时的仿真结果如图13所示；

图13 直流波幅值为-0.6时的仿真结果增大直流基波的幅值，其参数设置如下图14；

图14 直流波的参数设置幅值为-0.9此时的仿真结果如图15所示

图15 直流波幅值为-0.9时的仿真结果改变直流基波的方向，其参数设置如下：

图16 直流波的参数设置幅值为0.6此时的仿真结果如图17所示