直流升降压变流器设计与仿真
采用标准PWM控制技术的直流伺服电动机升压降压型交直流转换器的建模与仿真设计
采用标准PWM控制技术的DC伺服电机升降压交流DC变换器的建模与仿真摘要PWM控制整流器可以有效且经济地应用于DC电机驱动，并作为中小型整流变极系统的前端变换器电源。
同时，其优点在于整流方案结构简单，运行可靠。
由于输出的DC电压会高于输入的峰值电压，所以本发明特别适合作为变速驱动系统中的电源前端，将输入电压转换成可变的DC电压。
这里，使用单相或三相电源。
本文介绍了一种标准的PWM控制单相DC buck-boost变换DC电机驱动装置的动态模型和稳态等效电路，并对其电压电流波形、输入输出特性进行了讨论和测试。
阐明了测量、计算和仿真结果之间的密切关系，证明了该模型的有效性和准确性。
关键词:提压；交流/DC转换器；标准PWM技术；直流电动机1导言一般来说，交流电(来自母线或发电机)通过使用二极管组成整流桥，并连接一个大容量DC电容用于整流输出，转换成直流电(DC)。
使用普通二极管整流桥有很多缺点，如输入电流谐波分量高，最大输入因数约为0.5，DC输出电压不可调。
为此，许多专家进行了许多尝试，以最小化谐波电流分量并提高输入功率因数。
使用半导体晶闸管交流/DC变换器的优点是结构简单，但其输入功率因数低，输出不在特性曲线之内。
二极管整流桥和直流断路器组成的整流器比晶闸管整流器具有更高的输入功率因数，但仍输出较低的外特性曲线。
为了改善这些缺点，各种电路结构都采用高频开关元件组成的脉宽调制技术。
二极管整流桥和升压直流断路器的组合需要很多元件。
报道了脉宽控制的交流/DC变换器，只考虑了R-L负载。
本文介绍了对标准PWM单相DC buck DC电动变流器稳态模型的尝试。
研究了用于构建DC伺服电机驱动器的CUK AC-DC boost 变换器的稳态和瞬态特性。
本文提出了一种只有一个开关元件的单相PWM交流DC buck-boost变换器驱动器。
这种基于标准PWM控制的交流/DC变换器非常简单，易于实现。
对该变换器的性能进行了分析和阐述，介绍了PWM控制策略、DC电压控制方法和仿真方案。
《MATLAB工程应用》升降压(Buck-Boost)变换器仿真
《MATLAB工程应用》升降压（Buck-Boost）变换器仿真一、选题背景说明本课题应解决的主要问题及应达到的技术要求，简述本设计的指导思想。
升降压变换器通过调节直流侧电源的占空比来进行升压与降压，当占空比为1/3，输出电压为10v时，为降压，当占空比为2/3，输出电压为40v时，为升压。
通过二极管的单向导电性正向向负载充电，逆向二极管续流，大电感使得电流连续且脉动小，以及mosfet开关管的控制二、原理分析(设计理念)开关管T导通时，二极管阴极接电压源正极，承受反向电压而截止，输入电压Us直接加在电感L上,极性为上正下负，电流流过电感使之储能增加。
开关管工截止时，电感电流云有减小的趋势，电感线圈产生自感电势反向,为下正上负，二极管口受正向压降而导通，电感通过二极管对电容C 充电，C储能，以备下导通时对负载放电维持输出U0不变。
Buck- Boost 变换器的电压增益随占空比的变化可以降压也可以升压，这是它的主要优点,但是开关管和二极管关断时承受的最大电压为Us+U。
，但是开关管和二极管关断时承受的最大电压为Us+U。
，这显然对器件的要求比Buck 变换器和 Boost 变换器更苛刻。
同时 Buck -Boost 变换器的输入电流和输出电流都是脉动的，为了平波需要加入滤波器 , 结果使电路稍显复杂。
三、过程论述设计总图，器件的使用情况和布局连线脉冲发生器设置（占空比为1/3时，降压）电容c的参数设定Mosfet与diode的参数均为参省值电感l的参数设定电阻r的参数设定四、结果分析对研究过程中所获得的主要的数据、现象进行定性或定量分析，得出结论和推论。
从上到下依次为触发脉冲Ug，电感电压UL，电感电流iL,开关管电流iT，二极管电流iD，输出电压U0。
通过对二极管导通时对负载进行充电，关断时，二极管进行续流左右，而实现对直流电压的升压或降压（直流电压占空比的更改进行选择），并通过电感电容进行减小电流的脉动以及滤波。
直流升降压变换器设计与仿真
1 绪论电力电子学,又称功率电子学。
它主要研究各种电力电子器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或装置，以完成对电能的变换和控制。
为自动化专业开设的专业基础技术技能设计，课程设计对自动化专业的学生是一个非常重要的实践教学环节。
通过设计能够使学生巩固、加深对变流电路基本理论的理解，提高学生运用电路基本理论分析和处理实际问题的能力，培养学生的创新精神和创新能力。
斩波电路(DC Chopper)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，也称为直接直流—直流变换器( DC/DC Converter)。
直流斩波电路的种类很多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路，Zeta斩波电路，前两种是最基本电路。
应用Multisim建立了电路的仿真模型，在此基础上对升降压斩波Boost—Buck 电路进行了较详细的仿真分析。
本文分析了升降压斩波电路的工作原理，又用Multisim对升压-降压变换器进行了仿真建模，最后对仿真结果进行了分析总结。
2直流升降压斩波电路工作原理及输入输出关系2.1升降压斩波电路工作原理图2.1所示为升降压斩波电路（Buck-Boost Chopper）原理图及波形图。
电路中电感L值很大，电容C值也很大。
因为要使得电感电流和电容电压基本为恒指。
a) 原理图b) 波形图图2.1 升压/降压斩波电路的原理图及波形图该电路的基本工作原理：当可控开关V处于通态时，电源E经V向电感L供电使其储存能量，此时电流为I1，方向如图1所示。
同时，电容C维持输出电压基本恒定并向负载R供电。
此后，使V关断，电感L中储存的能量向负载释放，电流为I 2，方向如图1所示。
可见，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反。
稳态时，一个周期T 内电感L 两端电压L u 对时间的积分为零。
根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路有三种控制方式：1、保持开关周期T 不变，调节开关导通时间on t 不变，称为PWM 。
直流升压变流器设计与仿真
学号（电力电子技术课程设计）设计说明书直流升压变流器设计与仿真起止日期：2012 年6 月10 日至2012 年6 月15 日学生姓名班级09电气2班成绩指导教师(签字)电子与信息工程系2012 年6 月15日天津城市建设学院课程设计任务书2011 —2012学年第2 学期电子与信息工程系电气工程及其自动化专业09电气2 班级课程设计名称：电力电子技术课程设计设计题目：直流升压变流器设计仿真完成期限：自2012 年 6 月10日至2012 年6 月15 日共 1 周设计依据、要求及主要内容（可另加附页）：指导教师（签字）：教研室主任（签字）：批准日期：年月目录摘要 (3)一、升压斩波电路的设计原理 (3)二、电路建模 (4)三、电路仿真 (9)四、参考文献 (10)直流升压变流器设计与仿真摘要：在电力电子技术中，将直流电的一种电压值通过电力电子变换装置变换为另一种固定或可调电压值的变换，称为直流一直流变换。
直流变换电路的用途非常广泛，包括直流电动机传动、开关电源、单相功率因数校正，以及用于其他领域的交直流电源。
这里主要讨论了PWM (脉冲宽度调制)控制方式的升压电路(Buck Chopper)，并应用Matlab 的可视化仿真工具Simulink ，对该电路及升压电路(Boost Chopper)进行了建模，并对仿真结果进行了分析，既避免了繁琐的绘图和计算过程，又尝试得到了一种直观、快捷分析直流变换电路的新方法。
一、升压斩波电路的设计原理原理图如图所示：假设L 值、C 值很大，V 通时，E 向L 充电，充电电流恒为I1，同时C 的电压向负载供电，因C 值很大，输出电压o U 为恒值,记为o U 。
设V 通的时间为on t ，此阶段L 上积蓄的能量为on t EI 1V 断时，E 和L 共同向C 充电并向负载R 供电。
设V 断的时间为off t ，则此期间电感L 释放能量为 offOt I E U 1)(- （1-1）稳态时，一个周期T 中L 积蓄能量与释放能量相等化简得： off O ont I E U t EI 11)(-= （1-2）E t T E t t t U offoffoffon O =+=（1-3）1/≥off t T ，输出电压高于电源电压，故称升压斩波电路。
电气工程计算机仿真直流直流变压器
SimPowerSystems→Extra Library→Control Blocks
Simulink→Sinks
SimPowerSystems→Measurements
电气工程计算机仿真直流直流变压器5章
Simulink→Signal Routing
直流电压源
幅值200V 测量选项：不选
电气工程计算机仿真直流直流变压器5章
iL/A
250 200 150 100
50 0
-50 0
0.1
0.2 t/s
0.3
0.4
0.5
电感电流
电气工程计算机仿真直流直流变压器5章
最大电感电流为42A
45
40
35
30
iL/A
25
20
15
10 0.45
0.46
0.47 t/s
0.48
0.49
0.5
最小电感电 流为14A
电气工程计算机仿真直流直流变压器5章
减小T，T=50×10-6s时，fs=20kHz
IO M V s T D 2 ( 1 L D ) 2 0 0 0 .5 2 1 0 1 0 4 4 0 .7 0 .3 1 0 .5(A )
最小电感电流为28-10.5=16.5A。 输出电压脉动量
U o V s T 2 8 D L ( C 1 D ) 2 8 0 0 0 . 0 1 . 2 5 1 0 1 3 0 1 8 0 0 0 .7 1 0 0 6 .3 1 .3 1 ( V )
保证电感电流连续的最小负载电流为
IO M V s T D 2 ( 1 L D ) 2 0 0 2 0 .0 0 0 .1 2 1 0 0 . 7 3 0 .3 4 2 0(A )
直流变换器仿真.ppt
电感电容计算公
式
Ud UO L T 2iL
iLT C 8u
开关管和二极管保持默认值
开环仿真模型
输入电压为200V，输出电压为50V, 开关管频率为20KHz ，电容值为 1.8*10^(-4)F，电感值为1.04*10^(-4)H 。
输出电压和电感电流波形
BOOST开环变换电路仿真
数量关系分析
电路处于稳态时，在一个 周期内，电感中储存与释 放的能量相等，电感电压 对时间的积分为零，可得 右式。 对上式进行化简，可以得到 右式的输入电压和输出电压 的表达式。由表达式可以看 出，输出电压总是小于输入 电压，实现降压的功能。
（Ud U 0)ton U（ 0 T ton ) UO Ud
开关管关断
iHale Waihona Puke i0DCU0开关管关断时，如上图粗实线所示。电感电压变成左负右正， 输入电源与电感组成串联电源对电容充电，对负载供电。
数量关系分 电路处在稳态时，在一个周期内，电感 析 中储存与释放的电能平衡，对电感电压
对时间的积分为零，可得（1）式。 对（1）进行化简，可得到（2）式的输 为占空比。 入电压和输出电压的表达式， 由表达式可以看出，在0< <1中，输出 电压值总是大于输入电压值，即实现了值 流电压的升压功能。
BOOST变换电路原理图
i1
i0
DC
U0
BOOST变换器的原理图如左 图所示，结构上，电感、开关 管和二极管与BUCK变换电路 互换了位置，通过对开关管占 空比的控制，可以实现直流电 压的升压功能。
工作原理分析—开关管导通
i1 i0
DC
U0
开关导通时，形成的回路如上图的粗实线部分。 输入电源对电感充电，电感电流线性增加。输 出回路中，电容上的储能对负载供电。
Buck-Boost变换器的设计与仿真
1 概述直流-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。
其中，直接直流变流电路又叫斩波电路，它包括降压斩波电路（Buck Chopper）、升压斩波电路（Boost Chopper)、升降压斩波电路（Buck/Boost）、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路共六种基本斩波电路。
Buck/Boost升降压斩波电路同时具有Buck斩波电路和Boost斩波电路的特点，能对直流电直接进行降压或者升压变换，应用广泛。
本文将对Buck/Boost升降压斩波电路进行详细的分析。
RVDRVDRVD 2 主电路拓扑和控制方式2.1 Buck/Boost 主电路的构成Buck/Boost 变换器的主电路与Buck 或Boost 变换器所用元器件相同，也由开关管、二极管、电感、电容等构成，如图1所示。
与Buck 和Boost 不同的是电感L 在中间，不在输出端也不在输入端，且输出电压极性与输入电压极性相反。
开关管也采用PWM 控制方式。
Buck/Boost 变换器也由电感电流连续和断续两种工作方式，但在实际应用中，往往要求电流不断续，即电流连续，当电路中电感值足够大时，就能使得电路工作在电流连续的状态下。
因此为了分析方便，现假设电感足够大，则在一个周期内电流连续。
图2-1 Buck/Boost 主电路结构图电流连续时有两个开关模态，即V 导通时的模态1，等效电路见图2（a ）；V 关断时的模态2，等效电路见图2（b ）。
（a ）V 导通（b ）V 关断，VD 续流图2-2 Buck/Boost 不同模态等效电路ttttt2.2 电感电流连续时的工作原理及基本关系电感电流连续工作时的工作主要波形见图2-3。
图2-3电感电流连续时的主要波形为了方便分析，假设电感、电容的值足够大，并且忽略电感的寄生电容。
电感电流连续工作时，Buck/Boost 变换器有V 导通和V 关断两种工作模态。
升压-降压式变换器的仿真(DOC)
目录摘要........................................................................................................ - 1 -设计目的................................................................................................ - 1 -设计原理................................................................................................ - 2 -一、降压斩波电路 ....................................................................... - 2 -二、升压斩波电路 ....................................................................... - 3 -三、升降压斩波电路 ................................................................... - 4 -设计过程................................................................................................ - 5 -一、仿真原理图 ........................................................................... - 5 -二、仿真设计的详细过程 ........................................................... - 6 -结果........................................................................................................ - 6 -总结........................................................................................................ - 9 -心得体会.............................................................................................. - 10 -参考文献.............................................................................................. - 11 -摘要直流斩波电路的种类很多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路，Zeta斩波电路，前两种是最基本电路。
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直流升降压变流器设计与仿真
目录
一、摘要。
二、设计目的和意义。
三、设计原理:升降压斩波电路(Boost-Buck Chopper)工作原理。
四、详细设计步骤。
五、设计结果及分析。
六、实验总结。
MATLAB 的升压－降压式变换器的仿真
一、摘要
直流斩波电路就是将直流电压变换成固定的或可调的直流电压，也称DC/DC 变换。
使用直流斩波技术，不仅可以实现调压功能，而且还可以达到改善网侧谐波和提高功率因素的目的。
直流斩波技术主要应用于已具有直流电源需要调节直流电压的场合。
直流斩波包括降压斩波电路、升压斩波电路和升降压斩波电路。
而利用升压——降压变换器，既可以实现升压，也可以实现降压。
关键词：matlab 、升压、降压、斩波。
二、设计目的和意义
通过对升压-降压（Boost-Buck ）式变换器电路理论的分析，建立基于Simulink 的升压-降压式变换器的仿真模型，运用绝缘栅双极晶体管（IGBT ）对升压－降压进行控制，并对工作情况进行仿真分析与研究。
通过仿真分析验证所建模型的正确性。
三、设计原理
升压-降压式变换器电路图如图1所示。
图1 升压-降压式变换器电路
设电路中电感L 值很大，电容C 值也很大，使电感电流L i
和负载电压0u 基本为恒值。
设计开关V 出于通态原理是：当可控时，电源经V 向电感L 供电使其贮存能量，此时电流为1i ，方向如图1中所示。
同时，电容C 维持输出电压基本恒定并向负载R 供电。
此后，使V 关断，电感L 中贮存的能量向负载释放，电流为2i ，方向如图1中所示。
可见，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，
因此该电路也称作反极性斩波电路。
稳定时，一个周期T 内电感L 两端电压L u 对时间的积分为零 则 ： 0
=⎰dt u T
L (1)
当V 处于通态期间时，E u L =；而当V 处于端态期间时， L 0
=u u -。
于是，
=on Et off
t U 0，所以输出电压为:
E E t t U off on α
α
-1==
(2)
其中β=1-α，若改变导通比α，则输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。
当0<α<0.5时为降压，当0.5<α<1时为升压，如此可以实现升压-降压的变换，该电路称作升降压斩波电路即升降压变换器。
图2中给出了电源电流1i 和负载电流
2i 的波形，设两者的平均值分别为1I 和2I ， 当电流脉动足够小时，有
=21I I off
on
t t (3) 可得如下
1
1002-1I I t t I n
ff α
α
=
=
(4)
如果V 、VD 为没有损耗的理想开关时，
则: =1EI 20I
U ， (5)
其输出功率和输入功率相等，可将其看作直流变压器。
四、详细设计步骤
1、理解升降压变换电路。
当可控开关V 处于通态时，电源经V 向电感L 供电使其贮存能量，此时电流为1i ，同时电容C 维持输出电压基本恒定并向负载R 供电。
此后，使V 关断，电感L 中贮存的能量向负载释放，电流为2i 。
2、熟悉MATLAB 仿真工具的各种功能运用。
熟悉了仿真软件之后，结合软件将升压-降压式变换器由电路图转 换成为能够在MATLAB 环境下仿真的模型。
图 2 升降压电路电源
3、PWM控制电路及驱动电路模块控制电路以专用的PWM控制芯片
SG3525为核心构成，控制电路输出占空比可调的矩形波，其占空比为Uco控制。
在芯片的1脚和9脚之间接入一个反馈网络构成一个PI调节器（比例微分调节器，）在稳态是电压调节器的输入端误差应为零，即U=UR-UF=0，
UR=UF。
如果调节可变电阻Rp使Uco增大，由上式应有U>0,PI调节器立即对此误差电压进行比例积分运算。
于是输出电压Ue在原来数值上增大，从而使输出占空比增大，使升压斩波电路输出电压增大，反馈电压Uf也随着增大，直至与UR相等，PI调节器的输出电压才停止增长。
图3 PWM控制的触发电路电路
4、在MATLAB中的Simulink下画出仿真模型。
图4 升压-降压式变化器仿真电路模型图
5、修改参数。
图5 IGBT参数的设置如图
图6Diode参数设置如图所示
仿真算法选择ode23tb算法，将相对误差设置为1e-3，开始仿真时间设置为
0.0s，停止时间设置为0.003s，如图7所示。
图7 仿真算法设置
直流电源E为200V,电感L为0.1mH，电容C为100μF，电阻R为5Ω
6、运行仿真。
对系统进行仿真分析。
运行停止后，双击示波器模型（Scope），即可观察到仿真结果。
五、设计结果及分析
通过仿真运行，可以观察到仿真结果如下。
图8为Scope6显示二极管的电流波形，图2-2为Scope3显示IGBT的电流波形，图2-3为Scope4显示的电感电流波形，图2-4为Scope1显示负载电压Uo波形。
先进行降压调节，直流电源电压设置为200V。
设置脉冲宽度为30%，即导通比α=0.3，小于0.5，仿真结果如下：
图8 二极管电流波形
图9 IGBT的电流波形
图10 电感的电流波形
图11
图12 负载电压U0波形
←IGBT
电流波形
←二极管
电流波形
图13
进行升压调节，将脉冲发生器的脉冲宽度调节为65%，即α=0.65。
图14 IGBT的电流波形
图15 二极管的电流波形
图16电感电流波形
图17
图18
图19 分析：
分析仿真结果可得：改变导通比α的大小，当0<α<0.5时为降压，当0.5<α<1时为升压，如此可以实现升压-降压的变换。
仿真中，当α= 0.3时输出电压比电源电压低，仿真得到的负载电压在示波器显示中数值在60V时保持稳定，达到了降压的效果，波形为有少许波纹的直流电压；当α=0.65时输出电压比电源电压高，仿真得到的负载电压在示波器显示中数值在200V时保持稳定，达到了升压的效果，波形为有少许波纹的直流电压。
所以，该电路及仿真模型能够实现升压-降压的变换。
六、总结
通过仿真和分析，可知升压-降压式变换器电路的输出电压受导通比α的影响，文中应用MATLAB的可视化仿真工具simulink对升压-降压式变换器电路的仿真结果进行了详细分析，当当0<α<0.5时为降压，当0.5<α<1时为升压，通过仿真分析也验证了本文所建模型的正确性。
并与相关文献中采用常规电路分析方法所得到的输出电压波形进行比较，进一步验证了仿真结果的正确性。
采用MATLAB／Simulink对升压-降压式变换器电路进行仿真分析，避免了常规分析方法中繁琐的绘图和计算过程，得到了一种直观、快捷分析整流电路的新方法。
应用MATLAB／Simulink进行仿真，在仿真过程中可以灵活改变仿真参数，并且能直观地观察到仿真结果随参数的变化情况。
应用MATLAB对变换器电路仿真研究时，可以通过判断设置出不同导通比时产生的波形现象，为分析合适的输出电压提供了较好的基础，是一种值得进一步应用推广的功能强大的仿真软件，同进也是电力电子技术实验较好辅助工具。
电力电子变流技术是利用电力电子器件及其相关电路进行电能变换的科学技术，电压、电流的变换包含其中。
而电力电子器件又是电力电子变流技术的核心，也是自动化和电气工程专业的基础知识，具有重要的作用。
而在电压、电流的变换电路中，包含晶闸管、电容、电感、电阻等多种元件，采用常规电路分析方法显得相当繁琐，高压情况下实验也难顺利进行。
MATLAB提供的可视化仿真工具Simulink可直接建立电路仿真模型，随意改变仿真参数，并且立即可得到任意的仿真结果，直观性强，进一步省去了编程的步骤。
本文利用Simulink对升压-降压式变换电路进行建模，在不同导通比的情况下进行了仿真分析，既进一步加深了升压-降压式变换电路的理论，同时也为现代电力电子的更好的掌握奠定良好的实验基础。
参考文献
[1] 王忠礼段慧达高玉峰 MATLAB应用技术—在电气工程与自动化专业中的应用（第一版）
2007.1
[2] 王兆安黄俊电力电子技术（第四版）2009.1。