matlab课程设计---直流斩波电路

直流斩波电路

一.设计目的：

1.熟悉降压斩波电路和升压斩波电路的工作原理。

2.掌握两种基本斩波电路的工作状态, 学会应用Matlab的可视化工具Simulink建立电路的仿真模型的方法，在此基础上对升降压斩波电路进行详细的分析，以提高设计模型的能力及加强对Matlab/Simulink软件的熟练程度。

3.了解电路图的波形情况, 认真分析仿真结果，深刻体会Matlab软件对于电力电子电路设计的重要作用。二．软件介绍

Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样

速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。

Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。

Simulink是Matlab软件下的一个附加组件，是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的MATLAB软件包。支持连续、离散以及两者混合的线性和非线性系统，同时它也支持具有不同部分拥有不同采样率的多种采样速率的仿真系统。在其下提供了丰富的仿真模块。其主要

功能是实现动态系统建模、方针与分析，可以预先对系统进行仿真分析，按仿真的最佳效果来调试及整定控制系统的参数。Simulink仿真与分析的主要步骤按先后顺序为为:从模块库中选择所需要的基本功能模块，建立结构图模型，设置仿真参数，进行动态仿真并观看输出结果，针对输出结果进行分析和比较。

三．设计内容

主要步骤：

⑴根据给出的技术要求，确定总体设计方案。

⑵从软件中选择具体的元件，进行硬件系统的设计。

⑶进行相应的电路设计，完成相应的功能。

⑷进行调试与修改。

⑸撰写课程设计说明书。

电路介绍

直流斩波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,也称为直接直流-直流变换器。直流斩波电路一般是指直接将直流电变为另一直流电的情况，

不包括直流-交流-直流的情况，且甚至更多地指后一种情况。

直流斩波电路包括：降压斩波电路、生涯斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic 斩波电路和Zeta斩波电路，其中前两种电路是最它在电源的设计上有很重要的应用。一般来说，斩波电路的实现都要依靠全控型器件。在这里，我所设计的是基于IGBT的降压斩波短路和升压斩波电路。

四．设计思路

直流降压斩波电路主要分为三个部分，分别为主电路模块，控制电路模块和驱动电路模块。电路的结构框图如下图（图1）所示。

图1 电路结构框图

除了上述主要结构之外，还必须考虑电路中电力电子器件的保护，以及控制电路与主电路的电器隔离。

主电路是整个斩波电路的核心，降压过程就由此模块完成。其原理图如图所示

主电路原理图

如图，IGBT 在控制信号的作用下开通与关断。开通时，二极管截止，电流io 流过大电感L ，电源给电感充电，同时为负载供电。而IGBT 截止时，电感L 开始放电为负载供电，二极管VD 导通，形成回路。IGBT 以这种方式不断重复开通和关断，而电感L 足够大，使得负载电流连续，而电压断续。从总体上看，输出电压的平均值减小了。输

出电压与输入电压之比α由控制信号的占空比来决定。这也就是降压斩波电路的工作原理。

o U U +-

o -T 导通

o -

T 关断降压斩波电路(Buck)原理图

根据降压斩波电路原理图，建立降压斩波电路仿真模型，如下:

降压斩波的典型波形如图所示。

降压电路波形图

占空比50%

在电力电子设计过程中利用MATLAB来进行仿真建模分析有很大的好处，它不但非常方便而且能够在很大程度范围内减少因设计问题而造成的浪费。

这里的仿真主要是运用MATLAB软件中的simulink 工具。先从simulink的元件库中找到需要用的元件，然后搭建相应的主电路，设置好参数后即可进行仿真。

根据题目要求输出电压平均值为300V,电阻为20Ω,电感3e-4,电容470e-6。这里是首先指定电源为300V

直流。则最大占空比为50%。先用纯电阻负载。

如图为升压斩波电路原理图

根据升压斩波电路原理图，建立升压斩波电路仿真模型，如下：

R L C o U i U +-+-

T D

由IGBT 构成的直流降压斩波电路的建模和参数设置：

1、电压源U=300V

2、IGBT 、二极管都按其原有的数值进行设置。、

3、负载参数R=20Ω，L=3e-4，C=470e-6

4、开关频率20KHZ ，开关信号占空比D=50%。

运行之后可以得到如图所示的升压斩波电路波形图

升压斩波电路的基本原理 R C o U U +-+

-

T D

1、升压斩波电路的工作原理

（1）假设L和C值很大

（2）V处于通态时，电源E向电感L充电，电流恒定H，电容C向负载R供电，输出电压U0恒定。

（3）V处于断态时，电源E和电感L同时向电容C充电，并向负载提供能量。

升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因

一是L储能之后具有使电压泵升的作用

二是电容C可将输出电压保持住

以上分析中，认为V通态期间因电容C的作用使得输出电压U o不变，但实际C值不可能无穷大，在此阶段其向负载放电，U o必然会有所下降，故实际输出电压会略低。五．实验心得

通过这次对直流斩波电路的课程设计，我对斩波电路有了更加清晰的认识，同时也对IGBT的驱动电路和保护电路也有了更深刻的认识，另外，在做设计的过程中我也学会了用一些基本元部件进行建模的基本方法，加深了对课本知识的进一步理解。