电力电子升降压变换器课程设计.docx

1绪论

《电力电子技术》课程是一门专业技术基础课，电力电子技术课

程设计是电力电子技术课程理论教学之后的一个实践教学环节。其目的是训练学生综合运用学过的变流电路原理的基础知识，独立完成查找资料、选择方案、设计电路、撰写报告的能力，使学生进一步加深对变流电路基本理论的理解和基本技能的运用，为今后的学习和工作打下坚实的基础。

《电力电子技术》课程设计是配合变流电路理论教学，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Matlab 的可视化仿真工具 Simulink 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 Matlab 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升降压斩波电路的设计

2.1 升降压斩波电路工作原理

（1）V 通时，电源 E 经 V 向 L 供电使其贮能，此时电流为i1 。同时， C 维持输出电压恒定并向负载R 供电。

（2）V 断时， L 的能量向负载释放，电流为i2 。负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路。

a)原理图

b)波形图

图（ 3）升压 /降压斩波电路的原理图及波形图

数量关系：

稳态时，一个周期T 内电感 L 两端电压 uL 对时间的积分为零，即：

T

u

L

d

t

当 V 处于通态时， u L E ；当 V 处于断态时， u L

u o ；于是：

Et on

U 0 t

off

所以输出电压为：

U 0

t on E

t

on

E

E

t off

T

t

on

1

由此可见，改变导通占空比α，就能够控制斩波电路输出电压

U 。的大

小。当 0<α<1/2 时为降压，当 1/2< α<1 时为升压，故称作升降压斩波电路。

图（3）b) 中给出了电源电流 i1 和负载电流 i2 的波形，设两者的平均值

分别为 I1 和 I2 ，当电流脉动足够小时，有：

I 1 t

on

I 2

t

off

由上式可得：

t

off

1

I 1

I 2

I 1

t

on

如果 V 、 VD 为没有损耗的理想开关时，则：

EI 1 U o I 2

其输出功率和输入功率相等，可将其看作直流变压器。

2.2 根据升降压斩波电路原理图

如图（ 3），建立升压 - 降压式变换器仿真模型，如图（ 4）所示：

图（ 4）升压 - 降压式变换器仿真模型2.3的建模和参数设置：

2.3的建模和参数设置：

3.设计结果及分析

1、脉冲发生器中的脉冲宽度设置为脉宽的33.3%，

2、仿真结果如图（ 5）所示：

图（ 5）控制脉冲占空比33.3%

从图 5 可以看出，负载上平均电压为10 V，波形为有少许波纹的直流电压；

E E10V，Uo 与E 极性相反；

理论计算：U 0

1

仿真结果与升降压斩波理论分析吻合。

3、脉冲发生器中的脉冲宽度设置为脉宽的66.6%，

4、仿真结果如图（6）所示：

图（ 6）控制脉冲占空比66.6%

从图 6 可以看出，负载上平均电压为40 V，波形为有少许波纹的直流电压；

解输出 10v 时的占空比 Dc=1／3

则

Lc=R／2(1-Dc)2Ts=10 ／2×（ 2/3 ）2 ×1/20000=104uH

C=V0DCTS/R△U0=1/10×0.2×3×20000=886uF

输入 40v 时的占空比为Dc=2/3

则

Lc= R／2(1-Dc)2Ts=10 ／2×（ 1/3 ）2 ×1/2000=10.4uH C=V0DCTS/R △U0=1/10×0.2×3×20000=886uF

4总结

通过以上的仿真过程分析，可以得到下列结论：

(1)直流斩波电路可将直流电压变换成固定的或可调的直流电压，使用直

流斩波技术，不仅可以实现调压的功能，而且还可以达到改善网侧谐波和提高功率因数的目的。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。

(2)升降压斩波电路（ Boost- Buck Chopper ）能够方便的调节输出电压，

由于输出电压为：U

t

on E

t

on E E

；若改变导通比

α，t

off T t on1

则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低，当0<α <1/2 时为降压，当 1/2< α<1 时为升压，轻松实现直流变换中的升压和降压作用，工业

生产应用广泛。

(3)直流变换电路主要以全控型电力电子器件作为开关器件，通过控制主

电路的接通与断开，将恒定的直流斩成断续的方波，经滤波后变为电压可调

的直流输出电压。利用 Simulink 对降压斩波电路和升降压斩波的仿真结果进

行了详细分析，与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。

(4)采用 Matlab/Simulink 对直流斩波电路进行仿真分析，避免了常规分析