扬州大学电力电子课程设计

电力电子技术课程设计班级建电1102班学号 111705204姓名傅亦舒扬州大学能源与动力工程学院二零一三年十二月目录第一章课程设计报告题目 (3)第二章课程设计内容 (3)第三章 BUCK变换器的工作原理 (3)第一节电路原理图 (3)第二节电路理想波形 (4)第四章主电路的参数设置 (5)第五章建立仿真模型 (6)第一节直流降压斩波变换电路仿真模型图 (6)第二节仿真结果 (6)第六章仿真结果分析 (9)第七章结论 (10)第八章参考文献 (11)第一章课程设计报告题目Buck变换器研究。

第二章课程设计内容1 主电路方案确定2 绘制电路原理图、分析理论波形3 器件额定参数的计算4 建立仿真模型并进行仿真实验6 电路性能分析：输出波形、器件上波形、参数的变化、谐波分析、故障分析等第三章 Buck变换器的工作原理第一节电路原理图降压斩波电路的原理图如图a）所示。

该电路使用一个全控型器件V，也可使用其他器件，若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。

在图中，为在V关断时给负载中电感电流提供渠道，设置了续流二极管VD。

斩波电路主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或蓄电池负载等。

如图a）：t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压uo=E，负载电流io按指数曲线上升。

t=t1时控制V关断，二极管VD续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。

通常串接较大电感L 使负载电流连续且脉动小。

第二节 电路理想波形由图b)中的V 的栅射电压G u 波形可知，在0=t 时刻驱动V 导通，电源E 向负载供电，负载电压E U =0，负载电流0i 按指数曲线上升。

当1t t =时刻，控制V 关断，负载电流经二极管VD 续流，负载电压0U 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c) 电流断续时的波形EV+-MRLVDi oE Mu oiGtttO O Ob)电流连续时的波形T EiGt ontoffi oi 1 i 2I 1I2t 1u oO OO tttT E Ei G i Gtontoffi otxi 1i 2I 20t 1t 2u oEMa) 电路电路工作与稳态时，负载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，on t 为V 处于通态的时间；off t 为V 处于断态的时间；T 为开关周期；α为导通占空比。

由此式知，输出到负载的电压平均值0U 最大为E ，若减小占空比α，则0U 随之减小。

因此将该电路称为降压斩波电路。

负载电流的平均值为 ，若负载中的L 值较小，则在V 关断后，到了2t 时刻，如图7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0U 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on t ，称为脉冲宽度调制（PWM 方式）。

2） 保持开关导通时间on t 不变，改变开关周期T ，称为频率调制。

3）on t 和T 都可调，使占空比改变，称为混合型。

第四章 主电路的参数设置主电路中需要确定参数的元器件有IGBT 、二极管、直流电源、电感、电阻值的确定，其参数确定过程如下。

1）对于电源，因为题目要求输入电压为100V ，且连续可调。

其直流稳压电源模块的设计已在前面完成，直流稳压电源作为系统电源。

2）电阻的选择。

因为当输出电压为15V 时，输出电流为A 1~1.0。

所以由欧姆定律可得负载电阻值为 ，可得到电路电阻应该在Ω150~15。

3)对于IGBT 的选择，由图5易知当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1=α时，IGBT 有最大电流，其值为1A 。

故需选择集电极最大连续电流V I c 1>，反向击穿电压V B vceo 30>的IGBT 。

而一般的IGBT 基本上都可以满足这个要求。

4)二极管的选择。

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。

5)电感L 的值取无穷大。

E E Tt E t t t U on off on on α==+=0RE U I M-=00dM I EU R -=0第五章 建立仿真模型第一节 直流降压斩波变换电路仿真模型图Continuouspow erguiv +-Voltage Measurement3v +-Voltage Measurement2v +-Voltage Measurement1v +-Voltage MeasurementSeries RLC BranchScopePulse GeneratorParallel RLC Branchg m CEIGBTmakDiodeDC Voltage Sourcei +-Current Measurementa)示波器测电流Continuous pow erguiv+-Voltage Measurement2v+-Voltage Measurement1v+-Voltage MeasurementScopePulse GeneratorParallel RLC Branch2Parallel RLC Branch1Parallel RLC Branch gm CEIGBTm akDiodeDC Voltage Sourcei +-Current Measurementb)示波器测电压第二节 仿真结果直流电压源参数设置：直流电源电压为100V电阻、电容参数设置：C=0.000000000001F,L=0.1H,R=1Ω脉冲发生器模块的参数设置：振幅为1V ，周期为0.001s ，脉冲宽度为50％和80％。

1 脉冲宽度为50％直流降压斩波变换电路仿真结果流过负载电流负载电压2 脉冲宽度为80％直流降压斩波变换电路仿真结果流过负载电流负载电压3 电流断续时仿真结果经第七章可知连续断续临界点的L=0.0022H。

此处选L=0.001H，便于观察。

脉冲宽度为50％直流降压斩波变换电路波形图脉冲宽度为80％直流降压斩波变换电路波形图此处选L=0.0002H，便于观察。

脉冲宽度为80％直流降压斩波变换电路波形图脉冲宽度为50％直流降压斩波变换电路波形图第六章 仿真结果分析仿真结果图与第三章理想波形相同，结果数值与第五章分析相同。

电流连续断续临界点时电感值的确定：由于L 为无穷大，故负载电流维持为Io 不变电源只在V 处于通态时提供能量，为在整个周期T 中，负载消耗的能量为一周期中，忽略损耗，则电源提供的能量与负载消耗的能量相等。

输出功率等于输入功率，可将降压斩波器看作直流降压变压器。

负载电流断续的情况： I10=0，且t=tx 时，i2=0，利用式（3-7）和式（3-6） 可求出tx 为：电流断续时，tx<toff ，由此得出电流断续的条件为：对于电路的具体工况，可据此式判断负载电流是否连续。

在负载电流断续工作情况下，负载电流一降到零，续流二极管VD 即关断，负载两端电压等于EM 。

输出电压平均值为： T I E T RI t EI o M o on o +=2RE E I Mo -=αoo o 1I U EI EI ==αoo on 1I I TtI α==EE m /M =αρττ=⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫⎝⎛=T T t t 11/⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=-m e m t αρτ)1(1ln x 11-->=ραρe e E E m M E m Tt t TE t t T E t U ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+=--+=x on M x on on o 1)(α此时Uo 不仅和占空比α 有关，也和反电动势EM 有关。

此时负载电流平均值为：最后得电流连续断续临界时L=0.0022H 。

第七章 结论经过了一个学期的电力电子技术的学习，但是除了实验外并没有多少实际设计的机会，课程设计与理论课程和实验有着很大的区别，它是一个综合性很强的课程环节，也是我们所必须经历的一个学习阶段。

在课程设计中，我们在学会理论知识的同时，还会加深自己对这门课程的理解，在这门课程设计当中，能学到一些软件的运用，结合一些其他课程，如mat lab 等软件，通过互相结合，相互渗透，来得到我们所需的数据、结论以及使我们掌握更多的知识。

在此次课程设计中，很多东西以前都没有接触到，比如脉冲发生器模块，现在经过课设，通过查阅资料，我拓宽了自己的知识面，在课设中学会了独立思考和锻炼了自己的实践动手能力。

这次电力电子课程设计过程中，我参考了很多资料，，发现自己现在学到的只是很小的一部分，在设计上有一定的难度。

就我设计的题目而言，平时在书上介绍的只是一些原理，并没有驱动电路和触发电路等，具体要怎么设计一个完整的架构就需要我们对现有和过去学的知识有一个大概的了解。

通过课程设计的学习工作，使我接触了很多新的知识，比如相关软件的拓展，也让我对这门课有了更深的了解，培养了我们求真务实的态度。

最后还要感谢老师的指导，让我顺利完成了课程设计。

R E U RE m T t t t i t i T I t t m o x on 0021o on x d d 1-=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎰⎰α第八章参考文献[1] 电力电子电路的计算机仿真陈建业编著北京清华大学出版社 2003[2] 电路和系统的仿真实践张占松编著北京科技出版社 2000[3] 电子电路CAD—基于OrCAD9.2贾新章编著西安西安电子科技大学出版社 2002[4] Pspice 8.0电路设计实例精粹高伟涛编著北京国防工业出版社 2001[5] MATLAB 电子仿真与应用韩利竹编著北京国防工业出版社[6] 开关电源的原理与设计张占松编著北京电子工业出版社 1999。