matlab課程設計---直流斬波電路

1、<p><b>　　直流斬波電路</b></p><p><b>　　一.設計目的：</b></p><p>　　熟悉降壓斬波電路和升壓斬波電路的工作原理。</p><p>　　2.掌握兩種基本斬波電路的工作狀態(tài), 學會應用Matlab的可視化工具Simulink建立電路的仿真模型的方法，在此基礎上對升降壓斬波電

2、路進行詳細的分析，以提高設計模型的能力及加強對Matlab/Simulink軟件的熟練程度。</p><p>　　3.了解電路圖的波形情況, 認真分析仿真結果，深刻體會Matlab軟件對于電力電子電路設計的重要作用。</p><p><b>　　二．軟件介紹</b></p><p>　　Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具，是一

3、種基于MATLAB的框圖設計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，它提供了一種更快

4、捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結果。</p><p>　　Simulink是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領域仿真和基于模型的設計工具。對各種時變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進行設計、仿真、執(zhí)行和測試。緊密集成，可以直接訪問MATLAB大量的工具來進行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定

5、制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義。</p><p>　　Simulink是Matlab軟件下的一個附加組件，是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的MATLAB軟件包。支持連續(xù)、離散以及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，同時它也支持具有不同部分擁有不同采樣率的多種采樣速率的仿真系統(tǒng)。在其下提供了豐富的仿真模塊。其主要功能是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、方針與分析，可以預先對系統(tǒng)進行仿真分析，按仿真的最佳效果來調(diào)試及整定控制系統(tǒng)的參

6、數(shù)。Simulink仿真與分析的主要步驟按先后順序為為:從模塊庫中選擇所需要的基本功能模塊，建立結構圖模型，設置仿真參數(shù)，進行動態(tài)仿真并觀看輸出結果，針對輸出結果進行分析和比較。</p><p><b>　　三． 設計內(nèi)容</b></p><p><b>　　主要步驟：</b></p><p>　?、鸥鶕?jù)給出的技術要求，確

7、定總體設計方案。</p><p>　?、茝能浖羞x擇具體的元件，進行硬件系統(tǒng)的設計。</p><p>　?、沁M行相應的電路設計，完成相應的功能。</p><p><b>　?、冗M行調(diào)試與修改。</b></p><p>　?、勺珜懻n程設計說明書。</p><p><b>　　電路介紹<

8、;/b></p><p>　　直流斬波電路的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電,也稱為直接直流-直流變換器。直流斬波電路一般是指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟姷那闆r，不包括直流-交流-直流的情況，且甚至更多地指后一種情況。</p><p>　　直流斬波電路包括：降壓斬波電路、生涯斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路，其

9、中前兩種電路是最它在電源的設計上有很重要的應用。一般來說，斬波電路的實現(xiàn)都要依靠全控型器件。在這里，我所設計的是基于IGBT的降壓斬波短路和升壓斬波電路。</p><p><b>　　四．設計思路</b></p><p>　　直流降壓斬波電路主要分為三個部分，分別為主電路模塊，控制電路模塊和驅(qū)動電路模塊。電路的結構框圖如下圖（圖1）所示。</p><

10、;p>　　圖1 電路結構框圖</p><p>　　除了上述主要結構之外，還必須考慮電路中電力電子器件的保護，以及控制電路與主電路的電器隔離。</p><p>　　主電路是整個斬波電路的核心，降壓過程就由此模塊完成。其原理圖如圖所示</p><p><b>　　主電路原理圖</b></p><p>　　如圖，IGB

11、T在控制信號的作用下開通與關斷。開通時，二極管截止，電流io流過大電感L，電源給電感充電，同時為負載供電。而IGBT截止時，電感L開始放電為負載供電，二極管VD導通，形成回路。IGBT以這種方式不斷重復開通和關斷，而電感L足夠大，使得負載電流連續(xù)，而電壓斷續(xù)。從總體上看，輸出電壓的平均值減小了。輸</p><p>　　出電壓與輸入電壓之比α由控制信號的占空比來決定。這也就是降壓斬波電路的工作原理。</p&g

12、t;<p>　　根據(jù)降壓斬波電路原理圖，建立降壓斬波電路仿真模型，如下:</p><p>　　降壓斬波的典型波形如圖所示。</p><p><b>　　降壓電路波形圖</b></p><p><b>　　占空比50%</b></p><p>　　在電力電子設計過程中利用MATLAB來進

13、行仿真建模分析有很大的好處，它不但非常方便而且能夠在很大程度范圍內(nèi)減少因設計問題而造成的浪費。</p><p>　　這里的仿真主要是運用MATLAB軟件中的simulink工具。先從simulink的元件庫中找到需要用的元件，然后搭建相應的主電路，設置好參數(shù)后即可進行仿真。</p><p>　　根據(jù)題目要求輸出電壓平均值為300V,電阻為20Ω,電感3e-4,電容470e-6。這里是首先指

14、定電源為300V直流。則最大占空比為50%。先用純電阻負載。</p><p>　　如圖為升壓斬波電路原理圖</p><p>　　根據(jù)升壓斬波電路原理圖，建立升壓斬波電路仿真模型，如下：</p><p>　　由IGBT構成的直流降壓斬波電路的建模和參數(shù)設置：</p><p>　　1、電壓源U=300V</p><p>　

15、　2、IGBT、二極管都按其原有的數(shù)值進行設置。、</p><p>　　3、負載參數(shù)R=20Ω，L=3e-4，C=470e-6</p><p>　　4、開關頻率20KHZ，開關信號占空比D=50%。</p><p>　　運行之后可以得到如圖所示的升壓斬波電路波形圖</p><p>　　升壓斬波電路的基本原理</p><p&

16、gt;　　1、升壓斬波電路的工作原理</p><p>　　（1）假設L和C值很大</p><p>　?。?）V處于通態(tài)時，電源E向電感L充電，電流恒定H，電容C向負載R供電，輸出電壓U0恒定。</p><p>　?。?）V處于斷態(tài)時，電源E和電感L同時向電容C充電，并向負載提供能量。</p><p>　　升壓斬波電路能使輸出電壓高于電源電壓的

17、原因</p><p>　　一是L儲能之后具有使電壓泵升的作用</p><p>　　二是電容C可將輸出電壓保持住</p><p>　　以上分析中，認為V通態(tài)期間因電容C的作用使得輸出電壓Uo不變，但實際C值不可能無窮大，在此階段其向負載放電，Uo必然會有所下降，故實際輸出電壓會略低。 </p><p><b>　　五．實

18、驗心得</b></p><p>　　通過這次對直流斬波電路的課程設計，我對斬波電路有了更加清晰的認識，同時也對IGBT的驅(qū)動電路和保護電路也有了更深刻的認識，另外，在做設計的過程中我也學會了用一些基本元部件進行建模的基本方法，加深了對課本知識的進一步理解。</p><p>　　同時這次課程設計應用到MATLAB軟件，設計時借助MATLAB軟件進行系統(tǒng)模型仿真，進一步熟悉了MAT