電力電子課程設(shè)計(jì)-降壓斬波電路

1、<p><b>　　1 引言</b></p><p>　　高頻開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源已廣泛運(yùn)用于基礎(chǔ)直流電源、交流電源、各種工業(yè)電源，通信電源、通信電源、逆變電源、計(jì)算機(jī)電源等。它能把電網(wǎng)提供的強(qiáng)電和粗電，它是現(xiàn)代電子設(shè)備重要的“心臟供血系統(tǒng)”。BUCK變換器是開(kāi)關(guān)電源基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的一種，BUCK變換器又稱降壓變換器，是一種對(duì)輸入輸出電壓進(jìn)行降壓變換的直流斬波器，即輸出電壓低于輸入電壓，

2、由于其具有優(yōu)越的變壓功能，因此可以直接用于需要直接降壓的地方。</p><p>　　2.降壓斬波電路的設(shè)計(jì)目的</p><p>　　(1). 通過(guò)對(duì)降壓斬波電路（buck chopper）的設(shè)計(jì)，掌握buck chopper電路的工作原理，綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，進(jìn)行buck chopper電路和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。</p><p>　　(2). 了解與熟悉buck chop

3、per電路拓?fù)?、控制方法?lt;/p><p>　　(3). 理解和掌握buck chopper電路及系統(tǒng)的主電路、控制電路和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)方法，掌握元器件的選擇計(jì)算方法。</p><p>　　(4). 具有一定的電力電子電路及系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和調(diào)試的能力</p><p>　　2. 1降壓斬波電路的設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求</p><p>　　(1). 設(shè)計(jì)內(nèi)容:

4、 對(duì)Buck Chopper電路的主電路和控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，參數(shù)如下：直流電壓E＝200V，負(fù)載中R＝10，L值極大,反電動(dòng)式E1＝30V。</p><p><b>　　(2).設(shè)計(jì)要求</b></p><p><b>　　(a)理論設(shè)計(jì)：</b></p><p>　　了解掌握Buck Chopper電路的工作原理，設(shè)計(jì)B

5、uck Chopper電路的主電路和控制電路。包括：IGBT電流,電壓額定的選擇，畫(huà)出完整的主電路原理圖和控制電路原理圖、列出主電路所用元器件的明細(xì)表。</p><p><b>　　(b).仿真實(shí)驗(yàn):</b></p><p>　　利用MATLAB仿真軟件對(duì)Buck Chopper 電路主電路和控制電路進(jìn)行仿真建模設(shè)計(jì)</p><p>　　2.2

6、.降壓斬波電路主電路基本原理</p><p>　　降壓斬波電路主電路工作原理圖如下：</p><p>　　圖1 降壓斬波電路主電路工作原理圖</p><p>　　t=0時(shí)刻驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓，負(fù)載電流按指數(shù)曲線上升。</p><p>　　t=t1時(shí)控制V關(guān)斷，二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。<

7、;/p><p>　　通常串接較大電感L使負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小。</p><p>　　當(dāng)電路工作穩(wěn)定時(shí)，負(fù)載電流在一個(gè)周期的初值和終值相等如圖2所負(fù)載電壓的平均值為：式中，為V處于通態(tài)的時(shí)間，為V處于斷態(tài)的時(shí)間；T為開(kāi)關(guān)周期；為導(dǎo)通占空比，簡(jiǎn)稱占空比或?qū)ū?。?fù)載電流的平均值為：若負(fù)載中L值較小，則在V關(guān)斷后，到了時(shí)刻，，負(fù)載電流已衰減至零，會(huì)出現(xiàn)負(fù)載電流斷續(xù)的情況。負(fù)載電壓平均值會(huì)被抬高，一般

8、不希望出現(xiàn)電流斷續(xù)的情況。</p><p>　　3.IGBT驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)介</p><p>　　IGBT 是三端器件，具有柵極G，集電極 C和發(fā)射極 E。它是個(gè)場(chǎng)控器件，通斷由柵射極電壓 Uge決定。Uge 大于開(kāi)啟電壓Uge(th)時(shí)，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT 導(dǎo)通。通態(tài)時(shí)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻 R減小，使通態(tài)壓降減小。當(dāng)柵射極間施加反壓或不加信號(hào)時(shí)，MOSFET

9、內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT 關(guān)斷。一般IGBT的開(kāi)啟電壓Uge（th）在 25度時(shí)為2~6V左右，而實(shí)際一般驅(qū)動(dòng)電壓取15~20V，且關(guān)斷時(shí)施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓，有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。在柵極串入一只低值電阻有利于減小寄生振蕩，該電阻值應(yīng)隨被驅(qū)動(dòng)器件電流定額值的增大而減小。 </p><p><b>　　4 .元件參數(shù)選擇</b></p>&

10、lt;p>　　有題目知P=400W，U=100V，a=0.8，所以負(fù)載電阻R=16Ω，有頻率f=5KHZ，所以T=1/f=0.0002S，由于反電動(dòng)勢(shì)E=0所以m=Em/E=0</p><p>　　①I(mǎi)GBT的選擇：因?yàn)楸倦娐吩O(shè)計(jì)的E=100V,因此根據(jù)P=400W，U=100V，由于晶閘管安全域量可知所選IGBT的額定電壓與額定電流分別為200-300V、7.5A-10A。</p><

11、;p>　?、跂艠O串聯(lián)電阻Rg的阻值：根據(jù)IGBT的選擇，由可知知R的值為16。</p><p>　　③其他元器件的選擇標(biāo)準(zhǔn)如下：二極管額定電壓100V，電感L=100mL，電流有</p><p><b>　　式中，</b></p><p>　　I10=4.98A和I20=5.02A分別是負(fù)載電流瞬時(shí)值的最小值和最大值</p>

12、<p>　　有公式 判斷得電流連續(xù)。</p><p><b>　　輸出電壓平均值為</b></p><p><b>　　得U0=80V</b></p><p><b>　　負(fù)載電流平均值為 </b></p><p><b>　　

13、得I0=5.0A</b></p><p>　　5、MATLAB仿真</p><p>　　MATLAB仿真簡(jiǎn)介</p><p>　　MATLAB 是美國(guó)MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB的優(yōu)勢(shì)如下：</p&g

14、t;<p>　?。?） 友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境；</p><p>　?。?）簡(jiǎn)單易用的程序語(yǔ)言；</p><p>　?。?） 強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力；</p><p>　?。?） 出色的圖形處理功能；</p><p>　?。?） 應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱；</p><p>　　（6） 實(shí)用的程序接

15、口和發(fā)布平臺(tái)；</p><p>　?。?） 應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)（包括用戶界面）。</p><p>　　5.1 主電路的仿真</p><p>　　1.按原理圖在MATLAB中搭建模塊，搭建好的模型圖如下：</p><p>　　圖19 仿真模型圖</p><p><b>　　2．調(diào)試與結(jié)果</b><

16、/p><p>　　設(shè)定占空比為80%,得出輸出電流和電壓及其波形如下所示：</p><p><b>　　輸出電流I0波形圖</b></p><p><b>　　輸出電壓U0波形圖</b></p><p><b>　　6.結(jié)論分析</b></p><p>　　

17、有電壓電流波形圖知在電流在電壓為E期間上升，在電壓為零期間下降，周期T=1/f=0.0002s，高電平導(dǎo)通時(shí)ton=aT=0.8T=0.00016s,U0=100V，低電平導(dǎo)通時(shí)間toff=0.00004s,U0=0V且電壓電流幅值范圍分別為，I=4.98A～5.02A，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論一致。</p><p><b>　　7.心得體會(huì)</b></p><p>　　做課

18、程設(shè)計(jì)我們都感覺(jué)入手比較困難，因?yàn)樗紫纫竽銓?duì)所學(xué)的知識(shí)都要弄懂，并且能將其聯(lián)系貫穿起來(lái)，因此課程設(shè)計(jì)是綜合性比較強(qiáng)的。這次的電力電子課程設(shè)計(jì)是我做的最辛苦的一次，主要的原因是這次試驗(yàn)要求我們學(xué)習(xí)兩個(gè)從來(lái)就沒(méi)有接觸過(guò)的軟件。而且時(shí)間還是有那么緊。首先把設(shè)計(jì)任務(wù)搞清，接下來(lái)就是找相關(guān)資料，可以通過(guò)上圖書(shū)館和上網(wǎng)，然后對(duì)資料進(jìn)行整理。找資料說(shuō)起來(lái)好像很簡(jiǎn)單，但真正做起來(lái)是需要耐心的，不是你所找的就一定是有用的，要進(jìn)行篩選甄別，所以這個(gè)過(guò)程

19、中是要花費(fèi)一些時(shí)間的，但這其中也拓展了你的知識(shí)面。書(shū)上原理性的東西與真正的動(dòng)手操作還是有很大的區(qū)別的，要考慮很多因素，比如說(shuō)，參數(shù)的選取和設(shè)定，這些對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果是有很大的影響的。</p><p>　　通過(guò)重溫教材知識(shí)和翻閱相應(yīng)的資料，當(dāng)然還有一部分要?dú)w功于我的同學(xué)的幫助。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我們掌握了一定的文檔的編排格式，這對(duì)于以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)及工作需要都有很大的幫助，在完成課程設(shè)計(jì)的同時(shí)我們也再?gòu)?fù)習(xí)了一遍電力電子這門(mén)課

20、程，對(duì)于以前一知半解的問(wèn)題有了更深刻的認(rèn)識(shí)。</p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我明白了自身的不足，還有就是學(xué)習(xí)上存在的以應(yīng)試為目的的陋習(xí)，自己真正學(xué)到的知識(shí)還是相當(dāng)有限的，而且都是很死板的知識(shí)，并沒(méi)有做到活學(xué)活用。而且，在專(zhuān)業(yè)軟件學(xué)習(xí)方面還要有很大的提升的需要。</p><p><b>　　8． 主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>