电力电子技术课程设计--Buck变换器的研究.docVIP

电力电子技术课程设计 班级： 建电1102班 学号： 姓名： 葛嘉新 扬州大学水利与能源动力工程学院 二〇一三年十二月 目录 第一部分 课程设计内容介绍 - 1 - 一、课程设计的题目 - 1 - 二、课程设计的主要内容 - 1 - 1.设计阶段 - 1 - 2.试验阶段 - 1 - 第二部分 理论分析 - 1 - 一、直流降压斩波电路的工作原理 - 1 - 二、直流降压斩波电路的分析 - 2 - 三、电路元件分析 - 4 - 1.IGBT管（绝缘栅双极晶体管） - 4 - 2.二极管 - 4 - 3.电感 - 4 - 4.电容 - 4 - 第三部分 仿真实验 - 4 - 一、在SIMULINK平台上搭建电路图 - 4 - 二、基本功能仿真（保证负载波形连续时） - 5 - IGBT导通脉宽对电路的影响 - 5 - 三、电路特性仿真（保证负载波形连续时） - 7 - 1.电感L的变化对电路输出的影响 - 7 - 2.电容C的变化对电路输出的影响 - 9 - 四、波形连续、断续临界条件的研究与仿真 - 10 - 1、电感L对于波形连续、断续的临界条件 - 10 - 2、电容C对于电感临界条件的改变 - 12 - 五、实验结论 - 13 - 第四部分 后记 - 13 - 一、感想与体会 - 13 - 二、参考资料 - 14 - 第一部分 课程设计内容介绍 一、课程设计的题目 本次课程设计的题目为Buck变换器的研究。 二、课程设计的主要内容 1.设计阶段 设计一个Buck变换器电路（即直流降压斩波电路），分析其原理，电路结构，工作方式，电路性能，主要用途等。 2.试验阶段 利用MATLAB软件的SIMULINK仿真平台，搭建模拟电路，设置电路参数、仿真参数，进行计算机仿真实验，并将试验结果与预计结果作比较，分析原因，进而修改电路结构、参数等。最后，分析电路性能，观察参数改变时仿真结果的改变，得出结论。 第二部分 理论分析 一、直流降压斩波电路的工作原理 直流降压斩波变换电路产生一个低于直流输入电压Ud的平均输出电压Uo。一个具有纯电阻负载的降压变换的基本电路拓补结构如图1(a)所示。假定开关是理想的，则瞬时输出电压决定于开关的通断状态。如图1(b)所示，根据开关占空比可计算平均输出电压为：，即：。 在连续导电的工作模式中，当输入电压一定时，输出电压与开关占空比成线性关系，而与其他任何电路参数无关，其实验电路如图2所示。 图1 直流降压变换的基本电路拓补结构图 图2 直流降压斩波变换实验电路图 二、直流降压斩波电路的分析 由图3中的V的栅射电压波形可知，在时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压，负载电流按指数曲线上升。当时刻，控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压近似为零，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，为V处于通态的时间；为V处于断态的时间；T为开关周期；为导通占空比。由此式知，输出到负载的电压平均值最大为E，若减小占空比，则随之减小。故将该电路称为降压斩波电路。 负载电流的平均值，若负载中的L值较小，则在V关断后，到了时刻，如图3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，称为脉冲宽度调制（PWM方式）。 2）保持开关导通时间不变，改变开关周期T，称为频率调制。 3）和T都可调，使占空比改变，称为混合型。 图3 直流降压斩波电路理想波形图 三、电路元件分析 1.IGBT管（绝缘栅双极晶体管） 作用：控制电路的通断，起到“斩波”作用。 特点：IGBT是三端元件，具有很强的通流能力，导通、关断时间短，反应灵敏。 参数：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；而当时，IGBT有最大电流，其值为1A。故需选择集电极最大连续电流，反向击穿电压的IGBT。而一般的IGBT基本上都可以满足这个要求。 2.二极管 作用：在IGBT关断时，起续流作用。 参数：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。 3.电感 作用：稳流，维持流过负载的电流大小，起储能作用。 参数：为保持电流不变，应取足够大。 4.电容 作用：平波作用，通过IGBT开、关间隙不断充放电，使流过负载的电流变化平滑。 参数