Sepic斩波器的设计与仿真课程设计.docVIP

本科课程设计专用封面 设计题目： Sepic斩波器的设计与仿真 所修课程名称： 电力电子技术课程设计 修课程时间： 完成设计日期： 评阅成绩： 评阅意见： 评阅教师签名： 年 月 日 Sepic斩波器的设计与仿真 一．设计要求 1）完成Sepic斩波器的设计与仿真； 2）设计要求： 输入：DC100V，50Hz； 输出：DC50V~150V 题目分析 升降压sepic斩波原理图： 图一Sepic斩波电路 升降压斩波电路的基本原理：当可控开关V 处于通态时，电源E 经V 向电感L 供电使其贮存能量，此时电流为i1，方向如图2中所示。同时，电容C维持输出电压基本恒定并向负载R供电。此后，使V关断，电感L 中贮存的能量向负载释放，电流为i2，方向 如图2所示。可见，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反。 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 V处于通态期间，uL=E；而当V处于断态期间，uL=-uo。于是： 所以输出电压为： 改变导通比，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当01/2时为降压，当1/21时为升压，因此将该电路称作升降压斩波电路。 本实验要求输出：DC50V~150V，则 1/33/5 主电路设计、元器件选型及计算： 由于本次实验主要要求对电路的仿真，则放弃了较为复杂精确计算的方法，而选择先估算，再在仿真中修改参数逐步调试的方法。 由ωL》R,1/ωC》R,初步选择满足条件的L,C,R的值经过多次筛选与调试最后选择ω=2π*20k, L1=10mH, L2=5mH, C1=100u, C2=1000u,R=100Ω.从而达到实验的要求 实验仿真如下图 图三 仿真电路图 主电路仿真分析 1.当α=1/3时,输出DC=50V，仿真波形如下： 2.当α=1/2时,输出DC=100V，仿真波形如下： 3.当α=3/5时,输出DC=150V，仿真波形如下： 控制电路设计 1.控制原理： 图四所示是该DC／DC变换器控制系统的控制。 原理框图四，其应用背景是卫星储能／姿控两用飞轮能量回馈系统。控制系统采用电压、电流双闭环串级控制结构，外环是电压环，内环是电流环。控制原理是电压给定U 与电压反馈U进行比较，得到的电压误差经电压调节器输出作为电流给定 ，r与电流反馈I进行比较，得到的电流误差经电流调节器输出对应PWM 波的脉冲宽度，然后经PWM 控制决定分配给哪个开关管，之后PWM波通过驱动电路驱动DC／DC变换器中相应的开关管工作 图四原理框图 以上的双闭环控制是针对工作在PWM 方式下的开关管而言。由于变换器采用的是两个开关管的配合控制，两种不同的工作模式就对应两种不同的PWM开关方案，因此必须设计相应的控制逻辑分配单元来实现这两种开关方案，这在图2中以PWM 控制单元表示。 2.控制实现： 控制系统的设计可以采用模拟控制方案和数字控制方案，这里以模拟控制方案阐述该DC／DC变换器控制系统的实现，如图4所示。 图五 控制实现框图 控制电路由两级PI调节器、PWM 波产生电路、驱动电路、故障检测与保护电路等组成。两级PI调节器是控制电路的核心控制单元，两级均为带限幅输出的PI调节器，前级是电压调节器，后级是电流调节器，前后级串联构成了以输出电压为主控制对象、输出电流为副控制对象的双闭环控制系统。 电压环的作用是稳定输出电压，在输入电压或负载扰动作用下保证输出稳定。电流环是在稳态时跟随电压环，从而使系统动态响应快，调节性能好，也易于实现限流和过流保护。由于电压调节器的输出作为电流调节器的给定，故电压调节器的限幅值决定了电流调节器的最大输出电流。此外，电流调节器的限幅值限制了最大输出电压，防止了输出电压过高的非正常状态，从而保证了系统的安全可靠。PWM波产生电路负责两种PWM开关方案的实现，以满足变换器降压工作模式和升压工作模式的要求。由于需要产生两路控制信号，因此必须配合主变换电路进行特殊的电路设计，以解决控制逻辑的分配问题。 如图3所示，电流调节器输出送到比较器IC 、IC2同相端，由一个三角波发生器产生的三角波送到反相端，两路信号相比较叠加获得PWM 波。分析可知，两种不同的PWM 开关方案可以通过对送到比较器IC 、IC4反相端的三角波加上不同的偏移电压 和 来实现。当电流调节器输出电压低于5 V时，比较器IC 与三角波有交点，输出PWM 波，该波形用于驱动T ，而比较器IC4与三角波没有交点，故无脉冲输出，T2截止；当电流调节器输出电压高于5 V时，比较器IC4与三角波有交点，输出P