第一篇：電力電子報(bào)告 DC-DC變換

《電力電子電路的計(jì)算機(jī)仿真》

綜合訓(xùn)練報(bào)告

班級(jí)

姓名 學(xué)號(hào)

專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 陳偉

2011年 12 月 26 日

前言

電力電子技術(shù)是綜合了電子電路、電機(jī)拖動(dòng)、計(jì)算機(jī)控制等多學(xué)科的知識(shí)，是一門實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的課程。由于電力電子器件自身的開關(guān)非線性，給電力電子電路的分析帶來的了一定的復(fù)雜性和困難，因此一般常用波形分析的方法來研究。本文就基于MATLAB軟件，利用MATLAB軟件中的Simulink庫具有模擬、數(shù)字混合仿真功能、具備大量的模擬功能模型和系統(tǒng)分析的能力，進(jìn)行方波逆變電路的計(jì)算機(jī)仿真分析，設(shè)計(jì)了DC-DC變換電路，實(shí)現(xiàn)升壓，降壓功能。

設(shè)計(jì)一降壓變換器，輸入電壓為200V，輸出電壓可調(diào)，負(fù)載電阻為20歐姆，開關(guān)器件選用MOSFET。

設(shè)計(jì)一升壓變換器，輸入電壓為3-6V，負(fù)載電阻為10歐姆，開關(guān)器件選用MOSFET，開關(guān)頻率40kHz,要求電流連續(xù)。

完成上述DC-DC變換電路的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，觀察輸出電壓、電流波形、系統(tǒng)輸入電壓、電流波形、電壓電流波形的諧波情況、不同仿真條件時(shí)系統(tǒng)輸入輸出的變化情況和理論分析的結(jié)果進(jìn)行比較。

關(guān)鍵詞：DC-DC變換器 Mosfet開關(guān)器件 MATLAB計(jì)算機(jī)仿真

目 錄

第一章

MATLAB仿真軟件...................................................................1 1.1 MATLAB簡介.................................................................................1 1.2 Simulink簡介.............................................................................3 1.2.1 Simulink的功能.....................................................................4 第二章 MOSFET開關(guān)器件簡介...............................................................4 2.1 MOSFET開關(guān)器件簡介.................................................................4 2.2 Mosfet的結(jié)構(gòu)及工作原理.........................................................5 第三章 DC-DC變換器的設(shè)計(jì)原理...........................................................8 3.1 降壓斬波電路（Buck Chopper)工作原理................................8 3.2 升壓斬波電路（Boost Chopper）工作原理............................9 第四章 DC-DC變換器的計(jì)算機(jī)仿真模型的建立.................................10 4.1 降壓變換器仿真........................................................................10 4.1.1 降壓變換器電路參數(shù)設(shè)計(jì)..............................................11 4.1.2 降壓變換器仿真波形......................................................13 4.2升壓變換器設(shè)計(jì).........................................................................17 4.2.1 升壓變換器電路參數(shù)設(shè)計(jì)..............................................17 4.1.2 升壓變換器仿真波形......................................................18 第五章 總結(jié).............................................................................................22 第六章 心得體會(huì)....................................................................................22 參考文獻(xiàn)：...............................................................................................23

第一章

MATLAB仿真軟件

1.1 MATLAB簡介

MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）的簡稱，是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(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)算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。

MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。

MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C、FORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn),使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)C、FORTRAN、C++、JAVA的支持。可直接調(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。

（1）友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境

MATLAB由一系列工具組成。這些工具方便用戶使用MATLAB的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。隨著MATLAB的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級(jí)，MATLAB的用戶界面也越來越精致，更加接近Windows的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機(jī)交互性更強(qiáng)，操作更簡單。而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機(jī)查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。簡單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過編譯就可以直接運(yùn)行，而且能夠及時(shí)地報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤及進(jìn)行出錯(cuò)原因分析。（2）簡單易用的程序語言

Matlab一個(gè)高級(jí)的矩陣/陣列語言，它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同

步，也可以先編寫好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序（M文件）后再一起運(yùn)行。新版本的MATLAB語言是基于最為流行的C＋＋語言基礎(chǔ)上的，因此語法特征與C＋＋語言極為相似，而且更加簡單，更加符合科技人員對(duì)數(shù)學(xué)表達(dá)式的書寫格式。使之更利于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的科技人員使用。而且這種語言可移植性好、可拓展性極強(qiáng)，這也是MATLAB能夠深入到科學(xué)研究及工程計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域的重要原因。（3）強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力

MATLAB是一個(gè)包含大量計(jì)算算法的集合。其擁有600多個(gè)工程中要用到的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，可以方便的實(shí)現(xiàn)用戶所需的各種計(jì)算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計(jì)算中的最新研究成果，而前經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯(cuò)處理。在通常情況下，可以用它來代替底層編程語言，如C和C++。在計(jì)算要求相同的情況下，使用MATLAB的編程工作量會(huì)大大減少。MATLAB的這些函數(shù)集包括從最簡單最基本的函數(shù)到諸如矩陣，特征向量、快速傅立葉變換的復(fù)雜函數(shù)。函數(shù)所能解決的問題其大致包括矩陣運(yùn)算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號(hào)運(yùn)算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、工程中的優(yōu)化問題、稀疏矩陣運(yùn)算、復(fù)數(shù)的各種運(yùn)算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學(xué)運(yùn)算、多維數(shù)組操作以及建模動(dòng)態(tài)仿真等。（4）出色的圖形處理功能

MATLAB自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來，并且可以對(duì)圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動(dòng)畫和表達(dá)式作圖?？捎糜诳茖W(xué)計(jì)算和工程繪圖。新版本的MATLAB對(duì)整個(gè)圖形處理功能作了很大的改進(jìn)和完善，使它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能（例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等）方面更加完善，而且對(duì)于一些其他軟件所沒有的功能（例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等），MATLAB同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。同時(shí)對(duì)一些特殊的可視化要求，例如圖形對(duì)話等，MATLAB也有相應(yīng)的功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的要求。另外新版本的MATLAB還著重在圖形用戶界面（GUI）的制作上作了很大的改善，對(duì)這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。（5）應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱

MATLAB對(duì)許多專門的領(lǐng)域都開發(fā)了功能強(qiáng)大的模塊集和工具箱。一般來說，它們都是由特定領(lǐng)域的專家開發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學(xué)習(xí)、應(yīng)用和評(píng)估

不同的方法而不需要自己編寫代碼。目前，MATLAB已經(jīng)把工具箱延伸到了科學(xué)研究和工程應(yīng)用的諸多領(lǐng)域，諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫接口、概率統(tǒng)計(jì)、樣條擬合、優(yōu)化算法、偏微分方程求解、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、信號(hào)處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識(shí)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、LMI控制、魯棒控制、模型預(yù)測、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性控制設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)快速原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、定點(diǎn)仿真、DSP與通訊、電力系統(tǒng)仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。

（6）實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺(tái)

新版本的MATLAB可以利用MATLAB編譯器和C /C++數(shù)學(xué)庫和圖形庫，將自己的MATLAB程序自動(dòng)轉(zhuǎn)換為獨(dú)立于MATLAB運(yùn)行的C和C++代碼。允許用戶編寫可以和MATLAB進(jìn)行交互的C或C++語言程序。另外，MATLAB網(wǎng)頁服務(wù)程序還容許在Web應(yīng)用中使用自己的MATLAB數(shù)學(xué)和圖形程序。MATLAB的一個(gè)重要特色就是具有一套程序擴(kuò)展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應(yīng)用子程序。工具箱是MATLAB函數(shù)的子程序庫，每一個(gè)工具箱都是為某一類學(xué)科專業(yè)和應(yīng)用而定制的，主要包括信號(hào)處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應(yīng)用。

（7）應(yīng)用軟件開發(fā)（包括用戶界面）

在開發(fā)環(huán)境中，使用戶更方便地控制多個(gè)文件和圖形窗口；在編程方面支持了函數(shù)嵌套，有條件中斷等；在圖形化方面，有了更強(qiáng)大的圖形標(biāo)注和處理功能，包括對(duì)性對(duì)起連接注釋等；在輸入輸出方面，可以直接向Excel和HDF5進(jìn)行連接。

1.2 Simulink簡介

Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。

1.2.1 Simulink的功能

Simulink是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)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(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI)，這個(gè)創(chuàng)建過程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。對(duì)各種時(shí)變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號(hào)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(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測試。

構(gòu)架在Simulink基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了Simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計(jì)、執(zhí)行、驗(yàn)證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。Simulink與MATLAB緊密集成，可以直接訪問MATLAB大量的工具來進(jìn)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)境的定制以及信號(hào)參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義。

第二章 MOSFET開關(guān)器件簡介

2.1 MOSFET開關(guān)器件簡介

MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effection Transistor)金屬氧化物場效應(yīng)晶體管

FET與BJT的最大區(qū)別在于他們的電荷載體不同，BJT的載荷是空穴或是被擊出的分子（共價(jià)鍵斷裂導(dǎo)致）

而FET載荷則是自由電子，其數(shù)目多了幾個(gè)數(shù)量級(jí)！MOSFET同三極管應(yīng)用上的差別在于：

1：MOSFET管是壓控器件，而三極管是電流控制器件

2：MOSFET的三種狀態(tài)夾斷區(qū)，恒流區(qū)，可變電阻區(qū)，一般我們運(yùn)用夾斷區(qū)和恒流區(qū)來作為開關(guān)控制，而三極管有三種工作狀態(tài)，截止態(tài)，放大態(tài)和飽和態(tài)，三極管在截止態(tài)和飽和態(tài)切換是可以做開關(guān)的。MOS管處于哪種狀態(tài)由Ugs決定

而三極管處于哪種狀態(tài)由Ib決定。

3: 場效應(yīng)管是利用改變電場來控制半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電特性，不是像三極管那樣用電流控制PN結(jié)的電流。因此，場效應(yīng)管可以工作在極高的頻率和較大的功率。

由襯底的材料不同，MOS管分為NMOS和PMOS。

增強(qiáng)型NMOS導(dǎo)通條件：Ug-Us>Ut Ut為開啟電壓 耗盡型NMOS導(dǎo)通條件：Ug-Us>-Up Up為夾斷電壓

2.2 Mosfet的結(jié)構(gòu)及工作原理

在一塊摻雜濃度較低的P型硅襯底上，制作兩個(gè)高摻雜濃度的N+區(qū)，并用金屬鋁引出兩個(gè)電極，分別作漏極d和源極s。

然后在半導(dǎo)體表面覆蓋一層很薄的二氧化硅(SiO2)絕緣層，在漏——源極間的絕緣層上再裝上一個(gè)鋁電極,作為柵極g。

在襯底上也引出一個(gè)電極B，這就構(gòu)成了一個(gè)N溝道增強(qiáng)型MOS管。MOS管的源極和襯底通常是接在一起的(大多數(shù)管子在出廠前已連接好)。

它的柵極與其它電極間是絕緣的。

圖1 MOSFET結(jié)構(gòu)圖

圖1(a)、(b)分別是MOSFET的結(jié)構(gòu)示意圖和代表符號(hào)。代表符號(hào)中的箭頭方向表示由P(襯底)指向N(溝道)。P溝道增強(qiáng)型MOS管的箭頭方向與上述相反，如圖1(c)所示。

（1）vGS對(duì)iD及溝道的控制作用 ① vGS=0 的情況

從圖1(a)可以看出，增強(qiáng)型MOS管的漏極d和源極s之間有兩個(gè)背靠背的PN結(jié)。當(dāng)柵——源電壓vGS=0時(shí)，即使加上漏——源電壓vDS，而且不論vDS的極性如何，總有一個(gè)PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，漏——源極間沒有導(dǎo)電溝道，所以這時(shí)漏極電流iD≈0。

② vGS>0 的情況

若vGS＞0，則柵極和襯底之間的SiO2絕緣層中便產(chǎn)生一個(gè)電場。電場方向垂直于半導(dǎo)體表面的由柵極指向襯底的電場。這個(gè)電場能排斥空穴而吸引電子。

排斥空穴：使柵極附近的P型襯底中的空穴被排斥，剩下不能移動(dòng)的受主離子(負(fù)離子)，形成耗盡層。吸引電子：將 P型襯底中的電子（少子）被吸引到襯底表面。

（2）導(dǎo)電溝道的形成：

圖2 MOSFET輸出特性曲線

當(dāng)vGS數(shù)值較小，吸引電子的能力不強(qiáng)時(shí)，漏——源極之間仍無導(dǎo)電溝道出現(xiàn)，如圖1(b)所示。vGS增加時(shí)，吸引到P襯底表面層的電子就增多，當(dāng)vGS達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，這些電子在柵極附近的P襯底表面便形成一個(gè)N型薄層，且與

兩個(gè)N+區(qū)相連通，在漏——源極間形成N型導(dǎo)電溝道，其導(dǎo)電類型與P襯底相反，故又稱為反型層，如圖1(c)所示。vGS越大，作用于半導(dǎo)體表面的電場就越強(qiáng)，吸引到P襯底表面的電子就越多，導(dǎo)電溝道越厚，溝道電阻越小。

開始形成溝道時(shí)的柵——源極電壓稱為開啟電壓，用VT表示。

上面討論的N溝道MOS管在vGS＜VT時(shí)，不能形成導(dǎo)電溝道，管子處于截止?fàn)顟B(tài)。只有當(dāng)vGS≥VT時(shí)，才有溝道形成。這種必須在vGS≥VT時(shí)才能形成導(dǎo)電溝道的MOS管稱為增強(qiáng)型MOS管。溝道形成以后，在漏——源極間加上正向電壓vDS，就有漏極電流產(chǎn)生。

（3）vDS對(duì)iD的影響：

圖3 MOSFET結(jié)構(gòu)圖

如圖3(a)所示，當(dāng)vGS>VT且為一確定值時(shí)，漏——源電壓vDS對(duì)導(dǎo)電溝道及電流iD的影響與結(jié)型場效應(yīng)管相似。

漏極電流iD沿溝道產(chǎn)生的電壓降使溝道內(nèi)各點(diǎn)與柵極間的電壓不再相等，靠近源極一端的電壓最大，這里溝道最厚，而漏極一端電壓最小，其值為VGD=vGS－vDS，因而這里溝道最薄。但當(dāng)vDS較?。╲DS0，VP

漏極電流iD沿溝道產(chǎn)生的電壓降使溝道內(nèi)各點(diǎn)與柵極間的電壓不再相等，靠近源極一端的電壓最大，這里溝道最厚，而漏極一端電壓最小，其值為VGD=vGS－vDS，因而這里溝道最薄。但當(dāng)vDS較小（vDS

不大，這時(shí)只要vGS一定，溝道電阻幾乎也是一定的，所以iD隨vDS近似呈線性變化。

隨著vDS的增大，靠近漏極的溝道越來越薄，當(dāng)vDS增加到使VGD=vGS－vDS=VT(或vDS=vGS－VT)時(shí)，溝道在漏極一端出現(xiàn)預(yù)夾斷，如圖3(b)所示。再繼續(xù)增大vDS，夾斷點(diǎn)將向源極方向移動(dòng)，如圖3(c)所示。由于vDS的增加部分幾乎全部降落在夾斷區(qū)，故iD幾乎不隨vDS增大而增加，管子進(jìn)入飽和區(qū)，iD幾乎僅由vGS決定。

第三章 DC-DC變換器的工作原理

3.1 降壓斬波電路（Buck Chopper)工作原理

（1）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uo=E，負(fù)載電流io按指數(shù)曲線上升。

（2）t=t1時(shí)控制V關(guān)斷，二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓uo近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。通常串接較大電感L使負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小。

（3）t=t2時(shí)刻，再次驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，重復(fù)上述過程。

圖4 降壓電路原理圖

圖5 降壓電路電流連續(xù)時(shí)的波形圖

數(shù)量關(guān)系：

負(fù)載電壓平均值：U0?tontE?onE??Eton?toffTa--導(dǎo)通占空比

ton——V在一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間

toff——V在一個(gè)周期內(nèi)的關(guān)斷時(shí)間

T為斬波周期，T＝ton＋t0ff 負(fù)載電流平均值：

I0?U0?EMR3.2 升壓斬波電路（Boost Chopper）工作原理

（1）假設(shè)L和C值很大。

（2）V處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，電流恒定I1，電容C向負(fù)載R供電，輸出電壓Uo恒定。

（3）V處于斷態(tài)時(shí)，電源E和電感L同時(shí)向電容C充電，并向負(fù)載提供能量。

圖6 升壓電路原理圖

圖7 升壓電路電流連續(xù)時(shí)的波形圖

數(shù)量關(guān)系：

設(shè)V通態(tài)的時(shí)間為ton，此階段L上積蓄的能量為

EI1ton

設(shè)V斷態(tài)的時(shí)間為toff，則此期間電感L釋放能量為(U0?E)I1toff 穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中L積蓄能量與釋放能量相等：EI1toff?(U0?E)I1toff

化簡得：

U0?

ton?tofftonE?TE tonT/off>1，輸出電壓高于電源電壓，故為升壓斬波電路。

第四章 DC-DC變換器的計(jì)算機(jī)仿真模型的建立

4.1 降壓變換器仿真

設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一降壓變換器，輸入電壓為200V，輸出電壓可調(diào)，負(fù)載電阻為20歐姆，開關(guān)器件選用MOSFET。根據(jù)上述要求完成主電路設(shè)計(jì)。

根據(jù)降壓變換器的工作原理，建立降壓變換器的仿真模型：

圖8 降壓變換器電路

降壓變換器電路，假定開關(guān)器件Mosfet是理想元件，輸入電壓Ud是理想恒壓源。當(dāng)Mosfet導(dǎo)通時(shí)，Ud通過電感L向負(fù)載傳遞能量。此時(shí)，iL增加，電感儲(chǔ)能增加；當(dāng)Mosfet關(guān)斷時(shí)，由于電感電流不能突變，故iL通過二極管VD續(xù)流，電感上的能量逐步消耗在負(fù)載上,iL降低，電感上儲(chǔ)能減小。由于VD的單向?qū)щ娦?，iL不可能為負(fù)，即總有iL≥0，從而可在負(fù)載上獲得單極性的輸出電壓。二極管VD導(dǎo)通期間，其導(dǎo)通壓降可以近似為0。

4.1.1 降壓變換器電路參數(shù)設(shè)計(jì)

由Mosfet構(gòu)成直流降壓斬波電路(Buck Chop-per)的建模和參數(shù)設(shè)置：

（1）電壓源參數(shù)取U=200V。

（2）Mosfet按默認(rèn)參數(shù)設(shè)置。

（3）二極管按默認(rèn)參數(shù)設(shè)置。（4）負(fù)載參數(shù)取R=20 Ω。（5）電感參數(shù)L=1000H。

（6）打開仿真參數(shù)窗口，選擇ode23tb算法，相對(duì)誤差設(shè)置為1e-03，開始仿真時(shí)間設(shè)置為0，停止仿真時(shí)間設(shè)置為300s；

（7）控制脈沖周期設(shè)置為0.2s,控制脈沖占空比分別設(shè)為20％、40%、60%、80%。

控制脈沖參數(shù)設(shè)置：

Mosfet參數(shù)設(shè)置：

二極管參數(shù)設(shè)置：

4.1.2 降壓變換器仿真波形

參數(shù)設(shè)置完畢后，啟動(dòng)仿真，得到如下仿真結(jié)果：

占空比20%時(shí)的輸出電壓：

占空比40%時(shí)的輸出電壓：

占空比60%時(shí)的輸出電壓：

占空比80%時(shí)的輸出電壓：

波形分析：根據(jù)負(fù)載電壓計(jì)算公式：tontonU0?E?E??Eton?toffT

可知，在占空比分別為20％、40%、60%、80%是對(duì)應(yīng)的電壓輸出應(yīng)該為：

40v,80v,120v,160v,符合理論計(jì)算結(jié)果。

占空比40%時(shí)的輸出電流：

電流連續(xù)時(shí)的輸出電流：

波形分析：

在Mosfet導(dǎo)通期間，L上的電流增加，電感儲(chǔ)能增加；在Mosfet關(guān)斷期間，由于電感電流不能突變，故iL即負(fù)載電流通過二極管VD續(xù)流，電感上的能量逐步消耗在負(fù)載上，iL降低，L上的儲(chǔ)能減小。

電流連續(xù)時(shí)的二級(jí)管電流：

電流連續(xù)時(shí)的輸入電流：

波形分析：

輸入電流，在Mosfet導(dǎo)通期間，電源U通過電感L向負(fù)載傳遞能量，電感電流逐漸上升，直到Mosfet關(guān)斷為止。二極管電流，在Mosfet關(guān)斷期間，由于電感電流不能突變故iL通過二極管續(xù)流，電感上的能量逐步消耗在負(fù)載上，故電流逐漸減小。

4.2升壓變換器設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一升壓變換器，輸入電壓為3-6V，負(fù)載電阻為10歐姆，開關(guān)器件選用MOSFET，開關(guān)頻率40kHz,要求電流連續(xù)，根據(jù)上述要求完成主電路設(shè)計(jì)。

根據(jù)升壓變換器的工作原理，建立升壓變換器的仿真模型：

圖9 升壓變換電路

4.2.1 升壓變換器電路參數(shù)設(shè)計(jì)

由Mosfet構(gòu)成升壓斬波電路（Boost Chopper）工作原理的建模和參數(shù)設(shè)置：

（1）電壓源參數(shù)取U=6V。（2）Mosfet按默認(rèn)參數(shù)設(shè)置。（3）二極管按默認(rèn)參數(shù)設(shè)置。（4）負(fù)載參數(shù)取R=10 Ω。（5）電感參數(shù)L=1H。（5）電容參數(shù)C=0.01F。

（6）打開仿真參數(shù)窗口，選擇ode23tb算法，相對(duì)誤差設(shè)置為1e-03，開始仿真時(shí)間設(shè)置為0，停止仿真時(shí)間設(shè)置為0.2s；

（7）控制脈沖周期設(shè)置為0.02s,控制脈沖占空比設(shè)為60%。

控制脈沖：

4.1.2 升壓變換器仿真波形

參數(shù)設(shè)置完畢后，啟動(dòng)仿真，得到如下仿真結(jié)果：

升壓變換器的輸出電壓：

電流連續(xù)時(shí)二極管電流：

電流連續(xù)時(shí)輸入電流：

波形分析：

在Mosfet導(dǎo)通期間，電源U向電感L充電，充電電流iL基本為iL，電感儲(chǔ)能，此時(shí)負(fù)載由C供電。在Mosfet關(guān)斷期間，因電感電流不能突變，電感通過VD向電容，負(fù)載供電。

電流連續(xù)時(shí)流過Mosfet的電流：

保持其他參數(shù)不變，只改變電感的值，分別取電感為10H，1H，0.1H，可得到如下波形：

L=0.1H

L=1H

L=0.1H

波形分析：

在保持其他參數(shù)，只改變電感值的情況下，如果電感太大，會(huì)使電感在Mosfet導(dǎo)通期間儲(chǔ)存的能量與關(guān)斷期間所釋放的能量相等的關(guān)系不能快速的建立起來，所以電感太大，需要更長的時(shí)間才能是輸出穩(wěn)定；但如果電感太小，在上電瞬間，會(huì)使電感上儲(chǔ)存的能量過大，不能及時(shí)釋放，使得輸出過高，出現(xiàn)超調(diào)。

第五章 總結(jié)

1.直流斬波電路可將直流電壓變換成固定的或可調(diào)的直流電壓，使用直流斬波技術(shù)，不僅可以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的功能，而且還可以達(dá)到改善網(wǎng)側(cè)諧波和提高功率因數(shù)的目的。直流斬波技術(shù)主要應(yīng)用于已具有直流電源需要調(diào)節(jié)直流電壓的場合。

2.直流變換電路主要以全控型電力電子器件作為開關(guān)器件，通過控制主電路的接通與斷開，將恒定的直流斬成斷續(xù)的方波，經(jīng)濾波后變?yōu)殡妷嚎烧{(diào)的直流輸出電壓。利用Simulink對(duì)降壓斬波電路和升降壓斬波的仿真結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)分析，與采用常規(guī)電路分析方法所得到的輸出電壓波形進(jìn)行比較，進(jìn)一步驗(yàn)證了仿真結(jié)果的正確性。

3.采用Matlab/Simulink對(duì)直流斬波電路進(jìn)行仿真分析，避免了常規(guī)分析方法中繁瑣的繪圖和計(jì)算過程，得到了一種較為直觀、快捷分析斬波電路的新方法。同時(shí)其建模方法也適用于其他斬波電路的方針，只需對(duì)電路結(jié)構(gòu)稍作改變即可實(shí)現(xiàn)，因此實(shí)用性較強(qiáng)。

4.應(yīng)用Matlab/Simulink進(jìn)行仿真，在仿真過程中可以靈活改變仿真參數(shù)，并且能直觀的觀察到仿真結(jié)果隨參數(shù)的變化情況，方便學(xué)習(xí)與研究。

第六章 心得體會(huì)

本次設(shè)計(jì)中我查閱了相關(guān)書籍、資料，首先對(duì)直流斬波電路有了大致的掌握，直流變換電路主要以全控型電力電子器件作為開關(guān)器件，通過控制主電路的接通與斷開，將恒定的直流斬成斷續(xù)的方波，經(jīng)濾波后變?yōu)殡妷嚎烧{(diào)的直流輸出電壓。

進(jìn)一步復(fù)習(xí)了直流斬波電路的基本類型，包括降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路等，理解了其工作原理，熟悉其原理圖及工作時(shí)的波形圖，掌握了這幾種電路的輸入輸出關(guān)系、電路解析方法、工作特點(diǎn)，并在理解的基礎(chǔ)上能對(duì)直流斬波電路進(jìn)行分析計(jì)算，加深了對(duì)直流斬波電路的掌握及應(yīng)用。

通過使用Matlab的可視化仿真工具Simulink對(duì)升降壓斬波Boost—Buck電路建立仿真模型，我更加熟悉了仿真庫里的原器件，增強(qiáng)了畫圖能力，使用SCOPES（示波器），可以在運(yùn)行方針時(shí)簡明地觀察到仿真結(jié)果，還可將多個(gè)結(jié)果放在一起以便對(duì)比，使我體會(huì)到了Matlab的可視化仿真工具Simulink的功能的齊全及使用的便捷。同時(shí)在仿真建模的基礎(chǔ)上對(duì)升降壓斬

波Boost—Buck電路進(jìn)行了詳細(xì)的仿真分析，將仿真波形與常規(guī)分析方法得到的結(jié)果進(jìn)行比較，提高了我設(shè)計(jì)建模的能力、分析總結(jié)能力及加強(qiáng)了對(duì)Matlab/Simulink軟件的熟練程度。

總之，通過這次基于MATLAB的升壓-降壓式變換器的仿真的設(shè)計(jì)，我無論在理論分析上還是在建模仿真上都是受益頗多，體會(huì)到了Matlab軟件在電力電子技術(shù)學(xué)習(xí)和研究中的應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)它也是能讓我們將理論與實(shí)踐相結(jié)合、將所學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化聯(lián)系在一起的很好的工具，經(jīng)過仿真能使所學(xué)的概念理解的更清晰、知識(shí)掌握的更牢固。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王兆安、黃俊．電力電子技術(shù)．機(jī)械工業(yè)出版社，2009．6 [2] 王忠禮、段慧達(dá)、高玉峰．MATLAB應(yīng)用技術(shù)—在電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)中的應(yīng)用．清華大學(xué)出版社，2007．1 [3] 王輝、程坦．直流斬波電路的Matlab/Simulink仿真研究．現(xiàn)代電子技術(shù)，2009．5：174-175

第二篇：電力電子實(shí)習(xí)報(bào)告

電力電子實(shí)習(xí)報(bào)告

題 目：指導(dǎo)教師：班 級(jí)：學(xué) 號(hào)：姓 名：日 期：可控硅單結(jié)晶體管觸發(fā)

電路的裝接與調(diào)試

2011.5.由于老師要求文字部分手寫，這里只提供了電路圖，電路板焊接圖和3D模型及實(shí)物

第三篇：電力電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告范文

課題名稱

電力電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告

學(xué)校：哈爾濱理工大學(xué) 榮成 院系：電氣信息系 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名：

指導(dǎo)教師 ：

2010年 月

日 ：采用自關(guān)斷器件的單相交流調(diào)壓電路研究

哈爾濱理工大學(xué)榮成電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

目錄

第一章：引言...........................................1。.1

簡述...........................................1。.2指標(biāo)內(nèi)容及要求...........................................1。.3主電路原理及設(shè)計(jì)...........................................第二章：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容........................................2

第三章：實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成及工作原理..........................3

第四章：實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器..................................4

第五章：實(shí)驗(yàn)方法........................................4

第六章：思考及心得體會(huì)..................................6

第一章

引言

一

簡述

電力電子技術(shù)是研究采用電力電子器件實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的換和控制的科學(xué)，是20世紀(jì)50年代誕生，70年代迅速發(fā)展起來的一門多學(xué)科互相滲透的綜合性技術(shù)學(xué)科。這些技術(shù)包括以節(jié)約能源、提高照明質(zhì)量為目的的綠色照明技術(shù)；以節(jié)約能源、提高運(yùn)行可靠性并更好地滿足產(chǎn)要求為目的的交流變頻調(diào)速技術(shù)，以提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可控制性為目的，并可有效節(jié)能的靈括（柔性）交流輸電技術(shù)等等。隨著電力半導(dǎo)體制造技求、徽電子技術(shù)、汁算機(jī)技術(shù)，以及控制理論的不斷進(jìn)步．電力電子技求向著大功率、高頻化及智能化方向發(fā)展，應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)⒏訌V闊。二

指標(biāo) 內(nèi)容及要求 見第二章

三

主電路的原理及設(shè)計(jì) 1 交流調(diào)壓電路

如果在交流電源和負(fù)載之間之間用兩個(gè)晶間管反并聯(lián)后串聯(lián)到交流電路中，通過對(duì)晶閘管的控制就可以控制交流電力。這種電路不改變交流電的頻率，稱為交流電力控制電路。在每半個(gè)周波內(nèi)通過對(duì)晶間管開通相位的控制，以方便地調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值，這種電路稱為交流調(diào)壓電路。這種電路還用干對(duì)無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。此外，在高電壓小電流或低電壓大電流直流電源中，也常采用交流調(diào)壓電路調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。采用晶閘管相控整流電路，高電壓小電流可控直流電源就需要很多晶閘管串聯(lián)；同樣，低電壓大電流直流電源需要很多晶閘管并聯(lián)，這都是十分不經(jīng)濟(jì)的。采用交流調(diào)壓電路在變壓器一次側(cè)調(diào)壓，其電壓電流值都不太大也不太小，在變壓器二次側(cè)只要用二極管整流就可以了。但這種交流調(diào)壓電路控制方便，體積小、投資省計(jì)制造簡單。因此廣泛應(yīng)用于需調(diào)溫的工頻加熱、燈光調(diào)節(jié)及風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的異步電機(jī)調(diào)速等場合。

圖3．2所示的就是一種采用晶閘管為主開關(guān)元件的單相交流調(diào)壓電路圖，這種交流調(diào)壓電路的主電路僅由一對(duì)反并聯(lián)的晶閘管或一只雙向晶閘管構(gòu)成。2 交流調(diào)壓電路控制方式

交流調(diào)壓電路的控制方式有三種：①整周波通斷控制；②相位控制：②斬波控制。在 整周波通斷控制方式中．晶閘管是作為交流開關(guān)使用的，它把負(fù)載與電源接通幾個(gè)周波，再斷開幾個(gè)周波，通過改變通斷比來改變負(fù)載k的電壓有效值。相位控制時(shí)，在電源電壓 上、下半波的某一相位分別導(dǎo)通VI、VZ晶閘管，改變控制角即可改變負(fù)載接通電壓的時(shí) 間，從而達(dá)到調(diào)壓的目的。斬波控制方式時(shí)，晶閘管要帶有強(qiáng)迫關(guān)斷電路或采用IGBT等 可自關(guān)斷器件，在每個(gè)電壓周波中，開關(guān)元件多次通斷，使電壓斬波成多個(gè)脈沖，改變導(dǎo) 通比即可實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。三種控制方式的輸出電壓波形如圖3．l所示、相位控制交流調(diào)壓又稱 相控調(diào)壓，是交流調(diào)壓中的基本控制方式，應(yīng)用最廣。

交流調(diào)壓電路的輸出仍是同頻率的交流電，原則上可應(yīng)用于一切需要調(diào)壓的交流負(fù)載，也可通過變壓器再調(diào)壓。交流調(diào)壓器是通過改變電壓波形來實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的，因此輸出的電壓波形不再是完整的正弦波，諧波分量較大。

本實(shí)驗(yàn)就是對(duì)自關(guān)斷器件的單相交流調(diào)壓電路進(jìn)行研究，目的是是同學(xué)們熟悉采用自管段器件的單相交流調(diào)壓電路的工作原理、特點(diǎn)、波形分析與適用場合，熟悉PWM專用集成電路的組成、功能、工作原理與使用方法，同學(xué)們四人一組，分工合作，增加同學(xué)們的團(tuán)

隊(duì)意識(shí)。

第二章

1.PWM專用集成電路性能測試

2.控制電路相序與驅(qū)動(dòng)波形測試

3.帶與不帶電感時(shí)負(fù)載與MOS管兩端電壓波形測試

4.在不同占空比條件下，負(fù)載端電壓、負(fù)載端諧波與輸入電流的位移因數(shù)測試。

第三章

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成及工作原理

隨著自關(guān)斷器件的迅速發(fā)展，采用晶閘管遺相控制的交流調(diào)壓設(shè)備，已逐步采用自關(guān)斷器件（GTR、MOSFET、IGBT等）的交流調(diào)壓斬波所代替，與移相控制相比，斬波調(diào)壓具有下列優(yōu)點(diǎn)：

1）諧波幅值小，且最低次諧波頻率高，故可采用小容量濾波元件；

2）功率因數(shù)高，經(jīng)濾波后，功率因數(shù)接近為1.3）對(duì)其他用電設(shè)備的干擾小。因此，斬波調(diào)壓是一種很有發(fā)展前途的調(diào)壓方法，可用于馬達(dá)調(diào)速、調(diào)溫、調(diào)光等設(shè)備。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)以調(diào)光為例，進(jìn)行斬波調(diào)壓研究。

斬波調(diào)壓的主回路由MOSFET及反并聯(lián)的二極管組成雙向全控電子斬波開關(guān)。當(dāng)MOS管分別由脈寬調(diào)制信號(hào)控制其通斷時(shí)，則負(fù)載電阻Rl上的電壓波形如圖5-9b所示（輸出端不帶濾波環(huán)節(jié)時(shí)），顯然，負(fù)載上的電壓有效值隨脈寬信號(hào)的占空比而變，當(dāng)輸出環(huán)節(jié)由濾波環(huán)節(jié)時(shí)的負(fù)載端電壓波形如圖5-9C所示。

脈寬調(diào)制信號(hào)有專用集成芯片SG3525產(chǎn)生，有關(guān)SG3525的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能、工作原理與使用方法等可參閱雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?？刂葡到y(tǒng)中有變壓器T、比較器和或非門等組成同步控制電路以確保交流電源的2端為正時(shí)，MOS管VT1導(dǎo)通；而當(dāng)交流電源的1端為正時(shí)，MOS管VT2導(dǎo)通。

第四章

實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器

1.NMCL-K1實(shí)驗(yàn)掛箱

2.萬用表（自備）

3.雙蹤示波器（自備）

第五章

實(shí)驗(yàn)方法

1.SG3525性能測試

先按下開關(guān)s1.(1)輸出最大與最小占空比測量。PWM波形發(fā)生器的“1”和地。

2.控制電路相序與驅(qū)動(dòng)波形測試

將“PWM”波形發(fā)生器的1端與暫控式交流調(diào)壓電路的14端相連。將電位器RP左旋到底，用雙蹤示波器觀察并記錄下列各點(diǎn)波形：

（1）控制電路11、12與地間波形，應(yīng)仔細(xì)測量該波形是否對(duì)稱互補(bǔ)；

（2）控制電路的13、15與地端間波形；

（3）主電路的4與5及6與5端間波形；

3.不帶電感時(shí)負(fù)載與MOS管兩端電壓波形測試

將主電路的3與4短接，將UPW的電位器RP右旋到大致中間的位置，測試并記錄負(fù)載與MOS管兩端電壓波形

4.帶電感時(shí)負(fù)載與MOS管兩端電壓波形測試

將主電路的3與4不短接，將UPW的電位器RP右旋到大致中間位置，測試并記錄負(fù)載與MOS管兩端電壓波形

5.不同占空比D時(shí)的負(fù)載端電壓測試

實(shí)驗(yàn)中，將電位器RP從左至右旋轉(zhuǎn)4-5個(gè)位置，分別觀察并記錄SG3525的輸出端2端脈沖的占空比、負(fù)載端電壓大小與波形

6.不同占空比D時(shí)的負(fù)載端諧波大小的測試

分別觀察并記錄RP左旋與右旋到底時(shí)的負(fù)載端波形，從而判斷出占空比D大小對(duì)負(fù)載端諧波大小的影響。

7.輸入電流的位移因數(shù)測試

（1）將主電路的3、4兩端用導(dǎo)線端接，及不接入電感

（2）在不同占空比條件下，用雙蹤示波器同時(shí)觀察并記錄有2與1端和2與6端間波形。

第六章

思考題

1當(dāng)主電路接純電阻負(fù)載（即將電感短路）時(shí)，可見負(fù)載電壓波形存在死區(qū)，其產(chǎn)生的原因是什么？

答：PWM的上下橋臂的三極管是不能同時(shí)導(dǎo)通的。如果同時(shí)導(dǎo)通就會(huì)是電源兩端短路。所以，兩路觸發(fā)信號(hào)要在一段時(shí)間內(nèi)都是使三極管斷開的。因此電壓波形存在死區(qū)！

2.當(dāng)主電路接電感性負(fù)載時(shí)，在電壓的過零點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)一尖峰脈沖，其幅值隨占空比的增大而增大。試分析其產(chǎn)生的原因以及控制方法。

答：根據(jù)占空比越大電網(wǎng)的通斷時(shí)間越長，沖擊電流越大諧波分量越大，脈沖越強(qiáng)。

諧波電流對(duì)電網(wǎng)危害甚大，必須加以抑制。抑制和消除諧波有兩種基本途徑，一種是改進(jìn)電力電子裝置，減少注入電網(wǎng)的諧波，另一種是在電力電子裝置的側(cè)并聯(lián)LC無源濾波器，為諧波電流提供頻域諧波補(bǔ)償，或者用電力有源濾波器進(jìn)行時(shí)域諧波補(bǔ)償。下面就介紹相應(yīng)的諧波抑制對(duì)策：波形疊加法，LC無源濾波器，增加整流相數(shù)法，靜止無功補(bǔ)償法，有源電力濾波器補(bǔ)償法。

心得體會(huì)

1．態(tài)度 性格決定命運(yùn)，氣度影響格局，態(tài)度決定高度，細(xì)節(jié)決定成敗。對(duì)于參加課程設(shè)計(jì)的隊(duì)員，估計(jì)感受頗深。只有我們有豐富的經(jīng)驗(yàn)，豐富的知識(shí)，才能百分百的在到場上贏得勝利。從培訓(xùn)到競賽是一個(gè)漫長的過程，期間心態(tài)很重要，會(huì)遇到很多問題：訓(xùn)練師不懂的知識(shí)，軟硬將調(diào)不出來，隊(duì)員之間的矛盾，外界的壓力等。其中，最重要的是處理好隊(duì)員之間的矛盾和心態(tài):不懂的知識(shí)可以去學(xué)習(xí)；波形調(diào)不出來，只要有耐心，認(rèn)真分析就能找出原因；阻礙我們法杖的往往是自己的心胸，心胸開闊，善于接受意見和容忍別人的錯(cuò)誤，才能在培訓(xùn)中和設(shè)計(jì)中有所收獲。

2.積累課程設(shè)計(jì)要求較強(qiáng)的動(dòng)手能力，講理論轉(zhuǎn)換為實(shí)際的操作時(shí)競賽的必備條件。做課題時(shí)要合理分工，發(fā)揮各自的特長，嚴(yán)格按要求完成任務(wù)。學(xué)會(huì)看電路圖，我們找到很多的資料是電路分析的，就得自己看資料學(xué)習(xí)。尤其是做原理分析的，資料很多而且較復(fù)雜，資料以基本原理居多，可以借助一些綜合知識(shí)。

3.交流 包括和本組隊(duì)員之間，其他組之間，指導(dǎo)教師之間以及同愛好者之間。這里著重講教師及愛好者。教師有著豐富的理論知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，可以為

我們提供豐富的資料；網(wǎng)絡(luò)上更有豐富的資源，要做的東西網(wǎng)上均能找到相關(guān)內(nèi)容，這也是一個(gè)學(xué)習(xí)的過程，特別是在一些論壇里有著豐富的資源。

最后，向全體參與電力電子課程設(shè)計(jì)培訓(xùn)的老師說一聲：您辛苦了！，感謝你們

對(duì)我們的大力支持與幫助。

第四篇：電力變換技術(shù)復(fù)習(xí)要點(diǎn)

一、基本概念

1、AC/DC變換電路有哪幾種電路形式？

（1）二極管整流電路：單相半波、單相全波、單相橋式、三相半波、三相橋式；

（2）晶閘管整流電路：單相半波、單相全波、單相橋式半控、單相橋式全控、三相半波、三相橋式半控、三相橋式全控；

2、DC/DC變換器有哪幾種電路形式？

（1）單管不隔離DC-DC變換器（Buck、Boost、Buck--Boost、Cuk、Sepic、Zeta）

（2）隔離型Buck變換器----單端正激式DC-DC變換器

（3）隔離型Buck-Boost變換器----單端反激式變換器

3、單端反接式變換電路和單端正接式變換電路各有什么特點(diǎn)？

（1）單端正激變換器是在Buck變換器中插入隔離變壓器，實(shí)現(xiàn)電源側(cè)與負(fù)載側(cè)的電氣隔離，也使正激變換器的輸出電壓可高于電源電壓或低于電源電壓，還可實(shí)現(xiàn)多路輸出。

（2）單端反激式變換器在變壓器的一次側(cè)是Buck變換器，變壓器二次側(cè)是Boost變換器，也是一種隔離型直流變換器。單端反激式變換器中變壓器的磁通也只在單方向變化，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)電源將能量轉(zhuǎn)為磁能存儲(chǔ)在變壓器的電感中，當(dāng)開關(guān)管阻斷時(shí)再將磁能轉(zhuǎn)變成電能傳送給負(fù)載。

4、DC/AC變換器有哪幾種電路形式？

（1）電壓型單相半橋逆變電路

（2）電壓型單相全橋逆變電路

（3）電流型單相全橋逆變電路

（4）電壓型三相橋式逆變電路

5、功率器件的驅(qū)動(dòng)功率跟哪些因素有關(guān)？驅(qū)動(dòng)電路有哪些功能？

因素：柵極驅(qū)動(dòng)負(fù)、正偏置電壓的差值、柵極總電荷和工作頻率。

功能：將信息電子電路傳來的信號(hào)按照其控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號(hào)。采用性能良好的驅(qū)動(dòng)電路，可使電力電子器件工作在較理想的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時(shí)間，減小開關(guān)損耗，對(duì)裝置的運(yùn)行效率、可靠性、安全性都有重要意義。驅(qū)動(dòng)電路還提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)。

6、緩沖電路有哪幾種形式？其作用是什么？

形式：

1、電容C緩沖電路

2、阻容RC3、RCD（上下橋臂共用一個(gè)）

4、RCD（每個(gè)橋臂并聯(lián)一個(gè)）作用：抑制電力電子器件的內(nèi)因過電壓或者過電流，減小器件的開關(guān)損耗。采用性能良好的緩沖電路，可使MOSFET或IGBT工作在較理想的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時(shí)間，減小開關(guān)損耗，對(duì)裝置的運(yùn)行效率、可靠性、安全性都有重要意義。

7、什么叫硬開關(guān)？什么叫軟開關(guān)？什么叫開關(guān)損耗？

（1）硬開關(guān)：開關(guān)損耗大、感性關(guān)斷電壓尖峰大、容性開通電流尖峰大、電磁干擾嚴(yán)重

（2）軟開關(guān)：零電壓開關(guān)和零電流開關(guān)統(tǒng)稱軟開關(guān)，用來防御對(duì)電子設(shè)備的電磁干擾

（3）開關(guān)損耗：導(dǎo)通損耗和關(guān)斷損耗統(tǒng)稱開關(guān)損耗。

第五篇：電力電子實(shí)習(xí)報(bào)告2.

任務(wù)提出與方案論證

現(xiàn)在, 人們?cè)絹碓阶⒁庥秒姲踩痛蛟旃?jié)約型社會(huì), 因此, 那種大小可調(diào)的直流電源越 來越受到人們的重視。此次設(shè)計(jì)的任務(wù)就是設(shè)計(jì)一個(gè)基于單相橋式半控整流電路的可調(diào)直流 電源。

1.1 設(shè)計(jì)要求

1、電源電壓:交流 220V/50Hz

2、輸出電壓范圍:20V-50V(40V

3、最大輸出電流:10A

4、具有過流保護(hù)功能,動(dòng)作電流:12A

5、具有穩(wěn)壓功能

6、電源效率不低于 70% 1.2 方案的論證與設(shè)計(jì)

觸發(fā)電路是本電路的核心部分, 也是一個(gè)難點(diǎn)。晶閘管觸發(fā)主要有移相觸發(fā)、過零觸發(fā)和脈沖列調(diào)制觸發(fā)等。觸發(fā)電路對(duì)其產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖有如下要求:(1觸發(fā)電路的觸發(fā)信號(hào)必須在晶閘管門極伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)。同時(shí)要 求脈沖功率不超過允許瞬時(shí)最大功率限制線和平均功率限制線。

(2觸發(fā)脈沖應(yīng)具有一定的寬度和幅度,觸發(fā)脈沖消失前,陽極電流應(yīng)能上 升至擎住電流,保證晶閘管可靠開通。

(3觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽極電壓同步,脈沖移相范圍必須滿足電路要 求。

(4觸發(fā)脈沖與主電路電源必須同步。為了使晶閘管在每一個(gè)周期都以相同 的控制角 被觸發(fā)導(dǎo)通, 觸發(fā)脈沖必須與電源同步, 兩者的頻率應(yīng)該相同, 而且 要有固定的相位關(guān)系,以使每一周期都能在同樣的相位上觸發(fā)。

對(duì)觸發(fā)電路的選擇有以下二種方案: 方案一:單結(jié)晶體管移相觸發(fā)電路

單結(jié)晶體管構(gòu)成的觸發(fā)電路由自激振蕩、同步電源、移相、脈沖形成等部分 組成。電路如圖 1-1所示 : 圖 1-1單結(jié)晶體管移相觸發(fā)電路圖

對(duì)于此電路, 改變電位器 RP 的數(shù)值可以調(diào)節(jié)輸出脈沖電壓的頻率。但是(RV1+RS 的阻值不能太小,否則在單結(jié)晶體管導(dǎo)通之后,電源經(jīng)過 RV1和 RS 供給的電流較大, 單結(jié)晶體管的電流不能降到谷點(diǎn)電流之下, 電容電壓始終大于 谷點(diǎn)電壓,因此,單結(jié)晶體管就不能截止,造成單結(jié)晶體管的直通現(xiàn)象。當(dāng)然,(RV1+RS 的阻值也不能太大,否則充電太慢,使晶閘管的最大導(dǎo)通角受到限 制,減小移相范圍。一般(RV1+RS 是幾千歐到幾十千歐。

單結(jié)晶體管觸發(fā)電路輸出的脈沖電壓的寬度, 主要決定于電容器放電的時(shí)間 常數(shù)。R1或 C2太小,放電快,觸發(fā)脈沖的寬度小,不能使晶閘管觸發(fā)。因?yàn)榫?閘管從阻斷狀態(tài)到完全導(dǎo)通需要一定時(shí)間,一般在 10uf 以下,所以觸發(fā)脈沖的 寬度必須在 10uf 以上。但是,若 C2值太大,由于充電時(shí)間常數(shù)(RV1+RS C2的最小值決定于最小控制角,則(RV1+RS 就必須很小,如上所述,這將引起 單結(jié)晶體管的直通現(xiàn)象。如果 R1太大,當(dāng)單結(jié)晶體管尚未導(dǎo)通時(shí),其漏電流就 可能在 R1上產(chǎn)生較大的電壓,這個(gè)電壓加在晶閘管的控制極上而導(dǎo)致誤觸發(fā)。方案二:鋸齒波垂直移相相控觸發(fā)電路

輸出可為雙窄脈沖(適用于有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通的電路 ,也可為單窄脈 沖。五個(gè)基本環(huán)節(jié):同步環(huán)節(jié)、鋸齒波的形成和脈沖移相、脈沖的形成與放大。1.3 方案的確定

經(jīng)過全方位的對(duì)比, 使電路的設(shè)計(jì)更加合理化, 切合技術(shù)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn), 覺得 使用方案二比較好?？傮w設(shè)計(jì)

晶閘管相控整流電路中隨著觸發(fā)角α的增大,電流中諧波分量相應(yīng)增大, 因此功率因素很低。把逆變電路中的 SPWM 控制技術(shù)用于整流電路, 就構(gòu)成了 PWM 整流電路。通過對(duì) PWM 整流電路的適當(dāng)控制, 可以使其輸出電流非常接近正弦波, 且和輸入電壓同相位,功率因素近似為 1。

2.1 總體設(shè)計(jì)框圖

電路組成包括電源模塊、控制電路、觸發(fā)電路以及過流保護(hù)電路, 如圖 2-1所示。

圖 2-1電路組成框圖 2.2 方框圖的論述 各部分功能: 控制電路:綜合系統(tǒng)信息進(jìn)行處理, 產(chǎn)生和負(fù)載所需電壓相適應(yīng)的相位控制 信號(hào)

同步電路:獲得與交流源同步的正弦交流信號(hào) , 確定各元件自然換相點(diǎn)和移 相范圍

移相控制電路:由相位控制信號(hào)和同步信號(hào)結(jié)合,產(chǎn)生移相脈沖信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路:移相脈沖信號(hào)進(jìn)行整形處理 , 產(chǎn)生所需的觸發(fā)脈沖信號(hào) 詳細(xì)設(shè)計(jì)及仿真

在本章節(jié)當(dāng)中,將對(duì)本設(shè)計(jì)中各單元電路的具體設(shè)計(jì)方案、元器件的選擇 作進(jìn)一步論述。3.1主電路的設(shè)計(jì)

主電路主要包括單相橋式半控整流電路,其結(jié)構(gòu)如圖 3-1所示。

圖 3-1 單相橋式半控整流電路 3.1.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理(1晶閘管的結(jié)構(gòu)

晶閘管內(nèi)部是 PNPN 四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),分別命名為 P1、N1、P2、N2四個(gè)區(qū)。P1區(qū)引 出陽極 A , N2區(qū)引出陰極 K , P2區(qū)引出門極 G。四個(gè)區(qū)形成 J1、J2、J3三個(gè) PN 結(jié)。如果 正向電壓加到器件上,則 J2處于反向偏置狀態(tài),器件 A、K 兩端之間處于阻斷狀態(tài),只能 流過很小的漏電流;如果反向電壓加到器件上,則 J1和 J3反偏,該器件也處于阻斷狀態(tài), 僅有極小的反向漏電流通過。

(2晶閘管的工作原理

晶閘管導(dǎo)通的工作原理可以用雙晶體管模型來解釋, 如圖 2-3所示。如在器件上取一傾 斜的截面,則晶閘管可以看作由 P1N1P2和 N1P2N2構(gòu)成的兩個(gè)晶體管 V1、V2組合而成。如果外電路向門極注入電流 IG ,也就是注入驅(qū)動(dòng)電流,則 IG 流入晶體管 V2的基極。即產(chǎn) 生集電極電流 Ic2,它構(gòu)成晶體管 V1的基極電流,放大成集電極電流 Ic1,又進(jìn)一步增大 V2的基極電流, 如此形成強(qiáng)烈的正反饋, 最后 V1和 V2進(jìn)入完全飽和狀態(tài), 即晶閘管導(dǎo)通。此時(shí)如果撤掉外電路注入門極的電流 IG ,晶閘管由于內(nèi)部已形成了強(qiáng)烈的正反饋會(huì)仍然維 持導(dǎo)通狀態(tài)。而若要使晶閘管關(guān)斷,必須去掉陽極所加的正向電壓,或者給陽極施加反壓, 或者設(shè)法使流過晶閘管的電流降低到接近于零的某一數(shù)值以下, 晶閘管才能關(guān)斷。所以, 對(duì) 晶閘管的驅(qū)動(dòng)過程更多的是成為觸發(fā),產(chǎn)生注入門極的觸發(fā)電流 IG 的電路稱為門極觸發(fā)電 路。也正是由于通過其門極只能控制其開通, 不能控制其關(guān)斷, 晶閘管才被稱為半控型器件。