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直流斬波電路的設計與仿真 畢業(yè)設計論文(文件)

2024-12-25 16:36 上一頁面

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【正文】 ,電流為 2i 。電力電子課程設計 13 從圖 1中可以看出,采用 PWM 方式控制兩個主開關(guān)管 T。由 NPN型改為 PNP 型,顯然 T。來控制電路的工作狀態(tài),現(xiàn)在是通過 T 、 T 來控制, T。 工作模式的分析假設所用電力電子器件理想、電感和電容均為無損耗的理想儲能元件以及不計線路阻抗,且變換器始終處于電流連續(xù)的狀態(tài)。因此,處于降壓工作模式的變換器等效于 Buck變換器,相應的電壓變換關(guān)系為: ??iUU0 ( 1) 式中: Ui —— 輸入電壓; Uo—— 輸出電壓; T的占空比。因此,處于升壓工作模式的變換器等效于 Boost變換器,相應的電壓變換關(guān)系為: ???1 10iUU ( 2) 式中: Ui—— 輸入電壓; Uo—— 輸出電壓; ? T2 的占空比。因此, L是該 DC/ DC變換器的關(guān)鍵元件,其參數(shù)的選取直接影響到變換器能否正常工作。由于 min? ,max?分 別代表了 L在兩種工作模式下的極端工作狀態(tài),因此可以通過分別計算這兩個工作狀態(tài)下的電感量,并取其中的大者作為 L的設計參數(shù),則 L就能同時滿足兩種工作 模式的要求。由于變換器采用的是兩個開關(guān)管的配合控制,兩種不同的工作模式就對應兩種 不同的 PWM開關(guān)方案,因此必須設計相應的控制邏輯分配單元來實現(xiàn)這兩種開關(guān)方案,這在圖 2中以 PWM 控制單元表示。電壓環(huán)的作用是穩(wěn)定輸出電壓,在 輸入電壓或負載擾動作用下保證輸出穩(wěn)定。 PWM波產(chǎn)生電路負責兩種 PWM開關(guān)方案的 實現(xiàn),以滿 足變換器降壓工作模式和升壓工作模式的要求。當電流調(diào)節(jié)器輸出電壓低于 5 V時,比較器 IC 與三角波有交點, 輸出 PWM 波,該波形用于驅(qū)動 T ,而比較器 IC4與三角波沒 有交點,故無脈沖輸出, T2截止;當電流調(diào)節(jié)器輸出電壓高于 5 V時,比較器 IC4與三角波有交點,輸出PWM 波,該波形用于驅(qū)動 T ,而比較器 IC 輸出高電平, T 1處于全導通狀態(tài);而且,降壓工 作模式和升壓工作模式的切換是平滑過渡的。 四. 測試結(jié)果 根據(jù)上述控制原理和實現(xiàn)方案,研制出采用該 DC/ DC變換器作為主變換電路的直流開關(guān)電源 (主要設計條件與要求:輸入電壓 l2~ 4O V、輸出電壓 28 V、額定功率200 W 及效率≥ 85 %等 )。 (2)采用電壓、電流雙閉環(huán)控制方式,獲得較高的穩(wěn)態(tài)精度和良好的動態(tài)性能。 五. 直流斬波電路的建模與仿真 仿真模型及參數(shù)設置 (1)由 IGBT 構(gòu)成直流降壓斬波電路 (Buck Chopper)的建模和參數(shù)設置 圖 2 為由 IGBT 組成的 Buck 直流變換器仿真模型, IGBT 按默認參數(shù)設置,并取消緩沖電路,即 Rs=5 ΩQ, Cs=0;電壓源參數(shù)取 Us=200 V, E=80 V;負載參數(shù)取 R=10 Ω, L=5 mH。當 D= 時, U。 圖 4 給出了由 IGBT 元件組成的升降壓斬波電路仿真模型, IGBT 按默認參數(shù)設置并取消緩沖電路,負載 R= 50 Ω, C= 3e- 05 F,電感支路 L= 5 mH。利用 Simulink對降壓斬波電路和升降壓斬波的仿真結(jié)果進行了詳細分析,與采用常規(guī)電路分析方法所得到的輸出電 壓波形進行比較,進一步驗證了仿真結(jié)果的正確性。 這次課程設計終于順利完成了,在設計中遇到了很多編程問題,最后在楊巧玲老師的辛勤指導下,終于游逆而解。通過在實驗室測得的波形和仿真的波形進行對比,雖然存在一些差異,但是基本上還是一致的。 最后,感謝老師的耐心指導 和同組同學的大力支持,使我在本次設計中將遇到的問題都解決了,順利的完成了本次課程設計,并從中學習到了更多的知識。平時在學習中不能夠透徹理解的知識,通過動手,會有更好的認知。 BOOST 和 CUK 電路在電力電子學習中就是非常重要典型的電路,通過這次的仿真和實驗室實際測量,對兩個電路的特點,優(yōu)缺點有了更加深刻的理解。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的,只有理論知識是遠遠不夠的,只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來,從理論 中得出結(jié)論,才能真正為社會服務,從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。 電力電子課程設計 23 從圖 5 可以看出,負載上電壓分別為 100 V, 33 V, 300 V,滿足與升降壓斬波理論 分析吻合。 Ud,為升壓變換; 當 D0. 5 時, u。參數(shù)設置完畢后,啟動仿真,得到圖 3 的仿真結(jié)果。 (4)僅有一個儲能電感,具有可靠性高、效率高、體積小及質(zhì)量輕等特點。測試結(jié)果表明,該直流開關(guān)電源具有良好的穩(wěn) 態(tài)性能和動態(tài)特性,各項主要技術(shù)指標達到或超過衛(wèi)星儲能/姿控 兩用飛輪能量回饋系統(tǒng)研制項目所規(guī)定的指標要求。為了提高系統(tǒng)的可靠性,還設計了故障檢測與保護電路,包括過流保護、過壓保護、過熱保護等。如圖 3所示,電流調(diào)節(jié)器輸出送到比較器 IC 、 IC2同相端,由一個三角波發(fā)生器產(chǎn)生 的三角波送到反相端,兩路信號相比較疊加獲得 PWM 波。由于電壓調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的給定,故電壓調(diào)節(jié)器的限幅值決定了電流調(diào)節(jié)器的最大輸出 電流。 電力電子課程設計 17 控制電路由兩級 PI調(diào)節(jié)器、 PWM 波產(chǎn)生電路、驅(qū)動電路、故障檢測與保護電路等組成。控制系統(tǒng)采電力電子課程設計 16 用電壓、電流雙閉環(huán)串級控制結(jié)構(gòu),外環(huán)是電壓環(huán),內(nèi)環(huán)是電流環(huán)。電力電子課程設計 15 所以,根據(jù)公式( 1)maxU, Uo,可以得到 T1 的最小占空比 min? ;根據(jù)公式 (2)、minU 和 Uo ,可以得到 T。的配合控制獲得降壓工作模式和升壓工作模式,從而實現(xiàn)升降壓功能和正極性輸出。此時,變換器與Boost變換器相 . 比多了一個全導通的開關(guān)管 T。 1. 2. 1 降壓工作模式當 T 截止, T 以 PWM 方式工作,變換器處于 降壓工作模式。稱為升壓斬波主開關(guān)、 T。這樣,原本通過控制 T。為了實現(xiàn)兩路控制信號共地,也只能選用功率晶體管。 穩(wěn)態(tài)時,一個周期 T 內(nèi)電感 L 兩端電壓 Lu 對時間的積分為零,即 ? ?? ?????T of fonTt of fLt onLL tuEtdtudtudtu onon0 0)(0 )( 0 所以輸出電壓為: EEtT tEttu oNonof fon ??????? 10 ( ont 為 V 處于通態(tài)的時間, oft 為 V 處于斷態(tài)的 時間)
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