buck變換器實(shí)現(xiàn)及調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐(編輯修改稿)
2025-07-26 19:25 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 器的工作原理和各種模型 Buck變換器介紹 電力電子器件組成的直流斬波電路，能產(chǎn)生穩(wěn)定的大范圍可調(diào)的直流電源，在現(xiàn)代生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有三種：保持開(kāi)關(guān)周期Ts不變，調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間Ton，稱為脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation,縮寫(xiě)為PWM）；保持開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間Ton不變，改變開(kāi)關(guān)周期Ts,稱為頻率調(diào)制或調(diào)頻型；Ton和Ts都可調(diào)，使占空比改變，稱之為混合型。 Buck電路就是DC/DC變換的一種。Buck變換器又稱降壓變換器、串聯(lián)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源、三端開(kāi)關(guān)型降壓穩(wěn)壓器。其輸出平均電壓Uo小于輸入電壓Ui，極性相同。 Buck變換器電路拓?fù)?T是全控元件(GTR,GTO,MOSFET,IGBT)D：續(xù)流二極管，L和C組成LPF。 降壓斬波電路的原理圖當(dāng)t∈[0—DT]時(shí),控制信號(hào)使得T導(dǎo)通,D截止,向L充磁,向C充電； 當(dāng)t∈[DTT] 時(shí),T截止,D續(xù)流,U0靠C放電和L中電流下降維持。至一個(gè)周期Ts結(jié)束，再驅(qū)動(dòng)T導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過(guò)程。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)是，負(fù)載電流在一個(gè)周期的初值和終值相等。負(fù)載的電的平均值為：（其中Ton為V處于導(dǎo)通的時(shí)間，T為開(kāi)關(guān)周期）由上式可知，輸出到負(fù)載的電壓平均值Uo最大為E,若減小占空比，Uo將隨之減小，因此該電路稱為將壓斬波電路，也稱為Buck變換器（Buck converter）負(fù)載電流平均值為：若負(fù)載重L值較小，則在T關(guān)斷后，負(fù)載電流可能會(huì)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Uo平均值會(huì)被抬高，一般不希望出現(xiàn)電流斷續(xù)的情況。 PWM控制的基本原理 PWM（Pulse Width Modulation）控制——脈沖寬度控制技術(shù)，通過(guò)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值）。PWM控制技術(shù)在逆變電路中應(yīng)用最廣，生產(chǎn)中應(yīng)用的逆變電路絕大部分是PWM型，PWM控制技術(shù)正是依賴在逆變中的應(yīng)用，才確定在電力電子技術(shù)中的主導(dǎo)地位。其基本等效原理是：沖量相等而不相同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。沖量指窄脈沖的面積。效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。 第四章MATLAB仿真模型的建立 MATLAB 仿真軟件介紹simulink是一個(gè)用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包。它支持線性和非線性系統(tǒng)連續(xù)和離散時(shí)間模型，或者是兩者的混合。 在建模上，simulink提供了一個(gè)圖形化的用戶界面(GUI)，可以用鼠標(biāo)點(diǎn)擊拖拉模塊的圖標(biāo)建模。從建模角度講，既適于自上而下（Topdown）的設(shè)計(jì)流程（概念、功能、系統(tǒng)、子系統(tǒng)直至器件），又適于自下而上（Bottomup）的逆程設(shè)計(jì)。 在MATLAB中，可直接在simulink環(huán)境中運(yùn)作的工具包很多，覆蓋通信、控制、信號(hào)處理、DSP、電力系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域，所涉內(nèi)容專業(yè)性極強(qiáng)。同時(shí)由于可以利用其進(jìn)行仿真，為科學(xué)實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了極大的方便，促進(jìn)了其進(jìn)一步發(fā)展。本實(shí)驗(yàn)主要采用MATLAB_R2009a版，在simulink中簡(jiǎn)單仿真BUCK電路模型、直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)模型，并進(jìn)行仿真運(yùn)行，調(diào)節(jié)觀測(cè)控制參數(shù)。 Buck電路模型的搭建 Buck電路的開(kāi)環(huán)仿真模型，電容30μF，輸入電壓15V時(shí)實(shí)驗(yàn)仿真得到的波形如下：%時(shí)發(fā)
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