【正文】 從畢業(yè)設(shè)計(jì)選題到設(shè)計(jì)完成， 許 老師給予了我耐心指導(dǎo)與細(xì)心關(guān)懷，有了 許 老師耐心指導(dǎo)與細(xì)心關(guān)懷我才不會(huì)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中迷失方向，失去前進(jìn)動(dòng)力。 歷經(jīng)了幾個(gè)月的奮戰(zhàn)，我感慨萬(wàn)千，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我加深了我對(duì)直流斬波電路和認(rèn)識(shí)，學(xué)到許多軟件方面的知識(shí)。在 電路仿真的 初期，由于經(jīng)驗(yàn) 不足 ，覺(jué)得無(wú)從下手，經(jīng)過(guò)導(dǎo)師 悉心 的指導(dǎo)，我 對(duì)電路仿真 漸漸有了頭緒 ，也有了興趣 ，通過(guò) 先前 對(duì) 資料 分析 ，逐漸 掌握電路的仿真原理和技巧，其他問(wèn)題也迎刃而解。在大家的幫助下，困難一個(gè)一個(gè)解決掉，論文也慢慢成型。 在搜集資料的過(guò)程中，我認(rèn)真準(zhǔn)備了一個(gè)筆記 本。從最初的茫然，到慢慢的進(jìn)入狀態(tài)，再到對(duì)思路逐漸的清晰，整個(gè)寫(xiě)作過(guò)程難以用語(yǔ)言來(lái)表達(dá)。仿真時(shí)間設(shè)為 5ms，算法采用 ode45s。啟動(dòng)仿真，仿真波形如下圖所示 : 圖 Cuk 斬波電路 的仿真波形 圖 通過(guò) Cuk 斬波電路與升降壓斬波電路相比較，我們不難發(fā)現(xiàn)輸出電壓的表達(dá)式都是相同的，只不過(guò) Cuk 斬波電路的輸入電源電流和輸出負(fù)載電流都是連續(xù)的而升壓斬波電路的輸入電源電流和負(fù)載電流都是斷續(xù)的，并且 Cuk 斬波電路的輸出電壓脈動(dòng)很小，有利于對(duì)輸入、輸出進(jìn)行濾波。啟動(dòng)仿真，仿真波形如下圖所示： 圖 α ＝ 1/3 的仿真波形 圖 當(dāng)把脈沖發(fā)生器的脈沖寬度設(shè)為 60%時(shí)，導(dǎo)通比 α 為 3/5,因此該電路作升壓斬波電路，輸出電壓 oU 應(yīng)為 300V，設(shè)置仿真時(shí)間為 ,算法采用 ode45s。 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)論文 27 圖 升壓斬波電路的仿真波形 圖 觀察仿真結(jié)果，從圖中可以看輸出電壓在 200V左右，滿(mǎn)足關(guān)系式o n o ffoo ff o fftt TU E Ett???。模型中連接了示波 器，用于觀察線(xiàn)路中各部分電壓和電流波形。 7）應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)（包括用戶(hù)界面） 在開(kāi)發(fā)環(huán)境中，使用戶(hù)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。允許用戶(hù)編寫(xiě)可以和 MATLAB 進(jìn)行交互的 C 或 C++語(yǔ)言程序。 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)論文 24 5）應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱 MATLAB 對(duì)許多專(zhuān)門(mén)的領(lǐng)域都開(kāi)發(fā)了功能強(qiáng)大的模塊集和工具箱?？捎糜诳茖W(xué)計(jì)算和工程繪圖。 MATLAB 的這些函數(shù)集包括從最簡(jiǎn)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)。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(hù)所需的 各種計(jì)算功能。新版本的 MATLAB 語(yǔ)言是基于最為流行的 C＋＋語(yǔ)言基礎(chǔ)上的，因此語(yǔ)法特征與 C＋＋語(yǔ)言極為相似，而且更加簡(jiǎn)單，更加符合科技人員對(duì)數(shù)學(xué)表達(dá)式的書(shū)寫(xiě)格式。而且新版本的 MATLAB 提供了完整的聯(lián)機(jī)查詢(xún)、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶(hù)的使用。 4) 功能豐富的應(yīng)用工具箱 (如信號(hào)處理工具箱、通信工具箱等 ) ,為用戶(hù)提供了大量方便實(shí)用的處理工具 . （ 3） MATLAB 優(yōu)勢(shì) 1）友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境 MATLAB 由一系列工具組成。附加的工具箱（單獨(dú)提供的專(zhuān)用 MATLAB 函數(shù)集）擴(kuò)展了 MATLAB 環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類(lèi)型的問(wèn)題。 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(lái)解算問(wèn)題要比用 C，F(xiàn)ORTRAN 等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且 MATLAB 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。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如 C、 Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。因此本章的重點(diǎn)是， 理解降壓斬波電路和升壓斬波電路的工作原理，掌握這兩種電路的輸入輸出關(guān)系、電路解析方法、工作特點(diǎn)。 此時(shí)，電源電流為合可控開(kāi)關(guān)的電流之和，其脈動(dòng)頻率為單個(gè)斬波電路時(shí)的三倍，諧波分量比單個(gè)斬波電路時(shí)顯著減小，且電源電流的最大脈動(dòng)率也是與相數(shù)的平方成反比。該電路相當(dāng)于由三個(gè)降壓斬波電路單元并聯(lián)而成，總輸出電流為三個(gè)斬波電路單元輸出電流之和，其平均值為單元輸出電流平均值的三倍。前面介紹的兩種復(fù)合斬波電路是由不同的基本斬波電路 組合而成的。 橋式可逆斬波電路 電流可逆斬波電路雖可使電動(dòng)機(jī)的電樞電流可逆，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的兩象限運(yùn)行，但其所能提供的電壓極性是單向的。當(dāng)電路只作降壓斬波器運(yùn)行時(shí)， 2V 和 2VD 總處 于斷態(tài)，只作升壓斬波器運(yùn)行時(shí)， 1V 和 1VD 總處于斷態(tài)。 電流可逆斬波電路 斬波電路用于拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)時(shí)， 常要使直流電動(dòng)機(jī)既可電動(dòng)運(yùn)行，又能再生制動(dòng)，將能量回饋電源，從電動(dòng)狀態(tài)到再生制動(dòng)的切換EU ???? 1o成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)論文 17 可通過(guò)改變電路連接方式實(shí)現(xiàn)，但在要求快速響應(yīng)時(shí)，就需要通過(guò)對(duì)電路本身的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。 Zeta 斬波電路的輸入和輸出關(guān)系 為 (150) 兩種電路相比，具有相同的輸入輸出關(guān)系， Sepic 斬波電路中，電源電流和負(fù)載電流均連續(xù)，有利于輸入輸出濾波，反之， Zeta斬波電路的輸入和輸出電流均是斷續(xù)的。 Sepic 斬波電路的輸入輸出關(guān)系由下式給出： (149) ??????? 1on ononof f12 t tTttIIdd12 1o 1 UKKUtt tU ????EEtT tEttU ??????? 1ononof fono成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)論文 16 圖 Zeta 斬波電路原理圖 Zeta 斬波電路也稱(chēng)雙 Sepic 斬波電路，其基本工作原理是：在 V處于通態(tài)期 態(tài) 間，電源 E 經(jīng)開(kāi)關(guān) V 向電感 1L 貯能。 在該電路中，穩(wěn) 態(tài) 時(shí)電容 C 的電流在一周期內(nèi)的平均值應(yīng)為零，也就是其對(duì)時(shí)間的積分為零， 即 (145) V 處于通態(tài)的時(shí)間 ont ，則電容電流和時(shí)間的乘積為 2onIt 。 Cuk 斬波電路的原理圖和等效圖如下 圖 Cuk 斬波電路及其行將電路 a） 電路圖 b） 等效電路 當(dāng) V 通態(tài)時(shí) 1 VEL??回路和 2 VR L C? ? ? 回路有電流 。可見(jiàn)負(fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反，該電路也稱(chēng)作反極性斬波電路。 升 降壓斬波電路 和 cuk斬波電路 圖 升降壓斬波電路圖 設(shè)電路中電感 L 值很大，電容 C 值也很大，使電感電流和電容電壓即負(fù)載電壓基本為恒值。 根據(jù)電路結(jié)構(gòu) 并結(jié)合式 （ 124） 得出輸出電流的平均值為 (125) o f foon tIEUtEI 11 )( ??RERUI ?1oo ??EtTEt ttU of fof f of fono ???oo1 IUEI ?111oU E E?????1????offtT??成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)論文 10 電源電流的平均值為 (126) 升壓斬波電路目前的典型應(yīng)用 ，一是用于直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，二是用作單相功率因數(shù)校正電路，三是用于其它交流電源中。 式（ 121） 中表示升壓比，調(diào)節(jié)其大小，即可改變輸出電壓 oU的大小，調(diào)節(jié)方法與 中改變導(dǎo)通比 ? 的方法類(lèi)似。輸出電壓平均值為： (118) oU 不僅和占空比 ? 有關(guān)，也和反電動(dòng)勢(shì) ME 有關(guān)。 在上述情況中，均假設(shè) L 值為無(wú)窮大，負(fù)載電流平直的情況。 把式（ 19）和式（ 110）用泰勒級(jí)數(shù)近似，可得 (111) 上式表示了平波電抗器 L 為無(wú)窮大，負(fù)載電流完全平直時(shí)的負(fù)載電流平均值 oI ，此時(shí)負(fù)載電流最大值、最小值均等于平均值?；?“分段線(xiàn)性 ”的思想，對(duì)降壓斬波電路進(jìn)行解析。 根據(jù)對(duì)輸出電壓平均值進(jìn)行調(diào)制的方式不同，斬波電路可有三種控制方式 : (1)保持開(kāi)關(guān)周期 T 不變 ,調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間 ont ,稱(chēng)為脈沖寬度調(diào)制(PWM調(diào)制 )此種方式應(yīng)用最多。 T 開(kāi)關(guān)周期； ? 導(dǎo)通 占空比 。 1tt? 時(shí)控制 V 關(guān)斷，二極管 VD 續(xù)流 ,負(fù)載電壓 ou 近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線(xiàn)下降。有人甚至提出，電子學(xué)的下一項(xiàng)革命將發(fā)生在以工業(yè)設(shè)備和電網(wǎng)為對(duì)象 的 電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，電力電子技術(shù)將把人們帶到第二次電子革命的邊緣 。據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家預(yù)測(cè)，今后將有 95%的電能要經(jīng)電力電子技術(shù)處理后再使用，即工業(yè)和民用的各種機(jī)電設(shè)備中，有 95%與電力電子產(chǎn)業(yè)有關(guān)，特別是，電力電子技術(shù)是弱電控制強(qiáng)電的媒體 ，是機(jī)電設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間的重要接口，它為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)采用微電子技術(shù)創(chuàng)造了條件，成為發(fā)揮計(jì)算機(jī)作用的保證和基礎(chǔ)。 優(yōu)化電能使用。 微處理器和微型計(jì)算機(jī)的引入，特別是它們的位數(shù)成倍增加，運(yùn)算速度不斷提高，功能不斷完善，使控制技術(shù)發(fā)生了根本的變化，使控制不僅依賴(lài)硬件電路，而且可利用軟件編程，既方便又靈活。 1957 年第一只晶閘管 —也稱(chēng)可控硅 (SCR)問(wèn)世后，因此 ,自 20 世紀(jì)60 年代開(kāi)始進(jìn)入了晶閘管時(shí)代。當(dāng)輸出接電網(wǎng)時(shí)，稱(chēng)之為有源逆變；當(dāng)輸出接負(fù)載時(shí)，稱(chēng)之為無(wú)源逆變。 實(shí)際應(yīng)用中，常常需要在兩種電能之間，或?qū)νN電能的一個(gè)或多個(gè)參數(shù) (如電壓，電流，頻率和功率因數(shù)等 )進(jìn)行變換。 它既是電子學(xué)在強(qiáng)電 (高電壓、大電流 )或電工領(lǐng)域的一個(gè)分支，又是電工學(xué)在弱電 (低電壓、小電流 )或電子領(lǐng)域的一個(gè)分支，或者說(shuō)是強(qiáng)弱電相結(jié)合的新科學(xué)。利用相同結(jié)構(gòu)的基本斬波電路進(jìn)行組合，可構(gòu)成多相多重?cái)夭娐贰? 直流斬波電路的種 類(lèi)較多，包括 6 種基本斬波電路：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、 Cuk 斬波電路、 Sepic 斬波電路和 Zeta 斬波電路，其中前兩種是最基本的電路。一方面，這兩種電路應(yīng)用最為廣泛，另一方面，理解了這 兩種電路可為理解其他的電路打下 基礎(chǔ)，因此本文對(duì)這兩種電路作了 著重介紹 并利用 Matlab/Simulink進(jìn)行了 仿真。 本文 對(duì) 以上兩 種形式的電路也進(jìn)行了 簡(jiǎn)單的 介紹和仿真。電力電子學(xué)是橫跨 “電子 ”、 “電力 ”和 “控制 ”三個(gè)領(lǐng)域的一個(gè)新興工程技術(shù)學(xué)科。 交流 直流 (ACDC)變換：將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。 交 交 (ACAC)變換，將交流電能的參數(shù) (幅值或頻率 )加以變換。 70 年代以后，出現(xiàn)了通和斷或開(kāi)和關(guān)都能控制的全控型電力電子器件 (亦稱(chēng)自關(guān)斷型器件 )，如：門(mén)極可關(guān)斷晶閘管 (GTO)、雙極型功率晶體管 (BJT/ GTR)、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (PMOSFET)、絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT)等。 各種新穎、復(fù)雜的控制策略和方案得到實(shí)現(xiàn)，并具有自診斷功能，并具有智能化的功能。通過(guò)電力電子技術(shù)對(duì)電能的處理，使電能的使 用達(dá)到合理、高效和節(jié)約。 電力電子技術(shù)高頻化和變頻技術(shù)的發(fā)展，將使機(jī)電設(shè)備突破工頻傳統(tǒng)，向高頻化方向發(fā)展。 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)論文 3 1 直流斬波 電路 的