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1、电力电子系统综合训练任务书（第 6 组）2014 年秋季学期学 生 姓 名 学 号专 业 方 向 班 级题 目 名 称 Boost 变换器的设计与计算机仿真一、综合训练计内容及技术要求1 MATLAB 部分（1）熟悉 Matlab 使用环境。（2）初步掌握 Matlab 的基本应用，包括数据结构、数值运算、程序设计以及绘图等。（3）熟悉 Simulink 系统仿真环境，包括 Simulink 工作环境、基本操作、仿真模型、仿真模型的子系统、重要模块库等。（4）初步掌握 Simpowersystems 模型库及其应用。（5）能够使用 Simpowersystems 模型库进行电力电子电路的仿真分
2、析。2设计部分设计一个升压变换器，输入电压为 3-6V，输出电压 15V，负载电阻为 10 欧姆，要求电流连续。根据上述要求完成主电路设计。3仿真部分完成上述升压变换器的计算机仿真，观察输出电压电流波形、系统输入电流波形、电压电流波形的谐波情况、不同仿真条件时系统输入输出的变化情况、和理论分析的结果进行比较。4. 选作：使用 PSIM 仿真软件完成上述仿真二、综合训练总结报告须提交的成果：（1）综合训练总结报告（不少于 20 页，约 1 万字左右）需包括：1)前言。2)目录。3)主电路工作原理说明。4)主电路设计详细过程与图纸。5)仿真模型的建立、各模块参数的设置。6)仿真结果分析。7)总结。
3、8)参考文献。9)体会。（2）综合训练总结报告要求采用 A4 页面打印，小四宋体，单倍行距，采用 word 默认的页边距，仿真模型、模块参数设置、仿真结果等都要在总结报告中进行详细说明。三、参考资料：1王兆安等。电力电子技术（M）。北京：机械工业出版社，2001。2李传琦。电力电子技术计算机仿真实验（M）。北京：机械工业出版社，2006。3MATLAB 入门以及应用类手册（图书馆去借）。4复印的资料。 指导教师签字：郭群摘要BOOST 电路又称为升压斩波电路，它在各类电力电子电路中的应用十分广泛，它将低压直流电变为高压直流电，为负载提供了稳定的直流电压。升压斩波电路的 PI 和PID 调节器的
4、性能对输出的电压影响很大。由于这种斩波电路工作于开关模式下，是一个强非线形系统。采用 matlab 仿真分析方法, 可直观、详细的描述 BOOST 电路由启动到达稳态的工作过程, 并对其中各种现象进行细致深入的分析, 便于我们真正掌握BOOST 电路的工作特性。【关键词】：Boost 电路； 直流电压； matlab 仿真；目录摘要 .11概论 .11.1电力电子器件 .11.1.1电力电子器件概述 .11.1.2 直流-直流变换器（DC/DC）的应用 .21.2 MATLAB软件概述 .31.2.1 MATLAB介绍 .31.2.2 SIMULINK仿真基础 .61.2.3 MATLAB的
5、GUI程序设计 .82升压式直流斩波电路 .112.1电路的结构与工作原理 .112.1.1电路结构 .112.1.2 工作原理 .112.1.3基本数量关系 .122.2升压斩波电路的典型应用 .123模型仿真 .163.1建立升压斩波电路模型 .163.2模型参数设置 .16总结 .22致谢 .23参考文献 .241概论1.1电力电子器件1.1.1电力电子器件概述1957 年可控硅(晶闸管)的问世，为半导体器件应用于强电领域的自动控制迈出了重要的一步，电力电子开始登上现代电气传动技术舞台，这标志着电力电子技术的诞生。20 世纪 60 年代初已开始使用电力电子这个名词，进入 70 年代晶闸管
6、开始派生各种系列产品，普通晶闸管由于其不能自关断的特点，属于半控型器件，被称作第一代电力电子器件。随着理论研究和工艺水平的不断提高，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极性晶体管(IGBT)和电力场效应晶体管（Power-IGBT）为代表的全控型器件迅速发展，被称作第二代电力电子器件。80 年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为代表的复合型第三代电力电子器件异军突起，而进入 90 年代电力电子器件开始朝着智能化、功率集成化发展，这代表了电力电子技术发展的一个重要方向。电力电子器件专指电力半导体器件，在实际应用中，一般是由控制电路、驱动电路、和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。由
7、信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路的中电力电子器件的导通与关断，来完成整个系统的功能。电力电子器件因为处理的电功率较大，为了减小本身的损耗，提高效率， 电力电子器件一般都工作在开关状态，导通时阻抗很小，接近于短路，管压降接近于 0，而电流由外电路决定，阻断时阻抗很大，接近于断路，电流几乎为 0，而管子两端的电压由外电路参数决定，就想普通晶体管的饱和与截止一样。尽管工作在开关状态，但是电力电子器件自身功率损耗通常远大于信息电子器件，因而，为了保证不至于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，不仅在器件封装上比较讲究散热设计，而且在其工作时一般还需要
8、安装散热器。这是因为电力电子器件在导通或者阻断状态下，并不是理想的短路或者断路。导通时器件上有一定的通态压降，阻断时器件上有微小的断态漏电流流过。尽管其数值都很小，但分别与数值较大的通态电流与断态电压相互作用，就形成了电力电子器件的通态损耗和断态损耗。本文主要利用 IGBT 型开关器件对升压降压进行控制，电力 IGBT 是用栅极电压来控制漏极电流的，因此它的一个显著特点就是驱动简单，需要的驱动功率小，第二个显著特点就是开关速度快，工作评频率高，另外，电力 IGBT 的热稳定性优于 GTR。1.1.2 直流-直流变换器（DC/DC）的应用直流-直流变换器（ DC/DC）变换器广泛应用于远程及数据
9、通讯、计算机、办公自动化设备、工业仪器仪表、军事、航天等领域，涉及到国民经济的各行各业。按额定功率的大小来划分，DC/DC 可分为 750W 以上、750W 1W 和 1W 以下 3 大类。进入20 世纪 90 年代，DC/DC 变换器在低功率范围内的增长率大幅度提高，其中6W25WDC/DC 变换器的增长率最高，这是因为它们大量用于直流测量和测试设备、计算机显示系统、计算机和军事通讯系统。由于微处理器的高速化，DC/DC 变换器由低功率向中功率方向发展是必然的趋势，所以 251W750W 的 DC/DC 变换器的增长率也是较快的，这主要是它用于服务性的医疗和实验设备、工业控制设备、远程通讯设
10、备、多路通信及发送设备，DC/DC 变换器在远程和数字通讯领域有着广阔的应用前景。DC/DC 变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压, 这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁、列车、电动车的无级变速和控制，同时使上述控制具有加速平稳、快速响应的性能, 并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约20 30的电能。直流斩波器不仅能起到调压的作用(开关电源),同时还能起到有效抑制电网侧谐波电流噪声的作用。DC/DC 变换器现已商品化 ,模块采用高频 PWM 技术, 开关频率在 500kHz 左右,功率密度为 0.31W/cm31.22W/cm3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块
11、实现小型化, 因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构。目前，已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。电子产业的迅速发展极大地推动了开关电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代电子设备供电系统的主流。在电子设备领域中,通常将整流器称为一次电源, 而将 DC/DC 变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为 48V 的直流电源。目前，在电子设备中用的一次电源中, 传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器 SMR)通过 IGBT 或 IGBT 实现高频工作,开关频率一
12、般控制在 50kHz100kHz 范围内, 实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从 48V/12.5A、48V/20A 扩大到48V/200A、48V/400A。因为电子设备中所用的集成电路的种类繁多, 其电源电压也各不相同, 在电子供电系统中，采用高功率密度的高频 DC/DC 隔离电源模块,从中间母线电压( 一般为 48V 直流) 变换成所需的各种直流电压,可以大大减小损耗、方便维护 ,且安装和增容非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因为电子设备容量的不断增加,其电源容量也将不断增加。1.2 MATLAB软件概述1.2.1 M
13、ATLAB介绍Matlab(Matrix Laboratory)是美国 MathWorks 公司开发的一套高性能的数值分析和计算软件，用于概念设计,算法开发,建模仿真,实时实现的理想的集成环境，是目前最好的科学计算类软件之一。MATLAB 将矩阵运算、数值分析、图形处理、编程技术结合在一起，为用户提供了一个强有力的科学及工程问题的分析计算和程序设计工具，它还提供了专业水平的符号计算、文字处理、可视化建模仿真和实时控制等功能，是具有全部语言功能和特征的新一代软件开发平台。MATLAB 已发展成为适合众多学科，多种工作平台、功能强大的大型软件。在欧美等国家的高校，MATLAB 已成为线性代数、自动控制理论、数理统计、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真等高级课程的基本教学工具。成为攻读学位的本科、硕士、博士生必须掌握的基本技能。在设计研究单位和工业开发部门，MATLAB 被广泛的应用于研究和解决各种具体问题。在中国，MATLAB 也已日益受到重视，短时间内就将盛行起来，因为无论哪个学科或工程领域都可以从 MATLAB 中找到
