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1、1绪论电力电子学，又称功率电子学。它主要研究各种电力电子器件，以及由这些 电力电子器件所构成的各式各样的电路或装置，以完成对电能的变换和控制。为 自动化专业开设的专业基础技术技能设计，课程设计对自动化专业的学生是一个 非常重要的实践教学环节。通过设计能够使学生巩固、加深对变流电路基本理论 的理解，提高学生运用电路基本理论分析和处理实际问题的能力，培养学生的创 新精神和创新能力。斩波电路(DC Chopper)的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的 直流电，也称为直接直流一直流变换器(DC/DC Converter) o直流斩波电路的 种类很多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波
2、电路，升降压斩波 电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路，Zeta斩波电路，前两种是最基本电路。 应用Multisim建立了电路的仿真模型，在此基础上对升降压斩波BoostBuck 电路进行了较详细的仿真分析。本文分析了升降压斩波电路的工作原理，又用Multisim对升压-降压变换器 进行了仿真建模，最后对仿真结果进行了分析总结。2直流升降压斩波电路工作原理及输入输出关系2.1升降压斩波电路工作原理图2.1所示为升降压斩波电路(Buck-Boost Chopper)原理图及波形图。电 路中电感L值很大，电容C值也很大。因为要使得电感电流和电容电压基本为 恒指。b)波形图图2.1升压/降压斩波
3、电路的原理图及波形图该电路的基本工作原理：当可控开关V处于通态时，电源E经V向电感L供 电使其储存能量，此时电流为I1，方向如图1所示。同时，电容C维持输出电压 基本恒定并向负载R供电。此后，使V关断，电感L中储存的能量向负载释放，电流为I2，方向如图1所示。可见，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性 相反。稳态时，一个周期T内电感L两端电压七对时间的积分为零。根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路有三种控制方式：1、保持开关周期T不变，调节开关导通时间、不变，称为PWM。2、保持开关导通时间七不变，改变开关周期T，称为频率调制或调频型。3、t明和T都可调，使占空比改变，称为混合型
4、。（1）V通时，电源E经V向L供电使其贮能，此时电流为i1。同时，C维持输 出电压恒定并向负载R供电。（2）V断时，L的能量向负载释放，电流为i2。负载电压极性为上负下正，与 电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路。2.2输入输出关系u = -uL 、.于是.，:o稳态时，一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为零，即:当V处于通态时，u = E，当V处于断态时 L气=u。yu = LnE = on所以输出电压为：0 t T -1由此可见，改变导通占空比a，就能够控制斩波电路输出电压U。的大小。当0a 1/2时为降压，当1/2 a OsciIIoscape-XSCljCAJirsnr
5、Thktrn 11诙| iv-i iHM 见Ml滁汨皿LLXEQPC 鼎3.rOilPOWFP QOUQfSOTO _|工,imu.im|；1P：EQ15ct.rtDr/EXTTC图3.3仿真结果当占空比为a=0.84, U24V是，得到输出直流电压U =91.2V。图3.4仿真结果啤 Simulated TeldroniK scilloscoc-e-X5CLTektronixD-.如M既祢眈乳寥口临峪图3.5仿真结果如图3.4为负载电阻端电压值，图3.5中黄色矩形脉冲为函数发生器输出端 PWM波，蓝色曲线为负载电阻端电压。当占空比为a=0.93, U24V是，得到输出直流电压U =100.2
6、V。M uilti mete r- X M M1 庭L,理 JTlcJctroriiik, ! 1-flAi1 ,r i-n.xnca-. 4,、图3.6仿真结果贵 Simulat-ed Tekironew Osc il lascop -XSC1图3.7仿真结果如图3.6为负载电阻端电压值，图3.7中黄色矩形脉冲为信号发生器PWM 波，蓝色曲线为负载电阻端电压。观察仿真结果，我们发现电压虽PWM占空比的改变而发生改变，当占空为 百分之九十三的时候负载电阻的端电压达到了 100v，由此可知，该电路设计可 以实现直流升压。再次观察负载电阻端电压的波形，我们发现负载电阻端电压随PWM占空比 变化而发
7、生响应的速度较慢，但其电压脉动较小，简单对比，电压脉动在百分之 一以内，因此，该电路设计可以达到实验要求。当我们改变负载电阻阻值后，当阻值越大，电压的脉动越明显。3.2仿真结论通过以上的仿真过程分析，可以得到下列结论：直流变换电路主要以全控型电力电子器件作为开关器件，通过控制主电路的 接通与断开，将恒定的直流斩成断续的方波，经滤波后变为电压可调的直流输出 电压。利用Simulink对降压斩波电路和升降压斩波的仿真结果进行了详细分析， 与采用常规电路分析方法所得到的输出电压波形进行比较，进一步验证了仿真结 果的正确性。在本次课程设计中，我查阅了相关书籍、资料，首先对直流斩波电路有了大 致的掌握，直流变换电路主要以全控型电力电子器件作为开关器件，通过控制主 电路的接通与断开，将恒定的直流斩成断续的方波，经滤波后变为电压可调的直 流输出电压。进一步复习了直流斩波电路的基本类型，包括降压斩波电路、升压斩波电路、 升降压斩波电路等，理解了其工作原理，熟悉其原理图及工作时的波形图，掌握 了这几种电路的输入输出关系、电路解析方法、工作特点，并在理解的基础上能 对直流斩波电路进行分析计算，加深了对直流斩波电路的掌握及应用。通过这两周的电力电子课程设计，不仅对MATLAB软件有了进一步的了解， 对BUCK降压电路也有的
