电力电子电路仿真课程设计--半桥变换器

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1、目录目录 摘要摘要 1 1 1 1 设计原理设计原理 2 2 1.1 设计要求分析. 2 1.2 开关电源概述 2 1.3 半桥逆变器设计. 3 1.2.1 半桥逆变器概述 . 3 1.2.2 半桥变换器的电路结构及作用. 3 1.2.3 半桥变换器的工作原理. 4 1.2.4 半桥变换器的输入输出关系式. 5 1.3 全桥变换器设计 6 1.3.1 全桥变换器的概述 . 6 1.3.2 全桥变换器的结构及作用. 6 1.3.3 全桥变换器的工作原理. 7 1.3.4 全桥变换器的输入输出关系式. 8 1.4 半桥、全桥变换器性能比较 8 1.5 全波整流与桥式整流设计 9 1.6 闭环的控制

2、方法与实现 . 10 1.6.1 PWM 的调制方法 10 1.6.2 PID 控制器 . 11 1.6.3 闭环控制方法与实现 12 2 2 仿真电路的设计仿真电路的设计 1414 2.1 半桥变换器仿真电路 . 14 2.2 全桥变换器的仿真电路图 . 15 2.3 仿真参数设置 16 2.4 闭环仿真原理图及参数设置 17 3 3 仿真结果及分析仿真结果及分析 2020 2.1 半桥电路输入输出电压关系式证明 . 20 2.2 全桥电路输入输出电压关系式证明 20 2.3 全波、桥式整流性能比较 . 21 2.4 闭、开环控制性能比较 . 23 4 4 小结小结 2424 参参考文献考文

3、献 2525 1 摘要摘要 20 世纪 60 年代大量应用的线性调节器式直流稳压电源，由于它存在着以下 诸多的缺点，如体积重量大，很难实现小型化、损耗大、效率低、输出与输入之 间有公共端，不易实现隔离，只能降压，不能升压，很难在输出大于 5A 的场合 应用等，已开始被开关调节器式直流稳压电源所取代。 本次设计主要是针对开关电源中的半桥变换器、 全桥变换器进行设计电路设 计及仿真，并推导、验证输入输出电压的关系式。设计了 400V/25V 的半桥变换 器和 400V/50V 的半桥变换器，每种变换器均采用了全波、桥式整流两种方法实 现。电路主要由逆变桥、变压器、整流桥构成，并设计了滤波电路、吸收

4、电路来 减少波形脉动。通过仿真，验证了在相同变压器变比的情况下，全桥电路的输出 电压比半桥电路高一倍的结论，最后使用闭环控制，对半桥、全桥变换器进行了 优化。 关键字：关键字：开关电源 半桥变换器 全桥变换器 PWM控制 2 电力电子电路仿真 1 设计原理 1.1 设计要求分析 本次设计主要需要完成两个任务：一是需要完成对半桥变换器、全桥变换器 的结构设计，拟定参数，并理论推导输入、输出电压表达式关系；二是通过 simulink 对半桥、 全桥变换器的设计进行仿真， 佐证之前推导的输入输出关系式。 半桥、全桥变换器的输出均有全波整流和全桥整流两种形式，本文对两种形 式均作了仿真，通过全波整流条

5、件和全桥条件下分别比较半桥、全桥的输出，来 说明半桥、全桥之间输出的差异。 1.2 开关电源概述 高频开关电源主要由输入环节、功率变换电路、控制及保护电路组成。本次 设计主要针对功率变换电路。 功率变换电路的种类很多， 有BUCK变换器、 BOOST 变换器、BUCK/BOOST变换器、正激变换器、反激变换器、推挽式变换器、半 桥变换器、全桥变换器等，本次设计研究的是半桥和全桥变换器。 本次设计的半桥和全桥变换器属于间接直流变流电路。 带隔离的直流直流变 流电路同直流斩波电路相比，电路中增加了交流环节，因此也称为直交直电 路。间接直流变流电路的结构图如下所示： 图1-1 间接直流变流电路的结构

6、图 采用这种结构较为复杂的电路来完成直流直流的变换有以下原因： （1）输出端与输入端需要隔离。 （2）某些应用中需要相互隔离的多路输出。 3 （3）输出电压与输入电压的比例远小于1或远大于1。 （4）交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容 的体积和重量。 间接直流变流电路分为单端(Single End)和双端(Double End)电路两大类，在 单端电路中，变压器中流过的是直流脉动电流，而双端电路中，变压器中的电流 为正负对称的交流电流，正激电路和反激电路属于单端电路，半桥、全桥和推挽 电路属于双端电路。 1.3 半桥逆变器设计 1.2.1 半桥逆变器概述 半桥逆变器实际上是由两个单端正激变换器组合而成的。 其中一个桥臂有两 个特性相同、容量相等的电容器承担，每个电容承担二分之一的电源电压；另一 桥臂由两个受 PWM 信号控制驱动的功率开关管承担，故称为半桥逆变器。输出 从两桥臂的中点取出，或接高频变压器隔离变压。两个 PWM 信号互补。半桥变 换器高频变压器的磁芯也是双向磁化，工作在磁化曲线的第一象限和第三象限。 由于开关器