电力电子技术课程设计--Buck变换器的研究

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1、 电力电子技术课程设计电力电子技术课程设计 二一三年十二月 班级： 建电 1102 班 学号： 姓名： 目录目录 第一部分 课程设计内容介绍 - 1 - 一、课程设计的题目 . - 1 - 二、课程设计的主要内容 - 1 - 1.设计阶段 . - 1 - 2.试验阶段 . - 1 - 第二部分 理论分析 - 1 - 一、直流降压斩波电路的工作原理 - 1 - 二、直流降压斩波电路的分析 . - 2 - 三、电路元件分析. - 4 - 1.IGBT 管（绝缘栅双极晶体管） . - 4 - 2.二极管 - 4 - 3.电感 - 4 - 4.电容 - 4 - 第三部分 仿真实验 - 4 - 一、在

2、SIMULINK 平台上搭建电路图 . - 4 - 二、基本功能仿真（保证负载波形连续时） - 5 - IGBT 导通脉宽对电路的影响 - 5 - 三、电路特性仿真（保证负载波形连续时） - 7 - 1.电感 L 的变化对电路输出的影响 - 7 - 2.电容 C 的变化对电路输出的影响 . - 9 - 四、波形连续、断续临界条件的研究与仿真 - 10 - 1、电感 L 对于波形连续、断续的临界条件 - 10 - 2、电容 C 对于电感临界条件的改变 . - 12 - 五、实验结论 - 13 - 第四部分 后记 . - 13 - 一、感想与体会 - 13 - 二、参考资料 - 14 - - 1

3、- 第一部分第一部分 课程设计内容介绍课程设计内容介绍 一、课程设计的题目一、课程设计的题目 本次课程设计的题目为 Buck 变换器的研究。 二、课程设计的主要内容二、课程设计的主要内容 1.设计阶段设计阶段 设计一个 Buck 变换器电路（即直流降压斩波电路） ，分析其原理，电路结构，工作方 式，电路性能，主要用途等。 2.试验阶段试验阶段 利用 MA TLAB软件的 SIMULINK 仿真平台， 搭建模拟电路， 设置电路参数、 仿真参数， 进行计算机仿真实验，并将试验结果与预计结果作比较，分析原因，进而修改电路结构、参 数等。最后，分析电路性能，观察参数改变时仿真结果的改变，得出结论。 第

4、二部分第二部分 理论分析理论分析 一、直流降压斩波电路的工作原理一、直流降压斩波电路的工作原理 直流降压斩波变换电路产生一个低于直流输入电压 Ud的平均输出电压 Uo。 一个具有纯 电阻负载的降压变换的基本电路拓补结构如图 1(a)所示。假定开关是理想的，则瞬时输出电 压决定于开关的通断状态。如图 1(b)所示，根据开关占空比可计算平均输出电压为： 00 11 ( )(0) SonS on TtT on oodd t SSS t Uut dtUdtdtU TTT ，即： oon dS Ut UT 。 在连续导电的工作模式中，当输入电压一定时，输出电压与开关占空比成线性关系，而与其 他任何电路参

5、数无关，其实验电路如图 2 所示。 - 2 - 图图1 直流降压变换的基本电路拓补结构图直流降压变换的基本电路拓补结构图 图图2 直流降压斩波变换实验电路图直流降压斩波变换实验电路图 二、直流降压斩波电路的分析二、直流降压斩波电路的分析 由图 3 中的 V 的栅射电压 G u波形可知，在0t时刻驱动 V 导通，电源 E 向负载供电， 负载电压 i UU 0 ，负载电流 0 i按指数曲线上升。当 1 tt 时刻，控制 V 关断，负载电流经 二极管 VD 续流，负载电压 0 U近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续 且脉动小，通常串接 L 值很大的电感。至一个周期 T 结束，再驱动

6、V 导通，重复上一周期 的过程。当电路工作与稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等。 负载电压的平均值为 EE T t E tt t U on offon on 0 ； 式中，ont为 V 处于通态的时间； off t为 V 处于断态的时间；T 为开关周期；为导通占空比。由此式知，输出到负载的电 压平均值 0 U 最大为 E，若减小占空比，则 0 U 随之减小。故将该电路称为降压斩波电路。 - 3 - 负载电流的平均值 R EU I M 0 0 ，若负载中的 L 值较小，则在 V 关断后，到了 2 t 时 刻，如图 3 所示，负载电流已衰减至零，会出现负载电流断续的情况。由波形可见，负载电 压 0 U平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。根据对输出电压平均值进行调制 的方式不同，斩波电路可有三种控制方式。 1）保持开关周期 T 不变，调节开关导通时间 on t，称为脉冲宽度调制（PWM 方式） 。 2）保持开关导通时间 on t不变，改变开关周期 T，称为频率调制。 3） on t和 T 都可调，使占空比改变，