matlab課程設(shè)計(jì)---直流斬波電路

1、<p><b>　　直流斬波電路</b></p><p><b>　　一.設(shè)計(jì)目的：</b></p><p>　　熟悉降壓斬波電路和升壓斬波電路的工作原理。</p><p>　　2.掌握兩種基本斬波電路的工作狀態(tài), 學(xué)會應(yīng)用Matlab的可視化工具Simulink建立電路的仿真模型的方法，在此基礎(chǔ)上對升降壓斬波電

2、路進(jìn)行詳細(xì)的分析，以提高設(shè)計(jì)模型的能力及加強(qiáng)對Matlab/Simulink軟件的熟練程度。</p><p>　　3.了解電路圖的波形情況, 認(rèn)真分析仿真結(jié)果，深刻體會Matlab軟件對于電力電子電路設(shè)計(jì)的重要作用。</p><p><b>　　二．軟件介紹</b></p><p>　　Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具，是一

3、種基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快

4、捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。</p><p>　　Simulink是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)工具。對各種時(shí)變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測試。緊密集成，可以直接訪問MATLAB大量的工具來進(jìn)行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定

5、制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義。</p><p>　　Simulink是Matlab軟件下的一個(gè)附加組件，是一個(gè)用來對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的MATLAB軟件包。支持連續(xù)、離散以及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，同時(shí)它也支持具有不同部分擁有不同采樣率的多種采樣速率的仿真系統(tǒng)。在其下提供了豐富的仿真模塊。其主要功能是實(shí)現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、方針與分析，可以預(yù)先對系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，按仿真的最佳效果來調(diào)試及整定控制系統(tǒng)的參

6、數(shù)。Simulink仿真與分析的主要步驟按先后順序?yàn)闉?從模塊庫中選擇所需要的基本功能模塊，建立結(jié)構(gòu)圖模型，設(shè)置仿真參數(shù)，進(jìn)行動態(tài)仿真并觀看輸出結(jié)果，針對輸出結(jié)果進(jìn)行分析和比較。</p><p><b>　　三． 設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p><b>　　主要步驟：</b></p><p>　?、鸥鶕?jù)給出的技術(shù)要求，確

7、定總體設(shè)計(jì)方案。</p><p>　?、茝能浖羞x擇具體的元件，進(jìn)行硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。</p><p>　?、沁M(jìn)行相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)，完成相應(yīng)的功能。</p><p><b>　?、冗M(jìn)行調(diào)試與修改。</b></p><p>　?、勺珜懻n程設(shè)計(jì)說明書。</p><p><b>　　電路介紹<

8、;/b></p><p>　　直流斬波電路的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電,也稱為直接直流-直流變換器。直流斬波電路一般是指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟姷那闆r，不包括直流-交流-直流的情況，且甚至更多地指后一種情況。</p><p>　　直流斬波電路包括：降壓斬波電路、生涯斬波電路、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

9、中前兩種電路是最它在電源的設(shè)計(jì)上有很重要的應(yīng)用。一般來說，斬波電路的實(shí)現(xiàn)都要依靠全控型器件。在這里，我所設(shè)計(jì)的是基于IGBT的降壓斬波短路和升壓斬波電路。</p><p><b>　　四．設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　直流降壓斬波電路主要分為三個(gè)部分，分別為主電路模塊，控制電路模塊和驅(qū)動電路模塊。電路的結(jié)構(gòu)框圖如下圖（圖1）所示。</p><

10、;p>　　圖1 電路結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　除了上述主要結(jié)構(gòu)之外，還必須考慮電路中電力電子器件的保護(hù)，以及控制電路與主電路的電器隔離。</p><p>　　主電路是整個(gè)斬波電路的核心，降壓過程就由此模塊完成。其原理圖如圖所示</p><p><b>　　主電路原理圖</b></p><p>　　如圖，IGB

11、T在控制信號的作用下開通與關(guān)斷。開通時(shí)，二極管截止，電流io流過大電感L，電源給電感充電，同時(shí)為負(fù)載供電。而IGBT截止時(shí)，電感L開始放電為負(fù)載供電，二極管VD導(dǎo)通，形成回路。IGBT以這種方式不斷重復(fù)開通和關(guān)斷，而電感L足夠大，使得負(fù)載電流連續(xù)，而電壓斷續(xù)。從總體上看，輸出電壓的平均值減小了。輸</p><p>　　出電壓與輸入電壓之比α由控制信號的占空比來決定。這也就是降壓斬波電路的工作原理。</p&g

12、t;<p>　　根據(jù)降壓斬波電路原理圖，建立降壓斬波電路仿真模型，如下:</p><p>　　降壓斬波的典型波形如圖所示。</p><p><b>　　降壓電路波形圖</b></p><p><b>　　占空比50%</b></p><p>　　在電力電子設(shè)計(jì)過程中利用MATLAB來進(jìn)

13、行仿真建模分析有很大的好處，它不但非常方便而且能夠在很大程度范圍內(nèi)減少因設(shè)計(jì)問題而造成的浪費(fèi)。</p><p>　　這里的仿真主要是運(yùn)用MATLAB軟件中的simulink工具。先從simulink的元件庫中找到需要用的元件，然后搭建相應(yīng)的主電路，設(shè)置好參數(shù)后即可進(jìn)行仿真。</p><p>　　根據(jù)題目要求輸出電壓平均值為300V,電阻為20Ω,電感3e-4,電容470e-6。這里是首先指

14、定電源為300V直流。則最大占空比為50%。先用純電阻負(fù)載。</p><p>　　如圖為升壓斬波電路原理圖</p><p>　　根據(jù)升壓斬波電路原理圖，建立升壓斬波電路仿真模型，如下：</p><p>　　由IGBT構(gòu)成的直流降壓斬波電路的建模和參數(shù)設(shè)置：</p><p>　　1、電壓源U=300V</p><p>　

15、　2、IGBT、二極管都按其原有的數(shù)值進(jìn)行設(shè)置。、</p><p>　　3、負(fù)載參數(shù)R=20Ω，L=3e-4，C=470e-6</p><p>　　4、開關(guān)頻率20KHZ，開關(guān)信號占空比D=50%。</p><p>　　運(yùn)行之后可以得到如圖所示的升壓斬波電路波形圖</p><p>　　升壓斬波電路的基本原理</p><p&

16、gt;　　1、升壓斬波電路的工作原理</p><p>　　（1）假設(shè)L和C值很大</p><p>　?。?）V處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，電流恒定H，電容C向負(fù)載R供電，輸出電壓U0恒定。</p><p>　?。?）V處于斷態(tài)時(shí)，電源E和電感L同時(shí)向電容C充電，并向負(fù)載提供能量。</p><p>　　升壓斬波電路能使輸出電壓高于電源電壓的

17、原因</p><p>　　一是L儲能之后具有使電壓泵升的作用</p><p>　　二是電容C可將輸出電壓保持住</p><p>　　以上分析中，認(rèn)為V通態(tài)期間因電容C的作用使得輸出電壓Uo不變，但實(shí)際C值不可能無窮大，在此階段其向負(fù)載放電，Uo必然會有所下降，故實(shí)際輸出電壓會略低。 </p><p><b>　　五．實(shí)

18、驗(yàn)心得</b></p><p>　　通過這次對直流斬波電路的課程設(shè)計(jì)，我對斬波電路有了更加清晰的認(rèn)識，同時(shí)也對IGBT的驅(qū)動電路和保護(hù)電路也有了更深刻的認(rèn)識，另外，在做設(shè)計(jì)的過程中我也學(xué)會了用一些基本元部件進(jìn)行建模的基本方法，加深了對課本知識的進(jìn)一步理解。</p><p>　　同時(shí)這次課程設(shè)計(jì)應(yīng)用到MATLAB軟件，設(shè)計(jì)時(shí)借助MATLAB軟件進(jìn)行系統(tǒng)模型仿真，進(jìn)一步熟悉了MAT