电力电子技术课程设计要点

1、2步推）姓义琴"""it-必皿电力电子技术课程设计报告基于matlab仿真的buck电路的设计高频开关稳压电源已广泛运用于基础直流电源、交流电源、各种工业电源， 通信电源、通信电源、逆变电源、计算机电源等。它能把电网提供的强电和粗电， 它是现代电子设备重要的“心脏供血系统”。buck变换器是开关电源基本拓扑 结构中的一种，buck变换器又称降压变换器，是一种对输入输出电压进行降压 变换的直流斩波器，即输出电压低于输入电压，由于其具有优越的变压功能，因 此可以直接用于需要直接降压的地方。关键词：稳压电源；buck变换器abstracthas been widely

2、used in the dc power supply, ac power supply, industry power supply of high frequency switching power supply, communication power supply, communication power supply, inverter power supply, computer power supply etc. it can provide high power and coarse grid electricity, it is an important system of

3、modern electronic equipment "the blood flow to the heart". buck converter is a switch for power supply the basic topology of buck converter, also called buck converter, a dc chopper for buck to input and output voltage, the output voltage is less than the input voltage, because of its vari

4、able function superior, therefore, it can be directly used for the need for direct step-down place.keyword: regulated power supply buck converterii摘要 iabstract- h第一章设计目的与要求 11、设计目的12、设计要求1第二章主电路设计与元件参数选型21、主电路设计22、igbt驱动电路简介33、元件参数选型3第三章系统建模与仿真51、matlab 仿真简介52、主电路建模53、控制电路的实现104、仿真中出现的问题以及解决方法 11第四章

5、仿真结果分析 14第五章设计小结15第六章参考文献16-'gum-电力电子技术课程设计报告基于 matlab仿真的buck电路的设计第一章 设计目的与要求1、降压斩波电路的设计目的(1)、通过对降压斩波电路(buck chopper)的设计，掌握buck chopper 电路的工作原理，综合运用所学知识，进行buck chopper电路和系统 设计的能力。(2)、了解与熟悉buck chopper电路拓扑、控制方法。(3)、理解和掌握buck chopper电路及系统的主电路、控制电路和保护 电路的设计方法，掌握元器件的选择计算方法。(4)、具有一定的电力电子电路及系统实验和调试的能力

6、。2、降压斩波电路的设计要求(1)、计内容：对buck chopper电路的主电路和控制电路进行设计， 参数如下：直流电压e = 380v,反电动式e1 = 48v,输出功率为5kw。(2)设计要求(a)理论设计：了解掌握buck chopper电路的工作原理，设计 buck chopper电路的 主电路和控制电路。包括：igbt电流，电压额定的选择，画出完整的 主电路原理图和控制电路原理图、列出主电路所用元器件的明细表。(b)仿真实验：利用matlab仿真软件对buck chopper电路主电路和控制电路进 行仿真建模设计第1页wuhmi rmclcuit t«hiil4xy电力电

7、子技术课程设计报告基于 matlab仿真的buck电路的设计第二章主电路设计与元件参数选型1、主电路设计降压斩波电路主电路工作原理图如下:负载电流i0按指数曲线上升。(2) t=t1时控制v关断，二极管vd续流，负载电压u0近似为零， 负载电流i。呈指数曲线下降。通常串接较大电感 l使负载电流连续且脉动小。当电路工作稳定时，负载电流在一个周期的初值和终值相等如图2所负载电iu。= -on e =端 e = e压的平均值为：如飞什 t式中，匕为v处于通态的时间，toff为v处于断态的时间；t为开关周期；”为导通占空比，简称占空比或导通比。 负载电流的平均值为：0 r若负载中l值较小，则在v关断后

8、，到了 l时刻，负载电流已衰减至零，会出第3页"、一."""电力电子技术课程设计报告基于 matlab仿真的buck电路的设计现负载电流断续的情况。负载电压u0平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。2、igbt驱动电路简介igbt是三端器件，具有栅极g,集电极c和发射极e。它是个场控器件，通断由栅射极电压uge决定。uge大于开启电压uge(th)时，mosfet1形成沟道，为晶体管提供基极电流，igbt导 通。通态时电导调制效应使电阻r减小，使通态压降减小。当栅射极间施加反压或不加信号时，mosfet1的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，igb

9、t关断。一般igbt的开启电压 uge (th ) 在25度时为26v左右，而实际一般驱动电压取 1520v,且关断 时施加一定幅值的负驱动电压，有利于减小关断时间和关断损耗。 在栅极串入一只低值电阻有利于减小寄生振荡，该电阻值应随被 驱动器件电流定额值的增大而减小。图二：igbt结构3、元件参数选型有题目知p=5000w, u=380v, e=0v, u2=48v,所以负载电阻 r=22q,占空比为 12.6%,有频率 f=5khz,所以 t=1/f=0.0002s。 由于反电动势e=0所以m=e/e=0。(1) igbt的选择：因为本电路设计的 e=48v,因 此 根 据 p=5000w,

10、 u=104v,由于晶闸管安全域量可知所选 igbt的额定电 压与额定电流分别为200-300v、50a-100a。(2)栅极串联电阻rg的阻值：根据igbt的选择，由可知知 r的 值为10欧。(3)其他元器件的选择标准如下：二极管额定电压50v电流有：10et1,- e em et/ -ur rr up )e - 1d 一 1< e ii 20411 / e 、l1 - e e4一t/t o1 - e r rem1-一 otpe-p e式中,e=l/r p=t" m= em/e t/ = k1t】=ap1 t(4)电感取很大。第5页m或推了免2屏fmieg电力电子技术课程设计

11、报告基于matlab仿真的buck电路的设计第三章系统建模与仿真1、matlab仿真简介matlab是美国mathworks公司出品的商业数学软件，用于算 法开发、数据可视化数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交 互式环境，主要包括matlab和simulink两大部分。matlab的优 势如下：(1)友好的工作平台和编程环境；(2)简单易用的程序语言；(3)强大的科学计算机数据处理能力；(4)出色的图形处理功能；(5)应用广泛的模块集合工具箱；(6)实用的程序接口和发布平台；(7)应用软件开发(包括用户界面)。2、主电路建模(1)在simulink平台下新建一个 m文件第7页电力电子技术

12、课程设计报告基于 matlab仿真的buck电路的设计或推工笈/4wuhmi lniclcuse ef thn«lo«y(2)根据主电路在matlab中搭建模块wsimuhnk library browserali edi 14nr hilp-t< m ml"xau： lek r；5kc<il"- lx id blscki. sezp*. untitled t- 口fiv edife vivm- eimulvlwrj forrrdnc tooti halp = q3达电宁 卜即辰匕山国四国凿 耳目启才举空| laduj tikbta-i jg

13、-l mfrth qk/0n泉 sd mode vefificatron 圭| modd-wliie utitbes 0 pcrti & eubfiyfttnfri 鬲 signal mtribvm 务i signal rod呻圭|的加皂i ew£m军 u“r6府 r>t fyrickni田 ±d additional msth & dikrelr 由 mfospace filekkset 王 h cdma r*f*r*<lc* bltxkfittbjkicmm 3ntd s0ipe todboke *h dhk & guugh bloc

14、kset eeffib*dd*d tkg*tfbr f hl丁.切不45*3卬卜 h embedded t*rget 4k imtrtarcr e embedded target for 05£k/v 里 鼻 emb*dd*d "tjkg*tf而 71 czoo p 面 eebkldt、吃+才的 m cwo ft fuzzy logic tiwlbs link for mc-ddsim在 q iwkdtl pr*dicew* coflb-ol tmi 由 ft hkmt*l ntwqrlc bhge£ h rf btacksrt:llitl -ig 臼臼国口 0-

15、lnk«cr mb皿okidptidurlml+ln如闺,。2+1西醇sltehtatbi mtw第9页图三scope增加引脚少成川3姓/孝wiihwi rniclcuie tc«hii«laxy。 'scope' parameters - 口 |general data history tip: try right cfciking cm axesaxesmufflber of axes: |2厂 flowing sco(oetine range：卜壶tidt labels: | bottom axis only t |sampling| dec

16、imslionok cartcftl help apply图四根据原理图，设置相关的参数，其中u=380v,pwm的占空比为12.6%（根据计算可得），电阻取值22欧姆，电感取值很大，搭建的matlab模型如下图：电力电子技术课程设计报告基于 matlab仿真的buck电路的设计&block parameters: pulse generator?pulse generator output pulaos:if -,t >= phasedelay； _fulse ie cn y ；t： = anplitudeal£ay(t) = 0 endpulfia type dat

17、eraiines the casiputational techni5us usd.iid«-tazed lb reccm&nd&d for use with a variatle step solver： while sazipla'tai&d is recc-snded fcr ue irith a flied step solver &r icithin a. ilizr&t= portion of a n口del heine a variabit step solver.parameters二二w ;t；: use sisula

18、ticn riseokcancelhelpapply图五：占空比调节图六：设置输入信号大小图七：设置电感值图八：设置电阻值第#页wuxinmru-n-电力电子技术课程设计报告基于matlab仿真的buck电路的设计图九：设置g级电阻值pqurgul图十：仿真模型图(3)调试结果第io页显4刖行山中电力电子技术课程设计报告基于matlab仿真的buck电路的设计输出电压u0波形图3、控制电路的实现在本设计中，igbt的驱动采用了东芝公司的tlp250芯片。tlp250前端最小导通电流为5ma,供电电压为1035v,输出电流 可达1.5a,隔离电压可达2500v,额定工作频率为25khz。据此，

19、t1p250满足设计要求，并且外围电路简单，工作稳定可靠。igbt的 驱动电路如图所示。pwm信号输入tlp250,然后，tlp250从g1 和e1输出igbt的驱动信号，g1和e1分别接到igbt的栅极和发 射极。第ii页电力电子技术课程设计报告基于matlab仿真的buck电路的设计为了使igbt可以加快关断速度，使系统运行更加可靠，当igbt关断时，使栅极和发射极之间为负电压。在电路中，采用 9v的稳压管z1,供电电压为24v。当前端输入导通时，栅极和发射极之间产生15v电压，驱动igbt导通；当前端输入关断时，栅极和发射极之间产生负9v的电压，加快了 igbt的关断，保证了系统的可靠运

20、行。4、仿真中由现的问题以及解决方法(1)刚开始进去的时候没有设置仿真参数，在查阅了相关的步骤以 及相关的资料后，设置了算法参数、仿真的开始时间和停止时间，设 置的算法为ob23tb算法。(2)出现如图所示的结果第#页-' -' """金印川中电力电子技术课程设计报告基于 matlab仿真的buck电路的设计解决方法：在输入信号加入一个simulink saturation模块用于限制输入值的范围。(3) scope引脚的添加方法(4) the diagram must contain a powergui block. the block mus

21、t be named powergui and should be located at the highest level of your diagram where simpowersystems blocks are found.和 error in 'untitled/voltage measurement': initialization commands cannot be evaluated.解决方法：找个powergui加到模型中即可(该模块位于 simpowersystems块集的powerlib库中，不同版本的组织形式可能 有调整，找不到的话搜索一下)。可以

22、放在模型的任意位置，也不需 要任何设置。(5) an error occurred while propagating data type 'boolean' from block'mkkzql/subsystem/fuzzy logic controller with ruleviewer/fuzzy logic controller/fis wizard/defuzzification1/zero strength (coa)', output port 1。解决方法：在 simulation /simulation parameter/advanced/b

23、oolearlogic signals选择off就可以了(6) matlab的.m文件保存的命名规则：1 .文件名命名要用英文字符，第一个字符不能是数字或下划线2 .文件名不要取为 matlab的一个固有函数,m文件名的命名尽量不要 是简单的英文单词，最好是由大小写英文/数字/下划线等组成。原因 是简单的单词命名容易与 matlab内部函数名同名，结果会出现一些 莫名其妙的错误。3、文件存储路径一定为英文4、m文件起名不能为两个单词，如three phase应该写成three_phase 或者 threephase第#页-'gum- 电力电子技术课程设计报告基于 matlab仿真的bu

24、ck电路的设计第四章仿真结果分析1、仿真结果根据电压电流的波形，首先由电压的波形可知输出电压的平均值 为40 50v之间，而输出的电流 90-100a之间，两者的乘积接近 5000w,满足设计到要求。2、结果分析本实验在基于matlab环境下进行，实验的结果和理论计算的结 果相差不大，但相对于实际来讲，可能会有很大的偏差，例如中间环 节的pwm信号的产生，在实际的操作起来可能比就难以控制，需要 选择和合适的芯片，否则产生的谐波会对后期的波形产生干扰，还有就是一些器件的选型，在本报告中只是理论的计算，还需要参照更多 的资料和论文来进行更为合适的选择，对于最后的仿真结果和我们理 论所计算的结果是相吻合的，真正的实现了 buck电路的降压功能。而所有的这些占据最大的是igbt驱动电路的设