升壓斬波電路設(shè)計(jì)與仿真

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1、500W升壓斬波電路設(shè)計(jì)與仿真1.序言近年來(lái)，不斷進(jìn)步的計(jì)算機(jī)技術(shù)為現(xiàn)代控制技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)、生活中提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，新的材料和結(jié)構(gòu)器件又促進(jìn)了電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，且在各行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。電力電子技術(shù)（PowerElectronicsTechnology）是研究電能變換原理及功率變換裝置的綜合性學(xué)科，包括電壓、電流、頻率和波形變換，涉及電子學(xué)、自動(dòng)控制原理和計(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)科。高功率密度、高效、高可靠性、體積小、重量輕等特點(diǎn)的開(kāi)關(guān)電源已在航空航天、通信、計(jì)算機(jī)等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。開(kāi)關(guān)電源的核心是開(kāi)關(guān)變換器，

2、對(duì)開(kāi)關(guān)變換器的建模和控制方法顯然是對(duì)電路分析設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)電力電子中的直流變換器（DC-DCConverter）在電力電子中占有非常大的地位，在電力電子中應(yīng)用非常廣泛。直流-直流變流電路又叫斬波電路，包括六種基本斬波電路：降壓斬波電路（BuckChopper）、升壓斬波電路（BoostChopper)、升降壓斬波電路（Buck-Boost）、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路。在這里以升壓斬波電路為例進(jìn)行分析。11500W升壓斬波電路設(shè)計(jì)與仿真2.Boost主電路拓?fù)浜涂刂品绞?.1Boost主電路的構(gòu)成升

3、壓斬波電路（BoostChopper）的主電路原理如圖1，Boost變換器是輸出電壓高于或等于輸入電壓的直流變換器，其主電路由四個(gè)元器件構(gòu)成，其中電路中電感在輸入端稱為升壓電感。開(kāi)關(guān)管V為PWM工作，其占空比不允許超過(guò)1，Boost電路工作是由于升壓電感值大小的不同，出現(xiàn)電流連續(xù)和斷續(xù)兩種情況，但在實(shí)際應(yīng)用中主要要求電感值足夠大，使Boost電路工作在電流連續(xù)的狀態(tài)下。因此為了分析方便，現(xiàn)假設(shè)升壓感足夠大，在一個(gè)周期內(nèi)電流連續(xù)。圖1Boost電路工作原理圖電流連續(xù)時(shí)有兩個(gè)開(kāi)關(guān)模態(tài)，即V導(dǎo)通時(shí)的模態(tài)1，等效電路見(jiàn)圖2（a）；V

4、關(guān)斷時(shí)的模態(tài)2，等效電路見(jiàn)圖2（b）。（a）V導(dǎo)通（b）D續(xù)流圖2Boost開(kāi)關(guān)模塊的等效電路2.2電感電流連續(xù)工作時(shí)的基本關(guān)系電感電流連續(xù)工作時(shí)的工作主要波形見(jiàn)圖3。11500W升壓斬波電路設(shè)計(jì)與仿真圖3主要工作波形為了分析方便，在此忽略電感的寄生電阻，且假設(shè)濾波電容足夠大。t=0時(shí)刻，V導(dǎo)通，全部加在上，增加，負(fù)載功率由儲(chǔ)能提供；t=時(shí)，達(dá)到最大值，關(guān)斷V，通過(guò)二極管D向負(fù)載流動(dòng)，電源功率和電感儲(chǔ)能一起向和負(fù)載R轉(zhuǎn)移，充電，減小，當(dāng)t=T時(shí)，=，此后V及再次導(dǎo)通進(jìn)入下一次循環(huán)周期。V導(dǎo)通時(shí)，設(shè)占空比為，電感的增量為，則電

5、壓方程為（2-1）（2-2）V關(guān)斷時(shí)，電壓方程和電感電流的減少量為：（2-3）11500W升壓斬波電路設(shè)計(jì)與仿真（2-4）在電路工作穩(wěn)態(tài)時(shí)，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，電感電流增加量應(yīng)等于下降量，因此（2-5）若不計(jì)變換器損耗，則（2-6）上式中的和分別為Boost變換器的輸入電流和輸出電流。流過(guò)的電流的平均值為：（2-7）（2-8）由于濾波電容足夠大，所以流過(guò)二極管的平均電流等于輸出電流，即（2-9）流過(guò)開(kāi)關(guān)管IGBT的電流的平均值為：（2-10）流過(guò)開(kāi)關(guān)管和二極管電流的最大值為：（2-11）開(kāi)關(guān)管和二極管截止時(shí)承受的電壓等于輸出電

6、壓，即（2-12）輸入電流脈動(dòng)等于電感電流脈動(dòng)，即（2-13）因?yàn)殡娙莺艽?，因此輸出電壓在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)變化較小，則輸出電壓脈動(dòng)量可用V導(dǎo)通期間的放電量來(lái)計(jì)算，，又有，故得（2-14）由上式可見(jiàn)，當(dāng)占空比接近1時(shí)，輸出電壓趨于無(wú)窮大。11500W升壓斬波電路設(shè)計(jì)與仿真3.主電路參數(shù)計(jì)算本電路要完成的功能為：輸入電壓為48V，輸出電壓為100V，輸出功率P為500W，輸入紋波電流為輸入電流平均值的2%，輸出紋波電壓為輸出電壓平均值的2%，開(kāi)關(guān)頻率為100kHZ。占空比：根據(jù)式可得占空比。輸出電流（二極管電流）的平均值：因?yàn)殡娙?/p>

7、足夠大，忽略電容電流，則=5A。輸入電流（電感電流）的平均值：。升壓電感的選擇：根據(jù)紋波電流為輸入電流平均值的2%，可得在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通期間電感電流的增量為=0.416A，因此電感值為=0.6mH。濾波電容的選擇：根據(jù)輸出電壓和輸出電流可得負(fù)載電阻為R=20，根據(jù)輸出紋波電壓為輸出電壓平均值的2%，可得濾波電容值為=6.5。二極管的選擇：流過(guò)二極管的電流最大值=10.608A，二極管承受的最大反向電壓為100V，其平均值為63.7V，為保持一定的裕量，承受最大反向電壓為127.4V。開(kāi)關(guān)管的選擇：開(kāi)關(guān)管能承受的最大電流為13.3

8、4A，能承受的最大反向電壓為127.4V。11500W升壓斬波電路設(shè)計(jì)與仿真4.電路的仿真通過(guò)Matlab/simulink對(duì)電路進(jìn)行建模，然后根據(jù)所求參數(shù)改動(dòng)器件相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行仿真，并與預(yù)期目的進(jìn)行比較，然后改動(dòng)占空比大小，在進(jìn)行仿真。(1)首先打開(kāi)Matlab/Simulink軟件，然后