1、電力電子技術(shù)課程設計報告基于matlab 仿真的 buck 電路的設計摘要高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源已廣泛運用于基礎直流電源、交流電源、各種工業(yè)電源， 通信電源、通信電源、逆變電源、計算機電源等。 它能把電網(wǎng)提供的強電和粗電， 它是現(xiàn)代電子設備重要的 “心臟供血系統(tǒng)” 。BUCK 變換器是開關(guān)電源基本拓撲 結(jié)構(gòu)中的一種， BUCK變換器又稱降壓變換器， 是一種對輸入輸出電壓進行降壓 變換的直流斬波器， 即輸出電壓低于輸入電壓， 由于其具有優(yōu)越的變壓功能， 因 此可以直接用于需要直接降壓的地方。關(guān)鍵詞： 穩(wěn)壓電源； buck 變換器電力電子技術(shù)課程設計報告基于matlab 仿真的 buck 電路的設計Ab

2、stractHas been widely 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 a

3、n important system of 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 o

4、f its variable function superior, therefore, it can be directly used for the need for direct step-down place.Keyword： regulated power supply；BUCK converter電力電子技術(shù)課程設計報告基于matlab 仿真的 buck 電路的設計II電力電子技術(shù)課程設計報告基于matlab 仿真的 buck 電路的設計目錄摘要 Abstract 第一章 設計目的與要求 11、設計目的 12、設計要求 1第二章 主電路設計與元件參數(shù)選型 21、主電路設計 22、I

5、GBT 驅(qū)動電路簡介 33、元件參數(shù)選型 3第三章 系統(tǒng)建模與仿真 51、MATLAB 仿真簡介 52、主電路建模 53、控制電路的實現(xiàn) 104、仿真中出現(xiàn)的問題以及解決方法 11第四章 仿真結(jié)果分析 14第五章 設計小結(jié) 15第六章 參考文獻 16電力電子技術(shù)課程設計報告基于 matlab 仿真的 buck 電路的設計第一章 設計目的與要求1、降壓斬波電路的設計目的(1) 、通過對降壓斬波電路 (buck chopper)的設計，掌握 buck chopper 電路的工作原理， 綜合運用所學知識， 進行 buck chopper電路和系統(tǒng) 設計的能力。(2) 、了解與熟悉 buck chop

6、per電路拓撲、控制方法。(3) 、理解和掌握 buck chopper 電路及系統(tǒng)的主電路、 控制電路和保護 電路的設計方法，掌握元器件的選擇計算方法。(4) 、具有一定的電力電子電路及系統(tǒng)實驗和調(diào)試的能力。2、降壓斬波電路的設計要求(1) 、計內(nèi)容 : 對 Buck Chopper 電路的主電路和控制電路進行設計， 參數(shù)如下：直流電壓 E380V，反電動式 E148V，輸出功率為 5KW 。(2) 設計要求(a)理論設計：了解掌握 Buck Chopper電路的工作原理，設計 Buck Chopper電路的 主電路和控制電路。包括： IGBT 電流 ,電壓額定的選擇，畫出完整的 主電路原理

7、圖和控制電路原理圖、列出主電路所用元器件的明細表。 (b)仿真實驗 :利用 MATLAB 仿真軟件對 Buck Chopper 電路主電路和控制電路進 行仿真建模設計電力電子技術(shù)課程設計報告基于matlab 仿真的 buck 電路的設計第二章 主電路設計與元件參數(shù)選型降壓斬波電路主電路工作原理圖如下：1、主電路設計負載電流 i0 按指數(shù)曲線上升。（2）t=t1 時控制 V 關(guān)斷，二極管 VD續(xù)流，負載電壓 U 0近似為零， 負載電流 i0 呈指數(shù)曲線下降。通常串接較大電感 L 使負載電流連續(xù)且脈動小。當電路工作 穩(wěn)定時，負載電流在一個周期的初值和終值相等如圖2 所負載電U0 ton E ton

8、 E E 壓的平均值為：ton toff T式中， ton 為 V 處于通態(tài)的時間， toff 為 V 處于斷態(tài)的時間； T 為開關(guān)周期； 為導通占空比，I0 U0 簡稱占空比或?qū)ū取?負載電流的平均值為： 0 R 若負載中 L 值 較小，則在 V關(guān)斷后，到了 t2 時刻，負載電流已衰減至零，會出電力電子技術(shù)課程設計報告基于matlab 仿真的 buck 電路的設計現(xiàn)負載電流斷續(xù)的情況。負載電壓 望出現(xiàn)電流斷續(xù)的情況。2、 IGBT 驅(qū)動電路簡介IGBT 是三端器件，具有柵極 是個場控器件，通斷由柵射極電壓 Uge(th) 時，MOSFET內(nèi)形成溝道， 通。通態(tài)時電導調(diào)制效應使電阻U0 平均

9、值會被抬高，一般不希射極間施加反壓或不加信號時， 基極電流被切斷， IGBT 關(guān)斷。一 在 25 度時為 26V 左右， 而實際G，集電極 C 和發(fā)射極 E 。它Uge 決定。 Uge 大于開啟電壓 為晶體管提供基極電流， IGBT 導 R 減小，使通態(tài)壓降減小。當柵 MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的 般 IGBT 的開啟電壓 Uge( th ) 一般驅(qū)動電壓取 1520V，且關(guān)斷時施加一定幅值的負驅(qū)動電壓， 有利于減小關(guān)斷時間和關(guān)斷損耗 在柵極串入一只低值電阻有利于減小寄生振蕩，該電阻值應隨被 驅(qū)動器件電流定額值的增大而減小。圖二： IGBT 結(jié)構(gòu)電力電子技術(shù)課程設計報告基于 matlab

10、 仿真的 buck 電路的設計3、元件參數(shù)選型有題目知 P=5000W，U=380V，E=0V ，U2=48V，所以負載電阻 R=22，占空比為 12.6%，有頻率 f=5KHZ ，所以 T=1/f=0.0002S。 由于反電動勢 E=0所以 m=Em/E=0 。（ 1）IGBT 的選擇：因為本電路設計的 E=48V, 因 此 根 據(jù) P=5000W，U=104V ，由于晶閘管安全域量可知所選 IGBT 的額定電 壓與額定電流分別為 200-300V、50A-100A 。（ 2）柵極串聯(lián)電阻 Rg 的阻值：根據(jù) IGBT 的選擇，由可知知 R 的 值為 10 歐。（ 3）其他元器件的選擇標準如

11、下：二極管額定電壓 50V 電流有：t1 / e1EEme1T/e1RRem1I 10t1 /1 e 1E Em1eT/1eRRm1eI 20式中，L/RT/m Em/Et1t1/ T4）電感取很大。電力電子技術(shù)課程設計報告基于matlab 仿真的 buck 電路的設計第三章 系統(tǒng)建模與仿真1、 MATLAB 仿真簡介MATLAB 是美國 MathWorks 公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件， 用于算 法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交 互式環(huán)境， 主要包括 MATLAB 和 Simulink 兩大部分。MATLAB 的優(yōu) 勢如下：（1）友好的工作平臺和編程環(huán)境；（2）簡單易用

12、的程序語言；（3）強大的科學計算機數(shù)據(jù)處理能力；（4）出色的圖形處理功能；（5）應用廣泛的模塊集合工具箱；（6）實用的程序接口和發(fā)布平臺；（7）應用軟件開發(fā)（包括用戶界面）。2、主電路建模（1）在 simulink 平臺下新建一個 m 文件電力電子技術(shù)課程設計報告基于matlab 仿真的 buck 電路的設計2）根據(jù)主電路在 matlab 中搭建模塊圖三Scope增加引腳第 6 頁電力電子技術(shù)課程設計報告基于matlab 仿真的 buck 電路的設計圖四根據(jù)原理圖，設置相關(guān)的參數(shù)，其中 U=380V，PWM 的占空比為 12.6%（根據(jù)計算可得） ，電阻取值 22 歐姆，電感取值很大， 搭建的

13、 matlab 模型如下圖：第 7 頁電力電子技術(shù)課程設計報告基于matlab 仿真的 buck 電路的設計圖五：占空比調(diào)節(jié)圖六：設置輸入信號大小第 8 頁電力電子技術(shù)課程設計報告基于matlab 仿真的 buck 電路的設計圖七：設置電感值圖八：設置電阻值電力電子技術(shù)課程設計報告基于matlab 仿真的 buck 電路的設計圖九：設置 g 級電阻值圖十：仿真模型圖3）調(diào)試結(jié)果第 10 頁電力電子技術(shù)課程設計報告基于matlab 仿真的 buck 電路的設計輸出電壓 U0 波形圖3、控制電路的實現(xiàn)在本設計中， IGBT 的驅(qū)動采用了東芝公司的 TLP250 芯片。 TLP250 前端最小導通電

14、流為 5mA ，供電電壓為 10 35V，輸出電流 可達 1.5A，隔離電壓可達 2500V，額定工作頻率為 25KHz 。據(jù)此， TlP250滿足設計要求，并且外圍電路簡單，工作穩(wěn)定可靠。 IGBT 的 驅(qū)動電路如圖所示。 PWM 信號輸入 TLP250，然后， TLP250 從 G1 和 E1 輸出 IGBT 的驅(qū)動信號， G1 和 E1 分別接到 IGBT 的柵極和發(fā) 射極。第 11 頁電力電子技術(shù)課程設計報告基于matlab 仿真的 buck 電路的設計為了使 IGBT 可以加快關(guān)斷速度，使系統(tǒng)運行更加可靠，當 IGBT 關(guān)斷時，使柵極和發(fā)射極之間為負電壓。在電路中，采用 9V 的穩(wěn)壓

15、管 Z1，供電電壓為 24V 。當前端輸入導通時，柵極和發(fā)射極之間產(chǎn) 生 15V 電壓， 驅(qū)動 IGBT 導通；當前端輸入關(guān)斷時， 柵極和發(fā)射極之 間產(chǎn)生負 9V 的電壓，加快了 IGBT 的關(guān)斷，保證了系統(tǒng)的可靠運行。4、仿真中出現(xiàn)的問題以及解決方法（1）剛開始進去的時候沒有設置仿真參數(shù)，在查閱了相關(guān)的步驟以 及相關(guān)的資料后，設置了算法參數(shù)、仿真的開始時間和停止時間，設 置的算法為 ob23tb 算法。（2）出現(xiàn)如圖所示的結(jié)果第 12 頁電力電子技術(shù)課程設計報告基于matlab 仿真的 buck 電路的設計解決方法：在輸入信號加入一個 simulink saturation 模塊用于限制輸入

16、值的范圍。（3）scope引腳的添加方法 （ 4）The diagram must contain a powergui block. The block must 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 決 方 法 ： 找 個 p

17、owergui 加 到 模 型 中 即 可 （ 該 模 塊 位 于 SimPowerSystems模塊集的 powerlib 庫中， 不同版本的組織形式可能 有調(diào)整，找不到的話搜索一下）?？梢苑旁谀Ｐ偷娜我馕恢?，也不需 要任何設置。（ 5）An error occurred while propagating data type boolean from block第 13 頁電力電子技術(shù)課程設計報告基于 matlab 仿真的 buck 電路的設計 mkkzq1/Subsystem/Fuzzy Logic Controller with Ruleviewer/Fuzzy Logic Contr

18、oller/FIS Wizard/Defuzzification1/Zero Strength (COA), output port 1。解決方法：在 simulation /simulation parameter/advanced/booleanlo gic signals 選擇 off 就可以了(6)matlab 的.m 文件保存的命名規(guī)則：1. 文件名命名要用英文字符，第一個字符不能是數(shù)字或下劃線2. 文件名不要取為 matlab 的一個固有函數(shù) ,m 文件名的命名盡量不要 是簡單的英文單詞，最好是由大小寫英文 /數(shù)字 /下劃線等組成。原因 是簡單的單詞命名容易與 matlab 內(nèi)部函

19、數(shù)名同名，結(jié)果會出現(xiàn)一些 莫名其妙的錯誤。3、文件存儲路徑一定為英文4、m 文件起名不能為兩個單詞， 如 three phase，應該寫成 three_phase 或者 ThreePhase第 14 頁 電力電子技術(shù)課程設計報告基于 matlab 仿真的 buck 電路的設計 第四章 仿真結(jié)果分析1、仿真結(jié)果根據(jù)電壓電流的波形， 首先由電壓的波形可知輸出電壓的平均值 為 40 50V 之間，而輸出的電流 90100A 之間，兩者的乘積接近 5000W，滿足設計到要求。2、結(jié)果分析本實驗在基于 Matlab 環(huán)境下進行，實驗的結(jié)果和理論計算的結(jié) 果相差不大，但相對于實際來講，可能會有很大的偏差，

20、例如中間環(huán) 節(jié)的 PWM 信號的產(chǎn)生，在實際的操作起來可能比就難以控制，需要 選擇和合適的芯片， 否則產(chǎn)生的諧波會對后期的波形產(chǎn)生干擾， 還有 就是一些器件的選型， 在本報告中只是理論的計算， 還需要參照更多 的資料和論文來進行更為合適的選擇， 對于最后的仿真結(jié)果和我們理 論所計算的結(jié)果是相吻合的，真正的實現(xiàn)了 buck 電路的降壓功能。而所有的這些占據(jù)最大的是 IGBT 驅(qū)動電路的設計， 這一步對整 個電路的實現(xiàn)起著舉足輕重的作用， 大的方面講， 是需要一定的占空 比來輸出我們的信號， 但上升到小的方面， 就要求我們對開關(guān)管設置 一定的開關(guān)速度，并且是合適的，以達到我們所需要的結(jié)果。第 15 頁電力電子技術(shù)課程設計報告基于matlab 仿真的 buck 電路的設計第五章 設計小結(jié)做課程設計我們都感覺入手比較困難， 因為它首先要求你對所學 的知識都要弄懂， 并且能將其聯(lián)系貫穿起來， 因此課程設計是綜合性 比較強的。 這次的電力電子課程設計是我做的最辛苦的一次， 主要