由IGBT组成的H桥型直流直流变换器的建模及应用仿真
IR20驱动MOSIGBT组成H桥原理与驱动电路分析
IR20驱动MOSIGBT组成H桥原理与驱动电路分析1.H桥原理：H桥电路是由四个开关管组成的电路，可以实现正反转、制动及调速功能。
在正极电池端接入两个开关管，负极电池端接入另外两个开关管。
通过控制不同开关管的电导情况，可以控制电机正反转和制动。
当Q1和Q4导通时，电机正转；当Q2和Q3导通时，电机反转；当Q1和Q2导通时，电机制动。
H桥电路示意图如下：```+Vcc+--，Q1，--+Motor(Load) -----，Q2，----------+--，Q3，--++GND```2.IR2110简介：IR2110是一种高低侧驱动器，它具有独立的高压和低压输入端，可以直接驱动高侧和低侧开关管。
IR2110集成了驱动电路和PWM调制电路，能够实现电源零电压开关（ZVS）和电流过零检测功能，提高开关效率和减少电磁噪音。
3.IR2110的工作原理：-IR2110的高侧驱动电路包括一个高侧引脚(HIN)、一个半桥驱动电路和一个逆变器。
-IR2110的低侧驱动电路包括一个低侧引脚(LIN)、一个半桥驱动电路和一个逆变器。
-当HIN输入信号为低电平时，高侧逆变器输出为高电平，高侧MOS 管截止，同时低侧逆变器输出为低电平，低侧MOS管导通，电机正转。
-当HIN输入信号为高电平时，高侧逆变器输出为低电平，高侧MOS 管导通，同时低侧逆变器输出为高电平，低侧MOS管截止，电机反转。
-通过HIN和LIN输入信号的控制，可以控制H桥电路的工作方式。
4.IR2110驱动电路示意图：```+Vcc+--，Q1，---------------+Motor ，(Load) ----，Q2，----------------， IR2110+--，Q3，---------------++GND```5.IR2110驱动电路的工作过程：-通过输入信号控制IR2110的HIN和LIN引脚的电平。
-IR2110内部逆变器产生高侧和低侧驱动电平，控制相应的MOSFET 或IGBT的导通和截止。
H桥驱动直流电机分析
H桥驱动直流电机分析H桥驱动直流电机是一种常用的电机驱动方式，用于控制直流电机的正反转和速度调节。
它由四个开关元件（一般使用MOSFET或IGBT）组成的结构，可以实现对电机电压和电流的控制，具有较高的效率和可靠性。
下面对H桥驱动直流电机的原理、工作原理和应用进行详细分析。
一、H桥驱动直流电机的原理H桥是由四个开关元件组成的电流逆变器，包括两个上桥臂和两个下桥臂。
上桥臂包括两个开关元件，分别用来控制正向电流流动；下桥臂也包括两个开关元件，用来控制反向电流流动。
在工作过程中，通过对不同的开关元件进行组合，可以实现对直流电机的正反转和速度调节。
二、H桥驱动直流电机的工作原理1.正向转矩工作时：上桥臂的S1开关闭合，S2开关断开；下桥臂的S3开关闭合，S4开关断开；此时电流从电源的正极流入S1，经过电机，从S3流回电源的负极，形成一个回路，电流流动的方向和电机的转向一致，电机正向转动。
2.反向转矩工作时：上桥臂的S1开关断开，S2开关闭合；下桥臂的S3开关断开，S4开关闭合；电流从电源的正极流入S2，经过电机，从S4流回电源的负极，形成一个回路，电流流动的方向和电机的转向相反，电机反向转动。
三、H桥驱动直流电机的应用1.正反转控制：H桥驱动电路可以实现对电机的正反转控制，使电机能够根据需要进行正向或反向旋转，适用于各种机械设备。
2.电机速度调节：通过对开关元件的控制，可以实现对电机的速度调节，从而满足不同工况下对电机速度的要求。
3.性能稳定：H桥驱动电路采用了高效的开关元件，使得电机的性能更加稳定可靠。
4.电压和电流控制：H桥驱动电路可以对电机的电压和电流进行精确的控制，以实现对电机的精确定位和运动控制。
总结：H桥是一种常用的电机驱动方式，通过控制开关元件的组合，实现对直流电机的正反转和速度调节。
它在工业自动化控制系统和机器人等领域得到广泛应用，具有正反转控制、速度调节、性能稳定和电流电压控制等优点。
H桥逆变器SPWMMATLAB仿真
H桥逆变器S P W M M A T L A B仿真文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]MATLAB仿真技术大作业题目：H桥逆变器SPWM仿真单相逆变器（H桥）。
直流电压500V，使用直流电压源模块；逆变器用Universal Bridge模块，器件选IGBT。
负载用阻感串联负载，电阻1，电感15mH。
使用三角波作为载波，载波频率750Hz，调制度，基波频率50Hz。
仿真时间秒，使用ode23tb求解器。
本次仿真关注稳态时的情况。
分析谐波成分时，取秒之后的2个工频周期的波形进行分析，基波频率50Hz，最大频率3500Hz。
1、双极性SPWM仿真采用双极性SPWM，完成以下内容：(1)在同一副图中，画出载波与调制波的波形；(2)记录逆变器的输出电压（即负载两端的电压）波形，采用Powergui模块中FFT Analysis子模块进行谐波分析，（3）(a)分析基波电压是否与理论公式相符；基本相符，理论值为500*=400，实际值，相对误差%(b) 分析电压谐波成分，并给出结论；谐波集中在载波频率（750hz）及其整数倍附近(3)记录负载电流的波形，并进行谐波分析。
谐波分析负载电流谐波成分与电压基本一致。
2、单极性SPWM仿真采用单极性SPWM，重复上述仿真，即，完成以下内容：(1)在同一副图中，画出载波与调制波的波形；(2) 记录逆变器的输出电压（即负载两端的电压）波形，采用Powergui模块中FFT Analysis子模块进行谐波分析，谐波分析(a) 分析基波电压是否与理论公式相符；基本相符(b) 分析电压谐波成分，并给出结论；谐波分别很散，与理论不符(3)记录负载电流的波形，并进行谐波分析。
(4)对比分析单极性SPWM，双极性SPWM输出电压谐波成分的特点，在相同LC 滤波器参数时，其负载电流THD的情况。
单极性谐波应该少，实际仿真结果反而多3、级联H桥逆变器仿真两个H桥级联，每个桥的逆变器参数都与前面的相同。
由IGBT组成的H桥型直流直流变换器的建模及应用仿真
目录1.引言 (2)1.1研究意义 (2)1.2研究内容 (2)2.直流-直流变换器的工作原理 (2)4 H桥DC/DC变换系统的电路仿真模型建立与实现 (6)5 结论 (11)心得体会 (12)1.引言1.1研究意义电能是现代工农业、交通运输、通信和人们日常生活不可缺少的能源。
电能一般分为直流电和交流电两大类，现代科学技术的发展使人们对电能的要求越来越高，不仅需要将将交流电转变为直流电，直流电转变为交流电，以满足供电能源与用电设备之间的匹配关系，还需要通过对电压、电流、频率、功率因数和谐波等的控制和调节，以提高供电的质量和满足各种各样的用电要求，这些要求在电力电子技术出现之前是不可能实现的，随着现代电力电子技术的发展，各种新型电力电子器件的研究、开发和应用，使人们可以用电力电子变流技术为各种各样的用电要求提供高品质的电源，提高产品的质量和性能，提高生产效率，改善人们的生活环境。
所谓变流就是指交流电和直流电之间的转换，对交直流电压、电流的调节，和对交流电的频率、相数、相位的变换和控制。
而电力电子变流电路就是应用电力电子器件实现这些转换的线路，一般这些电路可以分为四大类。
（1）交流—直流变流器。
（2）直流—直流斩波调压器。
（3）直流—交流变流器。
（4）交流—交流变流器。
本课题所要研究的是直流—直流斩波调压。
1.2 研究内容（1）工作原理分析（2）系统建模及参数设置（3）波形分析2.直流-直流变换器的工作原理直流—直流变流电路的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。
直接直流变流电路也称斩波电路，它的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。
间接直流变流电路是在直流变流电路中增加了交流环节，在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称为带隔离的直流—直流变流电路或直—交—直电路。
现代电力电子技术之igbt建模与仿真
现代电力电子技术IGBT建模与仿真一、IGBT结构及工作原理自上世纪80年代绝缘栅双极型晶体管（IGBT）问世以来，逐渐取代了晶闸管和功率MOSFET等器件，在中频、中等功率变流领域获得了广泛的应用。
IGBT 克服了功率MOSFET高通态损耗的特性，同时保持了MOSFET门极电压驱动的优点。
IGBT是一种PNPN四层结构的器件，其结构剖面图和等效电路如图（1）所示。
(a) 剖面图(b) 达林顿等效结构图(1)IGBT结构剖面图及等效电路由图（1）（b）可知，IGBT相当于一个MOSFET和一个BJT的混合电路。
当在其栅极施加一个足够大的正向电压时，MOSFET内部将形成沟道，为晶体管提供基极电流，从而使IGBT导通。
此时由于P+区的空穴注入到N-区产生电导调制效应，能够减小N-区的电阻，从而使IGBT具有较小的通态压降。
二、IGBT工作特性IGBT的工作特性分为静态特性和动态特性两种。
(1)静态特性静态特性描述了稳态情况下IGBT的电流与电压关系，最常用的是其伏安特性和转移特性。
伏安特性指的是在不同的Vge下，Ice与Vce之间的关系，如图（2）左图所示。
转移特性是指集电极电流Ic与栅射电压Uge之间的关系，如图（2）右图所示。
图(2)IGBT的静态特性(2)动态特性动态特性描述了开关过程中IGBT的电压电流随时间变化的关系，分为开通特性和关断特性。
(a)开通过程 (b)关断过程图(3)IGBT的动态特性在开通过程中有两点值得关注：一是电流Ic上升率较快时，快恢复二极管的反向恢复电流将导致Ic出现尖峰，这一尖峰会引起电磁干扰等问题；二是寄生电容Cgc导致Miller效应，使Vge出现Miller平台，增加开通损耗。
在关断过程中，Cgc的分流作用使得在Vce下降过程中同样会出现Miller 平台，增加关断损耗。
此外电流下降过程中，二极管偏置导通将引起电压过冲，导致电磁干扰问题。
由于MOSFET快速关断，PNP双极管中存储的电荷不能及时释放，关断过程中还会有一个较长的拖尾电流，也增加了关断损耗。
IGBT模块热网络模型及电路仿真应用
IGBT模块热网络模型及电路仿真应用IGBT芯片在模块内工作时面临高压大电流环境，每个芯片因位置差异导致其温度各不相同，因此直接精准测量每个芯片的结温基本上是不可能的。
通常使用建立IGBT模块简化模型的方法，通过计算、仿真等方法得到IGBT模块内部芯片的等效结温，称为虚拟结温，用标志Tvj来表示。
广义上来说，谈到IGBT模块结温的时候，大部分情况下其实都是在说虚拟结温Tvj。
图1 IGBT模块内部结构IGBT模块的真实热传导路径应当是三维的，热量从芯片发出，通过横向（X，Y）和纵向（Z）路径传导。
由于模块内部结构复杂，所以模块内每一层材料上不同点的温度不一定相同，热传导形成的等温面可能是不规则的曲面（如图2）。
图2 IGBT模块内部传热路径和等温面半导体器件厂商为了量化半导体器件内部的虚拟结温Tvj，提出了一维分层热结构模型的方法。
该方法基于以下假设：(1)IGBT模块内部的传热路径简化为从内部芯片到外部基板的一维路线热结构模型（实际上其它路径的传热量的确远小于该路径）；(2)热结构模型体现的是模块内部等温面的分布，而不是对IGBT 模块内部物理结构的简单等效。
一、用电路理论分析热模型1.Cauer热网络模型将物体内部按材料进行分层，每一层都有其对应的热阻、热容，这种基于物体内部不同材料的真实物理特性建立的热网络模型叫做Cauer网络模型。
Cauer热网络模型可以用电路模型来等效。
模块外部的导热材料和散热器模型也可以一并加入热网络模型。
热源（W）可以对应电流源（A），热阻（K/W）可以对应电阻（Ω），热容（J/K）可以对应电容（F），温度（K）可以对应电压（V）。
有了这样的对应关系，即可将热模型转化为电路模型。
如图3所示，即为Cauer热网络模型转化成电路模型的情况。
图3 Cauer热网络模型转为电路模型通过电路仿真软件，将模块工作时的损耗用数学模型表示成电流，输入等效电路模型，监测各层的电路节点电压，即可得到各层的仿真温度。
级联型H桥SVG系统的数学建模及应用仿真
级联型H桥SVG系统的数学建模及应用仿真摘要：在补偿电网末端无功功率的各种措施中，SVG无疑是一种新兴装置。
本文旨在分析验证H桥级联型SVG的无功补偿效果。
首先从简单H桥电路原理出发，运用坐标变换等手段建立数学模型并优化；进而通过Simulink搭建主电路平台，完成若干仿真校验。
仿真波形显示，电网在SVG应用前后的无功补偿效果可观，其动、稳性能均符合无功补偿要求。
关键词：无功功率；级联型H桥；静止无功电源；坐标变换；MATLAB仿真引言众所周知，电力系统的无功损耗远大于有功损耗，电网的无功补偿历来是电气工程领域最为活跃的一个话题。
在上世纪中后期出现的静止无功发生器（SVC）被认为是无功补偿最有效的措施之一，而随着电力电子技术及相关领域的发展，无功补偿设备又有了新进展。
从市场行情来看，电能的需求量也在不断上升，电网实现智能化势在必行[1]。
静止无功电源（SVG）是当前最先进的动态无功补偿装置[2]。
本文主要从三相H桥SVG控制系统的结构进行研究，分析级联型H桥主电路结构并对其建立数学模型，进而搭建主电路结构。
最后在Simulink环境下验证其动态无功补偿的效果。
1 SVG原理及H桥级联主电路1.1 SVG基本原理SVG装置的设计原理在于将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联于电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压相位或幅值，或者直接控制其交流侧电流就能使该电路吸收或发出满足要求的无功电流，进而实现动态无功补偿的目的[3]。
SVG在正常工作时通过开关器件（默认为IGBT）的通断将直流侧电压逆变成交流侧与电网同频率的输出电压，可以看作一个电压型的逆变器，只是在负载侧接为电网。
若仅考虑基波频率，SVG可以等效为与电网同频率而幅值、相位均可控的交流电压源。
在实际情况下，连接电抗器与逆变器本身是有损耗的。
通常将总损耗集中作为连接电抗器的损耗，即。
此时SVG须从电网中吸收有功来补偿消耗在等效电阻R上的有功损耗，那么与之间必然存在δ相角差，如图2电压相量图所示。
基于H桥的DC-DC变换器理论分析与仿真研究
摘
要 ：传统 的 Ｂｕ ｃ ｋ电路只 能实现 单 极性 输 出 ，而对 于 一些 需要双 应 用要 求 。基于 Ｈ桥 的 ＤＣ ． Ｄ Ｃ变 换器 在保 证与 Ｂ ｕ ｃ ｋ电路相 同输 出性 能 的前提 下 ，可 以实 现 双极性 输 出 。分 析 了基 于 Ｈ 桥 的 ＤＣ ． ＤＣ变换 器基 本 结构 ，探 讨 了其基 本 工作 原理 ，并对其 在 开环控 制下 输 出性 能进行 了仿 真研 究 。仿真 结果 表 明基于 Ｈ桥 的 ＤＣ． ＤＣ变换器 是可 行 的 。 关键 词 ：单极 性输 出 双极 性输 出 Ｈ桥
ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆｏ ｃ ｃ ａ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｎ ｅ ｅ ｄ ｂ ｉ ｐ ｏ ｌ ａ ｒ ｏ ｎ ｔ ｐｕ ｔ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ｕ ｃ ｈ ａ ｓ ＤＣ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｅ ｘ ｃ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ． Ｏｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｅ ｍｉ ｓ ｅ ｏ ｆ ｓ ａ ｍｅ Ｏ Ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｓ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ Ｈ－ ｂ ｒ ｉ ｄ ｇ ｅ ＤＣ － ＤＣ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ Ｂ ｕ ｃ ｋ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ， Ｈ－ ｂ ｒ ｉ ｄ ｇ ｅ
H桥逆变器SPWM,MATLAB仿真
MATLAB仿真技术大作业题目：H桥逆变器SPWM仿真单相逆变器（H桥）。
直流电压500V，使用直流电压源模块；逆变器用Universal Bridge 模块，器件选IGBT。
负载用阻感串联负载，电阻1 ，电感15mH。
使用三角波作为载波，载波频率750Hz，调制度0.8，基波频率50Hz。
仿真时间0.2秒，使用ode23tb求解器。
本次仿真关注稳态时的情况。
分析谐波成分时，取0.1秒之后的2个工频周期的波形进行分析，基波频率50Hz，最大频率3500Hz。
1、双极性SPWM仿真采用双极性SPWM，完成以下内容：(1)在同一副图中，画出载波与调制波的波形；(2)记录逆变器的输出电压（即负载两端的电压）波形，采用Powergui模块中FFT Analysis 子模块进行谐波分析，（3）(a)分析基波电压是否与理论公式相符；基本相符，理论值为500*0.8=400，实际值400.3，相对误差0.75%(b) 分析电压谐波成分，并给出结论；谐波集中在载波频率（750hz）及其整数倍附近(3)记录负载电流的波形，并进行谐波分析。
谐波分析负载电流谐波成分与电压基本一致。
2、单极性SPWM仿真采用单极性SPWM，重复上述仿真，即，完成以下内容：(1)在同一副图中，画出载波与调制波的波形；(2)记录逆变器的输出电压（即负载两端的电压）波形，采用Powergui模块中FFT Analysis 子模块进行谐波分析，谐波分析(a) 分析基波电压是否与理论公式相符；基本相符(b) 分析电压谐波成分，并给出结论；谐波分别很散，与理论不符(3)记录负载电流的波形，并进行谐波分析。
(4)对比分析单极性SPWM，双极性SPWM输出电压谐波成分的特点，在相同LC滤波器参数时，其负载电流THD的情况。
单极性谐波应该少，实际仿真结果反而多？3、级联H桥逆变器仿真两个H桥级联，每个桥的逆变器参数都与前面的相同。
负载为阻感串联负载，电阻1 ，电感15mH。
IGBT模块：技术、驱动和应用课件：基本电路与应用实例
DC-AC逆变器
相对于两电平逆变器，三电平逆变器有许多优点 损耗降低 输出滤波器更小 输出电压或电流的失真度降低 电磁兼容（EMC）性能得到提升 系统成本降低
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
DC-AC逆变器
三电平模块/三电平桥臂
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
简介
换流：在变换器的运行期间（通常）电流周期性的从一个
半导体开关换流到另一个半导体开关。这个过程被称为电 流换流或换流。
外部换流 内部换流
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
主动前端：IGBT 辅助主动开关
AC-DC整流器和制动斩波器
启动时：每个辅助开关分别与相对应的开关VT1、VT3和VT5共 发射极串联连接，通过PWM控制给直流母线充电，这样就可以限制 电力半导体器件的电流。
正常工作：辅助开关开通（引入额外通态损耗，提高驱动电压）
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
制动斩波器 消耗再生制动能量
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
AC-DC整流器和制动斩波器
主动前端：SCR
不需要制动电阻 再生的能量反馈到电网
需要有源逆变单元 机构和控制复杂 存在换流失败的可能
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
U out
级联H桥型多电平STATCOM的直流电压平衡分析和仿真
级联H桥型多电平STATCOM的直流电压平衡分析和仿真曹靖1李红涛1苗建峰2马秀坤11) 北方工业大学机电工程学院，北京100144 2)中国工控网（北京）信息技术公司，北京1000891) Email：caojing@2) Email：hontel@摘要基于级联H桥型多电平逆变器模块中独立电容充放电过程的分析，本文深入研究了直流侧电容电压产生不平衡的原因和影响因素，并探讨了这种不平衡的差异趋于稳态的可控特性，根据能量平衡理论建立的级联H桥型多电平逆变器平均模型，最后给出了仿真结果并验证其结论的正确性。
本文的分析为级联H桥多电平逆变器直流侧电容电压平衡的PWM 控制提供一定的参考依据，其结论将有助于大容量电机控制和动态补偿装置等大功率逆变器的工程分析与设计。
关键词多电平，逆变器，级联H桥，电压平衡Abstract Based on the analyzing of charge-discharge process of the independent capacitance, this paper mainly studied the causes and influential aspects of DC capacitors’voltage balancing problems in cascaded H-bridge multi-Level converter, and proposes that the difference of DC capacitors’ voltage between every module will be tending to stable state and finally be controlled. In order to investigate deeply, average model of cascaded H-bridge multi-Level converter is built according to the energy balance theory, and the validity is verified by the simulation. The analysis of this paper is of value to solve these DC capacitors’ voltage balancing problems using PWM control in cascaded H-bridge multi-Level converter, and the conclusion will be helpful for the design works in large-capacity motor control and dynamic compensation devices.Keywords Cascaded-H Bridge, Multi-Level Converter, DC capacitor voltage balancing1．引言伴随着电力电子器件的飞速发展，逆变技术广泛应用于电信、能源、交通运输、军事装备、材料工程、电力系统和电气传动领域。
基于H桥的DC-DC变换器理论分析与仿真研究
基于H桥的DC-DC变换器理论分析与仿真研究夏益辉;赵镜红;张俊洪【摘要】传统的Buck电路只能实现单极性输出,而对于一些需要双极性输出的场合如直流电机励磁控制器等,则不能满足应用要求.基于H桥的DC-DC变换器在保证与Buck电路相同输出性能的前提下,可以实现双极性输出.分析了基于H桥的DC-DC变换器基本结构,探讨了其基本工作原理,并对其在开环控制下输出性能进行了仿真研究.仿真结果表明基于H桥的DC-DC变换器是可行的.【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2017(037)012【总页数】4页(P15-18)【关键词】单极性输出;双极性输出;H桥;DC-DC变换器【作者】夏益辉;赵镜红;张俊洪【作者单位】海军工程大学电气工程学院,武汉430033;海军工程大学电气工程学院,武汉430033;海军工程大学电气工程学院,武汉430033【正文语种】中文【中图分类】TM46随着经济的快速发展和科学技术的不断进步，电子产品种类不断增加，电源作为电子产品的重要部件，广泛的应用于国民经济、航空航天、船舶业和国防军事等各个领域和部门。
相对于传统的线性电源，DC-DC变换器因其具有变换效率和功率密度高等优异性能而得到越来越广泛的应用，并正朝着高可靠性、高变换效率、低噪声、高频和高功率密度等方向发展[1-3]。
传统的Buck电路由于电路简单、易于控制和技术成熟等优点，目前在DC-DC变换器中应用依然比较广泛。
文献[4,5]针对Buck电路小ESR电容时输出易发生谐波振荡问题进行了分析和抑制，取得了较好的效果；文献[6,7]提出采用固定关断时间控制用于提高Buck电路动态响应速度和轻载效率等，可满足VRM对动态响应速度和轻载效率的要求；文献[8]对固定关断时间控制进行了改进，有效提高了系统稳定性。
此外，文献[9]对于Buck电路的控制方法进行了分析和研究。
针对传统Buck电路无法实现双极性输出的问题，对其电路结构进行了改进，提出基于H桥的DC-DC变换器，通过对其进行理论分析和仿真研究，基于H桥的DC-DC变换器可以获得与传统Buck电路相同的输出性能，并可以实现双极性输出。
IGBT的设计及仿真验证
IGBT的设计及仿真验证IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)是一种高性能功率开关器件，广泛应用于工业和交通领域。
其设计和仿真验证过程如下：设计：1.确定需求：首先确定使用IGBT的具体应用场景和要求，包括额定电压、额定电流、开关频率和耐受能力等。
2. 选择器件参数：根据需求，选择合适的IGBT，考虑参数如最大允许电压（Vce(max)），最大允许电流（Ic(max)），漏极导通电压（Vf(on)）等。
3.确定散热设计：根据选定的IGBT参数，计算散热要求，确定合适的散热器材和散热方式，保证IGBT的温度在安全范围内工作。
4.控制电路设计：设计IGBT的驱动电路，通常使用光耦隔离和电平变换电路，确保IGBT能够正确地开关。
5.确定保护措施：为了保护IGBT免受电压过高、电流过大和温度过高等因素的影响，设计合适的保护电路，如过压保护、过流保护和温度保护等。
仿真验证：1. 建立电路模型：使用电路仿真软件（如LTSpice、PSIM等），建立包含IGBT、驱动电路和保护电路的电路模型。
2.输入参数：设置IGBT的参数，包括电压、电流和开关频率等。
3.进行仿真：运行仿真，观察IGBT的工作状态，包括开关特性、导通损耗和开关损耗等。
4.分析结果：通过仿真结果，评估IGBT的性能是否符合设计要求，分析其开关速度、损耗和温度等方面的性能，并进行必要的调整。
5.优化设计：根据仿真结果，优化IGBT的驱动电路、保护电路和散热设计等，以提高IGBT的性能和可靠性。
6.重复验证：根据优化后的设计，再次进行仿真验证，直至满足设计要求。
需要注意的是，在设计和仿真过程中，还需要考虑IGBT的可靠性和寿命问题。
因此，除了基本的IGBT选型和电路设计外，还需要进行可靠性评估和寿命预测，以确保设计的可靠性和稳定性。
综上所述，IGBT的设计和仿真验证是一个复杂的过程，需要全面考虑各种因素，包括电路设计、热分析、驱动电路和保护电路等。
由IGBT组成的库克（cuk）变换器的建模及应用仿真
由IGBT 组成的库克（cuk ）变换器的建模及应用仿真由开关T 、二极管D 和电感L 、电容C 构成的电路既能实现DC/DC 升压变换又可实现降压变换，称为直流升压－降压变换器，Cuk 变换器。
图1 库克电路电路图图2 T 导通，D 截止 +++-1L 2L 1C 2C D o V S V R -1L I 2L I T +++-1L 2L 1C 2C D o V S V R -1L I 2L I T图3 T 截止，D 导通 1.对电压的分析电感上电压在一个周期的电压平均值为零。
对L1，在Ton=D*T 时，由图2 VL1=Vs;在Toff =（1-D)T 时，由图3，VL1=Vc1-Vs,故dt Vs Vc dt Vs T offon ⎰⎰-=0T 0)1(.电感上电压在一个周期的电压平均值为零。
实际cuk 电路中C1取值都较大，开关频率高，周期时间短，稳态工作时在一个开关周期中C1的电压可视为恒值。
故Vs*Ton=(Vc1-Vs)*Toff,即D/（1-D ）=（Vc1-Vs ）/Vs （1）→ Vc1/Vs=D/(1-D) (2)对L2，在Ton=DTs 时，由图2，VL2=Vc1-Vo;在Toff=（1-D)T 时，由图3，VL2=Vo,故⎰⎰=-Ton ToffVodt dt Vo Vc 00)1(,即D/（1-D)=Vo/（Vc1-Vo ）(3)→ D*Vc1=Vo （4）由（1），（3）可得Vc1=Vs+Vo (5)+++-1L 2L 1C 2C D o V S V R -1L I 2L I T由（2），（4）得库克变换器的变压比M=Vo/Vs=D/(1-D)(6)当Vs=200V 时D=40%，Vo=133.3V.如下图：D=60%，Vo=300V.如下图：2.对电流的分析在Ton=D*Ts,即T 导通时，由图2对L1：1iL d /dt=Vs/L1 → ϭ1L I =(Vs/L1)*Ton=max 1L I －min 1L I 对L2：2iL d /dt=(Vc1-Vo)/L2=Vs/L2 →ϭ2L I =(Vs/L2)*Ton=max 2L I －min 2L I若取L1=L2，则ϭ1L I =ϭ2L I =Vs/L1。
由IGBT组成的降压BUCK电路的建模及应用仿真
3.结 语
系统建模和仿真技术己经日益成为现代理工科各专业进行科学 探索、技术交流、系统可行性研究和工程设计等方面不可缺少的重要 环节。 利用仿真软件 Matlab 对降压斩波电路进行了研究和设计，利用 该方法还能对非常复杂的电路、电力电子变流系统、电力拖动自动控 制系统进行建模仿真。 系统的建模和实际系统的设计过程非常的相 似，用户不用进行编程，也无需推导电路、系统的数学模型，就可以很 快地得到系统的仿真结果，通过对仿真结果分析就可以将系统结构进 行改进或将有参数进行修改使系统达到要求的结果和性能，这样就可 以极大地加快系统的分析或设计过程。 科
电路的设计中，电感 L、电容 C 和脉冲频率 f 值的确定比较困难。 而利
用 Matlab 中的 Simulink 建立仿真模型，可以很方便 地 修 改 参 数 ，直 至
达到设计要求。
2.建 模 、 仿 真 与 分 析
在 Simulink 中建立 Buck 电路仿真模型如图 2 所示， 在模型中设 置 参 数 输 入 电 压 E=100V，R=50Ω，取 电 感 L=14.8uH，电 容 C=1uF，脉 冲 频 率 f=10kHz，为 了 得 到 输 出 电 压 Uo=50V，应 选 取 占 空 比 D=50%。 设 置 仿 真 时 为 0.02s，算 法 采 用 ode23td 启 动 仿 真 ，得 到 输 出 波 形 如 图 3 所示。
图 4 改变电感大小后的输出波形
图 6 改变脉冲频率大小后的输出波形
图 5 改变电容大小后的输出波形
2.3 改变脉冲频率对输出电压的影响 取脉冲频率 f 分别为 20 k Hz，仿真运行后得到输出电压波形如图 6 所小。
翻译 直流串励电动机的建模与仿真
直流串励电动机的建模与仿真摘要直流串励电机是需要高转矩/速度之比为机电应用的首选。
本文描述了系统的设计和实现一种开环直流电机的速度控制,这是基于一个微控制器和IGBTs。
不断尝试的设计既昂贵又费时。
这样的问题就解决了这里利用模拟工具,可以预测动态行为系统的机械和电子组件组成的。
沿着纸的模拟显示提供令人满意的协议与实验室的测量结果。
简介直流串励电机牵引通常应用需要高扭矩/速度之比的情况。
这些都是电动轮椅,高尔夫球车、升降机、起重机、致动器的武器等。
[8]。
在一个典型的应用包括人类操作员驾驶一台直流电机通过一个油门踏板或一根杆。
电子系统规范电力输入一部电机按照踏板或杠杆的立场,习惯上被称为速度控制。
这样的一个系统应用在开环或是闭环情况下[8]。
而闭环系统应用要求精度高,有很多情况下的开环系统就够了。
本文是关于后者。
一个典型的直流电机的速度控制往往具有其内在的讯号产生和处理模拟电路和功率驱动阶段MOSFET模块由几个平行[1]。
这个典型的控制,可改善其模拟功能取代或优势互补与数码照片,除此之外,每个平行布置,替代mosfet 与一个单一的IGBT模块[9]。
改进后的控制也因此结果更可靠、低成本和更简单的生产。
一种开环的数字速度控制的基础上,最后提出了一种IGBTs和这里发展起来的。
本文的主要目的,不过是呈现方法论受雇于这些作者为开发出的原型提出工作速度控制。
设计原型通常是实现机电由一个尝试和错误的过程,其中,大部分是非常昂贵又费时。
它提出了在此可以减轻弊端,通过合理结合计算机模拟本质上和实验室测验。
结合模拟的电动马达和它的速度控制做成很简单的模型运用为电机和/或为电子控制模块[第1、8、12]。
这里的工作报告,详细电机模型开发的。
然后,该模型为达到调整好很近的模拟和匹配的实际性能试验台被作为测验电机。
后来,模型的构建提出了速度控制模型的使用厂家提供其组成的电子装置。
最后,合模拟了电机和电机速度控制运用于精炼和调试该控制器设计,甚至在它的建模之前。
matlab中h桥的使用方法
matlab中h桥的使用方法H桥是一种常用于电力电子转换器和驱动电路中的电路拓扑结构，主要用于控制直流电机的正反转。
在MATLAB中，可以使用一些函数和工具箱来模拟和控制H桥电路。
1. H桥电路简介：H桥电路是由四个开关元件（通常是MOSFET或IGBT）组成的，它们可以分为两组，每组包含一个上桥臂和一个下桥臂。
上桥臂由两个开关元件组成，连接到直流电源的两个极性；下桥臂同样由两个开关元件组成，连接到直流电机的两个极性。
通过控制这四个开关元件的开关状态，可以控制电流的流向，从而实现直流电机的正反转。
2. H桥电路模拟：在MATLAB中，可以使用Simulink来模拟H桥电路。
Simulink是MATLAB中的一种可视化建模和仿真工具，可以用于建立和模拟电路系统。
首先，打开MATLAB软件，在命令窗口中输入"simulink"打开Simulink编辑器。
在Simulink编辑器中，首先选择一个适当的仿真模型，例如选择"Simscape Electrical"库中的"H桥"模块。
然后，将"H桥"模块拖动到编辑器窗口中，并设置合适的参数。
例如，设置直流电源电压和电机电阻等参数。
接下来，添加控制信号。
给H桥的四个开关元件添加控制信号，可以使用Simulink中的逻辑门和比较器等模块来生成控制信号。
例如，可以使用比较器来比较电机转速和设定值，然后根据比较结果来控制开关元件的状态。
最后，设置仿真时间和其他参数，并点击"开始仿真"按钮来运行仿真。
Simulink会模拟H桥电路的动态行为，并生成仿真结果。
3. H桥电路控制：在MATLAB中，可以使用编程语言来控制H桥电路。
可以编写MATLAB脚本或函数来控制H桥的开关状态，实现电机的正反转。
例如，可以编写一个函数来控制H桥的开关状态：```function H_bridge_control(direction)if direction == 'forward'% 设置上桥臂的开关元件为导通状态，下桥臂的开关元件为截止状态% 例如使用GPIO接口控制H桥的开关状态open_switch('upper_arm1');open_switch('upper_arm2');close_switch('lower_arm1');close_switch('lower_arm2');elseif direction == 'backward'% 设置上桥臂的开关元件为截止状态，下桥臂的开关元件为导通状态open_switch('upper_arm1');open_switch('upper_arm2');close_switch('lower_arm1');close_switch('lower_arm2');else% 关闭所有开关元件close_all_switches();endend```在这个例子中，"open_switch"和"close_switch"函数用于控制开关元件的状态，"close_all_switches"函数用于关闭所有开关。
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目录
1.引言 (2)
1.1研究意义 (2)
1.2研究内容 (2)
2.直流-直流变换器的工作原理 (2)
4 H桥DC/DC变换系统的电路仿真模型建立与实现 (6)
5 结论 (11)
心得体会 (12)
1.引言
1.1研究意义
电能是现代工农业、交通运输、通信和人们日常生活不可缺少的能源。
电能一般分为直流电和交流电两大类，现代科学技术的发展使人们对电能的要求越来越高，不仅需要将将交流电转变为直流电，直流电转变为交流电，以满足供电能源与用电设备之间的匹配关系，还需要通过对电压、电流、频率、功率因数和谐波等的控制和调节，以提高供电的质量和满足各种各样的用电要求，这些要求在电力电子技术出现之前是不可能实现的，随着现代电力电子技术的发展，各种新型电力电子器件的研究、开发和应用，使人们可以用电力电子变流技术为各种各样的用电要求提供高品质的电源，提高产品的质量和性能，提高生产效率，改善人们的生活环境。
所谓变流就是指交流电和直流电之间的转换，对交直流电压、电流的调节，和对交流电的频率、相数、相位的变换和控制。
而电力电子变流电路就是应用电力电子器件实现这些转换的线路，一般这些电路可以分为四大类。
（1）交流—直流变流器。
（2）直流—直流斩波调压器。
（3）直流—交流变流器。
（4）交流—交流变流器。
本课题所要研究的是直流—直流斩波调压。
1.2 研究内容
（1）工作原理分析
（2）系统建模及参数设置
（3）波形分析
2.直流-直流变换器的工作原理
直流—直流变流电路的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。
直接直流变流电路也称斩波电路，它的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。
间接直流变流电路是在直流变流电路中增加了交流环节，在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称为带隔离的直流—直流变流电路或直—交—直电路。
直流—直流变流器有多种类型，主要有降压变流器、升压变流器和桥式直流变流器等，这里主要介绍桥式（H型）直流变流器。
电流可逆斩波电路虽可使电动机的电枢电流可逆，实现电动机的两象限运行，但其所能提供的电压极性是单相的。
当需要电动机进行正、反转以及可电动又可制动的场合，就必须将两个电流可逆斩波电路组合起来，分别向电动机提供正向和反向电压，即成为桥式可逆斩波电路。
桥式直流PWM变流器又称H型变流器和四象限直流—直流变流器，桥式直流PWM变流器常用作直流电动机的可逆运行。
其原理电路图如图1所示。
PWM调制和驱动
Usa
Uct
Uvt1 Uvt4
图1 桥式直流PWM变流器
采用IGBT开关管作为开关器件，负载为电感性，四个开关器件VT1和VT4，VT2和VT3两两成对，同时导通和关断，且工作于互补状态，即VT1和VT4导通时，VT2和VT3关断，反之亦然。
控制开关器件的通断时间（占空比）可以调节输出电压的大小，若VT1和VT4的导通时间大于VT2和VT3的导通时间，输出电压的平均值为正，VT2和VT3的导通时间大于VT1和VT4的导通时间时，则输出电压的平均值为负，所以可用于直流电动机的可逆运行。
桥式可逆直流PWM变流器从控制方式上区分有双极式调制、单极式调制和受限单极式调制三种。
本课题所选用的是双极式调制。
变流器四个开关器件的驱动一般都采用PWM方式，有调制波(三角波或锯齿波)与直流信号比较产生驱动脉冲，由于调制波频率较高（通常在数千赫兹以上），所以变流器输出电流一般连续，用于直流电动机调速时电枢回路不用串联电抗器，但四个开关器件都工作于PWM方式开关勋耗较大。
双极式调制的电路仿真模型如图2所示。
图2 双极式调制的电路仿真模型
相应参数设置：
①三角波使用Repeating Sequence模块不断的生成，三角载波的参数设置如图3所示。
提取路径为：Simulink/Sources/Repeating Sequence
图3三角载波的参数设置
②直流波使用constant模块不断的生成，直流波的参数设置如图4。
提取路径为：
Simulink/Sources/constant
图4 直流波的参数设置
③关系运算模块关系类型“＞”参数设置如下图；
图5 关系运算模块的参数设置
④信号增益模块增益“-1”参数设置如下图。
图6 信号增益模块增益“-1”参数设置双极性PWM控制电路仿真结果如图7所示。
图7 双极性PWM控制电路仿真结果
4 H桥DC/DC变换系统的电路仿真模型建立与实现
H桥DC/DC变换系统的电路仿真模型如图
图8 H桥DC/DC变换系统电路模型
相应的参数设置：
①直流电压源参数U=100V；
图9 直流电压源参数设置
②IGBT参数R on=0.001Ω，L on=1e-6H，Vf=1V，Rs=1e5Ω，Cs=inf；
图10 IGBT参数设置
③负载参数R1=1000Ω，L=0H，C=inf；
图11 负载R1参数设置负载参数R2=10Ω，L=100e-3H，C=500F；
图12 负载R2参数设置④此时的仿真结果如图13所示；
图13 直流波幅值为-0.6时的仿真结果增大直流基波的幅值，其参数设置如下图14；
图14 直流波的参数设置幅值为-0.9此时的仿真结果如图15所示
图15 直流波幅值为-0.9时的仿真结果改变直流基波的方向，其参数设置如下：
图16 直流波的参数设置幅值为0.6此时的仿真结果如图17所示
图17 直流波幅值为0.6时的仿真结果
根据以上设计而成的图8所示H桥DC/DC变换系统电路模型和图13所示仿真结果可以看出：仿真开始后晶体管IGBT2和IGBT3保持导通，负载两端为反向电压。
随后IGBT1和IGBT4导通，负载两端为正向电压，电流的平均值为负值，电动机反向运转。
根据图13和图15
可知增大直流基波的幅值可以增大电流的幅值，使电动机速度加快。
根据图13和图17可知改变直流基波的方向，负载的电流平均值为正值，电动机正向运转。
5 结论
本文对H桥DC/DC变换系统电路进行了理论分析，建立了基于MATLAB/Simulink/Power System工具箱的H桥DC/DC变换系统电路的仿真模型，其仿真结果与理论分析十分吻合，达到了电动机负载在四象限运行的目的，验证了本文所建模型的正确性。
心得体会
电力电子的仿真实验终于告一段落了，在此之前对于simulink仿真的了解可以算得上是从零开始吧，虽然在本科的时候学习过电力电子，有一定的学习基础，但是很多知识也都是一知半解，对于仿真的学习更是一头雾水。
但是经过这次的仿真练习，我自认为还是学到了很多知识的。
首先在课程的前一阶段，拿到课题以后，我便搜集了很多的资料，抱着学习的态度想更多的学习电力电子知识，同时学好simulink仿真，但是在仿真过程中，还是遇到了不少的难题，比如仿真参数的设置，示波器参数的调整等，但是经过一段时间的查阅资料和不断改进，我的仿真还是有了很大的进展。
这样一个过程使我的理论知识得到了试验和应用，使我的理论知识得到了进一步的提高。
总之，这次课程设计不但让我学到了很多的东西，提高和巩固了电力电子和matlab等方面的知识，同时也增强了我的动手能力，这些并不是在课堂上可以学到的，而且这也是难得的一次同学间长时间交流沟通的机会，在课程实际过程中发生许多欢乐的令人难忘的事，这无疑为以后的我留下了一个美好的回忆。
在完成仿真作业后,我发现我还有许多不足,所学到的知识还远远不够，simulink的应用是如此的广泛，在以后的时间里我将继续对加强对matlab的学习。