直流斩波电路的仿真分析与实现

天津理工大学

自动化学院课程设计报告题目：直流斩波电路的仿真分析与实现

学生姓名学号

届2011级班级电气3班

指导教师杜明星专业电气工程及其自动化

说明

1. 课程设计文本材料包括设计报告、任务书、指导书三部分，其中

任务书、指导书由教师完成。按设计报告、任务书、指导书顺序装订成册。

2. 学生根据指导教师下达的任务书、指导书完成课程设计工作。

3. 设计报告内容建议主要包括：设计概述、设计原理、设计方案分析、软硬件具体设计、调试分析、总结以及参考资料等内容。

4. 设计报告字数应在3000-4000字，图纸设计应采用电子绘图。文

字规范，正文采用宋体、小四号，1.25倍行距。

5.课程设计成绩由平时表现（30%）、设计报告（40%）和答辩成绩（30%）

组成。

课程设计评语及成绩汇总表

成绩平时成绩报告成绩答辩成绩

总评成绩

课程设计

评语

课程设计任务书、指导书

课程设计题目：直流斩波电路的仿真分析与实现

Ⅰ.课程设计任务书

一、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作量）1．课程设计的内容

完成Buck电路与Boost电路的仿真分析与设计。

2．课程设计的要求

1）技术参数：（BUCK电路）输入直流电压为42V，输出直流电压为12V，输出电流为3A，最大输出纹波电压为50mV，工作频率f ＝100Hz。（BOOST电路）输入直流电压为24V，输出直流电压为54V，输出电流为10A，最大输出纹波电压为200mV，工作频率f＝100Hz。

2）主功率器件采用MOSFET管，计算并选择主电路的元器件，给出清单；

3）设计MOSFET的驱动电路及控制电路；

4）绘制总的电路原理图；

5）要求负载为具有反电动势的阻感负载；

6）改变功率开关器件的导通占空比，得出正确的斩波波形（要求至少取3组数据，且数据具有广泛的代表性）；

7）通过分析仿真波形，总结仿真波形与教材理论波形的区别与联系；8）改变负载中R和L值，要求至少取三组以上数值，并分别仿真得

出斩波波形，并分析波形；

9）分别改变电源电压、反电动势的数值，分析其对输出波形的影响；10）撰写课程设计说明书；

11）如有说明书结果雷同的情况，成绩按最低分处理。

二、课程设计参考资料

[1]黄俊，王兆安.电力电子变流技术[M].第三版.北京：机械工业出版社，1999.10

[2]陈坚.电力电子学[M].第二版.北京：高等教育出版社，2004.12

[3]张立.电力电子技术基础.北京：高等教育出版社，1999.10

[4]林渭勋.现代电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2006.1

[5]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].第三版.北京：机械工业出版社，2003

Ⅱ.课程设计指导书

一、课程设计要点、设计步骤

设计要点：

1）掌握直流斩波电路主电路元器件的选择方法；

2）掌握MOSFET的驱动及控制电路的设计方法；

3）掌握MatLab/Simulink的编程方法，能熟练地搭建所需的电路图；

4）选取合适的驱动信号。驱动信号可以有多种实现方法，同学应视自己的情况，合理选择驱动信号；

5）通过本次课程设计，应掌握教材斩波波形与实际仿真波形的区别与联系；

6）选择不同的占空比，可以得到不同的斩波波形，应能掌握波形发生变化的原因；

7）通过本次课程设计，应能掌握何种情况下，阻感负载为大电感负载。

设计步骤：

1）掌握Buck电路与Boost电路的工作原理；

2）完成主电路元器件的选择方法；

3）完成直流斩波电路系统电路原理图的设计和绘制；

4）在MatLab/Simulink环境下搭建两种电路的结构图，并完成初步调试；

5）在占空比为50％时，完成两种电路的仿真，并得出仿真波形；6）在占空比小于50％和大于50％时的多种情况下，分别完成两种电路的仿真，并得出正确的仿真结果；

7）改变负载的参数，得出相应的仿真结果；

8）改变电源电压与反电动势的数值，得出相应的仿真结果；

9）完成课程设计说明书。

二、主要技术关键的分析、解决思路

1）掌握电力电子电路中元器件选择的计算方法，并针对技术参数要求，合理选择主电路元器件，并保证系统安全可靠运行；

2）根据电力电子课程中直流斩波器的原理及功率器件驱动的策略，依据直流斩波电路的工作任务，完成系统电路原理图的绘制；

3）在不同占空比的情况下，完成电路的仿真实验。通过对仿真实验结果的分析，使同学们更加熟练地掌握教材中斩波电路波形的产生原因；

4）通过改变负载的数值，得到相应的仿真波形，以实现对负载的全面认识。在何种情况下，阻感负载才能称作大电感负载；

5）熟悉MatLab/Simulink的编程环境，掌握利用该软件仿真电力电子电路的方法。

三、课程设计进度安排

起迄日期工作内容

2013.6.17-6.21 熟悉Buck电路与Boost电路的工作原理。2013.6.22-6.25 完成主电路元件的计算和选择。

2013.6.26-6.29 完成电路原理图的设计与绘制。

2013.6.30-7.3 完成Buck电路的仿真与调试。

2013.7.4-7.8 完成Boost电路的仿真与调试。

2013.7.9 答辩、上交设计说明书。

Buck电路与Boost电路的仿真分析与设计

一、降压斩波电路设计

1.设计要求与方案

1.1设计要求

利用MOSFET设计一降压变流器。输入电压E42V，输出电压Ud12V，输出电流为3A，最大输出纹波电压为50mV，工作频率f＝100Hz。负载电阻为10Ω电感2mH。

1.2设计方案

电力电子器件在实际应用中一般是由控制电路、驱动电路、保护电路及以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。由信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号通过驱动电路去控制主电路中电路电子器件的导通或者关断来完成整个系统的功能。

根据MOSFET降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动电路及保护电路其结构框图如图1-1所示。

在图1-1结构框图中控制电路用来产生MOSFET降压斩波电路的控制信号控制电路产生的控制信号传到驱动电路，驱动电路把控制信号转换为加在MOSFET 控制端与公共端之间可以使其开通或关断的信号。通过控制MOSFET的开通和关断来控制MOSFET降压斩波电路工作。控制电路中保护电路是用来保护电路防止电路产生过电流、过电压现象而损坏电路设备。