升降压直流斩波实验装置

辽 宁 工 业 大 学

电力电子技术课程设计（论文）

题目：升降压直流斩波实验装置

院（系）： 电气工程学院 专业班级： 电气 学 号： 学生姓名： 指导教师：

起止时间：2015-12-24至2016-1-3

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课程设计（论文）任务及评语

院（系）：电气工程学院 教研室：电气

学 号 课程设计 学生姓名 专业班级 升降压直流斩波实验装置 课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数 实现功能 为了电力电子技术课程的教学实验，设计此装置，使学生通过该装置测试、观察升降压直流斩波电路的各个参数及波形，应用此装置可验证升降压压斩波的相关理论知识。 设计任务 1、方案的经济技术论证。2、整流电路设计。3、通过计算选择整流器件的具体型号。4、斩波电路设计。5、驱动电路设计或选择。6、绘制相关电路图。7、进行matlab仿真。8、完成设计说明书。 要求 1、文字在4000字左右。 2、文中的理论分析与计算要正确。 3、文中的图表工整、规范。 4、元器件的选择符合要求。 技术参数 1、交流电源：单相220V。2、前级整流输出电压限制在50V以内。3、斩波输出电流最大值2A。4、负载：纯电阻。5、斩波输出直流电压在10～100V左右可调。 第1天：集中学习；第2天：收集资料；第3天：方案论证；第4天：整流电路设计；第5天：斩波电路设计；第6天：驱动电路设计；第7天：元器件具体选择；第8天：进行matlab仿真；第9天：总结并撰写说明书；第10天：答辩 平时： 论文质量： 答辩： 指导教师签字： 总成绩： 年 月 日 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算

课程设计（论文）任务指导教师评语及成绩 进度计划I

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摘 要

20世纪80年代以来 ，信息电子技术和电力电子技术在各自发展的基础上相结合而产生了一代高频化，全控型的电力电子器件，典型代表有门极可关断晶闸管，电力晶体管，电力场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管。利用全控型器件可以组成变流器。直流—直流（DC—DC）是电力变换四大类之一，也指一种电压（或电流）的直流变为另一种电压（或电流）的直流，可用斩波电路来实现。直流斩波电路种类：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Spic斩波电路，Zeta斩波电路等六种。升降压直流斩波电路实验装置是使学生通过该装置测试、观察升降压直流斩波电路的各个参数及波形，应用此装置可验证升降压斩波的相关理论知识。此装置运用了整流电路，驱动电路和斩波电路三大部分，将单相220V交流电压变换为10～100V直流可调电压。

关键词：斩波电路；整流电路；驱动电路；直流变直流（DC—CD）

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目 录

第1章 绪论 .......................................................... 1

1.1 电力电子技术概况 ............................................. 1 1.2 本文设计内容 ................................................. 2 第2章 升降压直流斩波实验装置电路设计 ................................ 3

2.1 升降压直流斩波实验装置总体设计方案 ........................... 3 2.2 具体电路设计 ................................................. 3

2.2.1 主电路设计 .............................................. 3 2.2.2 整流电路 ................................................ 3 2.2.3 驱动电路设计 ............................................ 5 2.2.4 升降压斩波电路的设计 .................................... 7 2.2.5 保护电路设计 ............................................ 9 2.3 元件器参数计算与型号选择 ..................................... 9

2.3.1 整流电路的参数计算与选择 ................................ 9 2.3.2 升降压斩波电路的参数计算与选择 ......................... 10 2.3.3 元器件的型号选择 ....................................... 11 2.4 系统调试及仿真 .............................................. 11

2.4.1 MATLAB/Simulink仿真软件简介 ........................... 11 2.4.2 升降压直流斩波实验装置总电路图及仿真模型建立 ........... 12 2.4.3 升降压直流斩波实验装置仿真波形及数据分析 ............... 13

第3章 课程设计总结 ................................................. 16 参考文献 ............................................................ 17

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第1章 绪论

1.1 电力电子技术概况

电力电子技术是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科。因它本身是大功率的电技术，又大多是为应用强电的工业服务的，故常将它归属于电工类。电力电子技术的内容主要包括电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置及其系统。电力电子器件以半导体为基本材料，最常用的材料为单晶硅。它的理论基础为半导体物理学，它的工艺技术为半导体器件工艺。近代新型电力电子器件中大量应用了微电子学的技术。电力电子电路吸收了电子学的理论基础，根据器件的特点和电能转换的要求，又开发出许多电能转换电路。这些电路中还包括各种控制、触发、保护、显示、信息处理、继电接触等二次回路及外围电路。

顾名思义，可以认为，所谓电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。电子技术包括信息电子技术和信息电子技术和电力电子技术两大分支。具体的说，电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。目前所用电力电子器件均由半导体制成，故也称为电力半导体器件。电力电子技术所变换的“电力”，功率可以大到数百兆瓦甚至吉瓦，也可以小至数瓦甚至毫瓦级。信息电子技术主要用于信息处理，而电力电子技术则主要用于电力变换，这是二者本质上的不同。

电力有交流和直流两种。电力变换通常可分为四大类，即交流变直流（AC—DC），直流变交流（DC—AC），直流变直流（DC—DC）和交流变交流（AC—AC）。交流变直流称为整流，直流变交流称为逆变。交流变交流可以是电压或电力的变换，称作交流电力控制，也可以是频率或相数的变换。直流变直流是指一种电压（或电流）的直流变为另一种电压（或电流）的直流，可用直流斩波电路实现。

电力电子是国民经济和国家安全领域的重要支撑技术。它是工业化和信息化融合的重要手段，它将各种能源高效率地变换成为高质量的电能，将电子信息技术和传统产业相融合的有效技术途径。同时，还是实现节能环保和提高人民生活质量的重要技术手段，在执行当前国家节能减排、发展新能源、实现低碳经济的基本国策中起着重要的作用。

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2.4.2 升降压直流斩波实验装置总电路图及仿真模型建立

图2.11 升降压直流斩波实验装置总电路图

图2.12 升降压直流斩波实验装置仿真模型图

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2.4.3 升降压直流斩波实验装置仿真波形及数据分析

图2.13 单相桥式整流电路滤波电压波形

图2.14 占空比为66.666%时输出最大电流i波形图

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图2.15占空比为66.666%时输出电压Uo波形图

图2.16 占空比为16.666%时输出电压Uo波形图

数据分析：

打开仿真参数窗口，选择ode23tb算法，相对误差设置为1e-03，开始仿真时间设置为0，停止仿真时间设置为0.1 s，控制脉冲周期设置为0.001 s(频率为1 000Hz)，变压器电压U1=220v，U2=55v，交流电源为220v，C=1F，整流电源滤

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波之后的电压为50.5265v。C1=1e-3F，R=50欧姆，L=1e-3H，二极管导通电压0.7v，控制脉冲占空比为16.666%时电9.5450v~10.4569v和66.666%时95.4658v~104.3654v，波形为上图所示。

占空比16.666%~66.666%变化时电压从10~100v可调，电阻R=50欧姆，最大电压为100v，所以电阻R流过的最大电流为2A。

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第3章 课程设计总结

通过这次课程设计，让我对电力电子技术有了更深的认识，让我进一步了解了电力电子器件。在这次课程设计中我主要担任电路仿真的工作，虽然在此期间遇到了很多困难，重复了很多遍都没有仿成功，但是经过查找资料，向同学请教，之后得到你要的结果时，那种喜悦感，那种兴奋感如果没有这一过程是无法体会的。仿真让我进一步学习了MATLAB软件，学会了很多关于仿真的知识。当然，此过程少不了同学合作。这次的设计也让我认识到了理论与实际结合的重要性。

升降压直流斩波实验装置电路主要分为三个部分，分别为整流电路模块，驱动电路模块，斩波电路模块。

整流电路：是电力电子电路中出现最早的一种。它的作用是将交流电源变为直流电输出。整流电路可分为相位控制整流电路和斩波控制整流电路。本实验装置应用的是单相桥式全控整流电路。

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。本装置应用升降压斩波电路。通过控制占空比来实现电压的升降。

实验装置操作简单，安全系数高。此斩波电路中 IGBT 的驱动信号由集成脉宽调制控制器M57962L产生，由于它简单可靠及使用方便灵活，大大简化了脉宽调制器的设计及调试。

本装置缺点在于没有考虑电路控制电路与主电路的电气隔离。斩波电路在实际应用中需要注意以下问题：系统损耗的问题，栅极电阻，驱动电路实现过流过压保护的问题。这些问题还需要加以改正和修复。

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参考文献

[1] 王兆安主编.电力电子技术.第5版.北京：机械工业出版社,2015

[2] 于群主编.MATLAB/SIMULINK电力系统建模与仿真.机械工业出版社, 2014 [3] 方大千主编.实用晶闸管电路.中国水利水电出版社,2003 [4] 郝万新主编.电力电子技术.化学工业出版社, 2002 [5] 康华光主编.电子技术基础.高等教育出版社，2015 [6] 张兴主编. PWM整流器及其控制.机械工业出版社，2006 [7] Rashid M H. powar electronics. Prentice Hall，1988

[8] Bimal K.Bose.Modern powar electronics and AC drives. Prentice Hall,2002 [9] 孟志强主编.晶闸管中频感应逆变电源的附加振荡启动方法, 2003 [10] 黄操军主编.变流技术基础及应用.中国水利水电出版社, 2002 [11] 吕宏主编.电力电子技术.感应加热电源的PWM-PFM控制方法, 2003 [12] 贾立柱.基于MATLAB的升降压斩波电路的仿真.华北电力大学，2008 [13] 徐德鸿.现代电力电子学.机械工业出版社，2009 [14] 熊宇.实用电力电子技术.电子工业出版社，2015

[15] Bose B K. powar electronics—a technology review.Proceedings of IEEE, 1992

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/nvzf.html