电力电子电路仿真课程设计.doc

目录 摘要 1 1 设计原理 2 1.1设计要求分析 2 1.2 开关电源概述 2 1.3半桥逆变器设计 3 1.2.1半桥逆变器概述 3 1.2.2 半桥变换器的电路结构及作用 3 1.2.3 半桥变换器的工作原理 4 1.2.4 半桥变换器的输入输出关系式 5 1.3 全桥变换器设计 6 1.3.1全桥变换器的概述 6 1.3.2 全桥变换器的结构及作用 6 1.3.3 全桥变换器的工作原理 7 1.3.4 全桥变换器的输入输出关系式 8 1.4 半桥、全桥变换器性能比较 8 1.5 全波整流与桥式整流设计 9 1.6 闭环的控制方法与实现 10 1.6.1 PWM的调制方法 10 1.6.2 PID控制器 11 1.6.3 闭环控制方法与实现 12 2 仿真电路的设计 14 2.1 半桥变换器仿真电路 14 2.2 全桥变换器的仿真电路图 15 2.3仿真参数设置 16 2.4闭环仿真原理图及参数设置 17 3 仿真结果及分析 20 2.1 半桥电路输入输出电压关系式证明 20 2.2全桥电路输入输出电压关系式证明 20 2.3 全波、桥式整流性能比较 21 2.4 闭、开环控制性能比较 23 4 小结 24 参考文献 25 摘要 20世纪60年代大量应用的线性调节器式直流稳压电源，由于它存在着以下诸多的缺点，如体积重量大，很难实现小型化、损耗大、效率低、输出与输入之间有公共端，不易实现隔离，只能降压，不能升压，很难在输出大于5A的场合应用等，已开始被开关调节器式直流稳压电源所取代。 电力电子电路仿真 1 设计原理 1.1设计要求分析 本次设计主要需要完成两个任务：一是需要完成对半桥变换器、全桥变换器的结构设计，拟定参数，并理论推导输入、输出电压表达式关系；二是通过simulink对半桥、全桥变换器的设计进行仿真，佐证之前推导的输入输出关系式。 半桥、全桥变换器的输出均有全波整流和全桥整流两种形式，本文对两种形式均作了仿真，通过全波整流条件和全桥条件下分别比较半桥、全桥的输出，来说明半桥、全桥之间输出的差异。 1.2 开关电源概述 高频开关电源主要由输入环节、功率变换电路、控制及保护电路组成。本次设计主要针对功率变换电路。功率变换电路 本次设计的半桥和全桥变换器属于间接直流变流电路—交—直电路。间接直流变流电路的结构 图1-1 间接直流变流电路的结构? 采用这种结构较为复杂的电路来完成直流— ? （1）输出端与输入端需要隔离。? （2）某些应用中需要相互隔离的多路输出。? （3）输出电压与输入电压的比例远小于11。 ? （4）交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量。 ? 间接直流变流电路分为单端(Single End)和双端(Double End)电路两大类，在单端电路中，变压器中流过的是直流脉动电流，而双端电路中，变压器中的电流为正负对称的交流电流，正激电路和反激电路属于单端电路，半桥、全桥和推挽电路属于双端电路。 1.3半桥逆变器设计 1.2.1半桥逆变器概述 半桥逆变器实际上是由两个单端正激变换器组合而成的。其中一个桥臂有两个特性相同、容量相等的电容器承担，每个电容承担二分之一的电源电压；另一桥臂由两个受PWM信号控制驱动的功率开关管承担，故称为半桥逆变器。输出从两桥臂的中点取出，或接高频变压器隔离变压。两个PWM信号互补。半桥变换器高频变压器的磁芯也是双向磁化，工作在磁化曲线的第一象限和第三象限。由于开关器件特性的不对称、驱动电路的不对称等原因，会引起直流分量，产生偏磁并可能因积累而使变压器磁饱和，产生过大的电流，使变压器的效率因损耗而降低，严重时会使开关器件损坏，因此在半桥路中应用防偏磁措施。另外，由于强电磁干扰，两只开关管因误触发可能同时导通，即形成直通而造成逆变崩溃，为此应该有抗电磁干扰抑制措施，特别是驱动电路的屏蔽、布局工艺。 半桥电路单端正激、推挽电路相比，因开光管只承受电源电压的电压应力，可用于输入电压高的场合。 1.2.2 半桥变换器的电路结构及作用 在高压开关电源中，功率输出大的一般都使用半桥式变换器电源电路。其电路如图1-所示。 图1-2 半桥变换器主电路结构图及波形 由上图所示，半桥变换器输入侧主要由两只电容和两只高压晶体管组成。当两只晶体管都截止时，若两只电容的容量相等且电路对称，则电容中点a的电压为输入电压的一半。当VTl导通时，电容C2将通过VTl、变压器初级绕组N1放电；同时，电容C2则通过输入电源、VTl和Tl的原边绕组Nl充电。中点a的电位在充、放电过程中将按指数规律下降。在VTl导通结束时，a点的电位为1/2Ui-ΔUi，且两只晶体管全都截止。两只电容和两只高压晶体管的集射极间的电压基本上相等，都接近于输入电源电压的一半。