电力电子技术课程设计之降压斩波电路 .pdfVIP

电力电子技术课程设计

目录

摘要

一、概述2

二、设计方案3

三、主电路设计5

四、Simulink仿真系统设计8

五、总结17

六、参考文献18

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电力电子技术课程设计

一、概述

从八十年代末起，工程师们为了缩小DC/DC变换器的体积，提高功率密度，

首先从大幅度提高开关电源的工作频率做起，但这种努力结果是大幅度缩小了体

积，却降低了效率。发热增多，体积缩小，难过高温关。因为当时MOSFET的开

关速度还不够快，大幅提高频率使MOSFET的开关损耗驱动损耗大幅度增加。工

程师们开始研究各种避开开关损耗的软开关技术。虽然技术模式百花齐放，然而

从工程实用角度仅有两项是开发成功且一直延续到现在。一项是VICOR公司的有

源箝位ZVS软开关技术；另一项就是九十年代初诞生的全桥移相ZVS软开关技术。

有源箝位技术历经三代，且都申报了专利。第一代系美国VICOR公司的有源

箝位ZVS技术，其专利已经于2002年2月到期。VICOR公司利用该技术，配合

磁元件，将DC/DC的工作频率提高到1MHZ，功率密度接近200W/in3，然而其转

换效率却始终没有超过90%，主要原因在于MOSFET的损耗不仅有开关损耗，还

有导通损耗和驱动损耗。特别是驱动损耗随工作频率的上升也大幅度增加，而且

因1MHZ频率之下不易采用同步整流技术，其效率是无法再提高的。因此，其转

换效率始终没有突破90%大关。

为了降低第一代有源箝位技术的成本，IPD公司申报了第二代有源箝位技术

专利。它采用P沟MOSFET在变压器二次侧用于forward电路拓朴的有源箝位。

这使产品成本减低很多。但这种方法形成的MOSFET的零电压开关（ZVS）边界条

件较窄，在全工作条件范围内效率的提升不如第一代有源箝位技术，而且PMOS

工作频率也不理想。为了让磁能在磁芯复位时不白白消耗掉，一位美籍华人工程

师于2001年申请了第三代有源箝位技术专利，并获准。其特点是在第二代有源

箝位的基础上将磁芯复位时释放出的能量转送至负载。所以实现了更高的转换效

率。它共有三个电路方案：其中一个方案可以采用N沟MOSFET。因而工作频率

较高，采用该技术可以将ZVS软开关、同步整流技术、磁能转换都结合在一起，

因而它实现了高达92%的效率及250W/in3以上的功率密度。

MATLAB是矩阵实验室（MatrixLaboratory）的简称，是美国MathWorks公

司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的

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电力电子技术课程设计

高级技术计算语言和交互式环境，SIMULINK是MATLAB软件的扩展，它是实现动

态系统建模和仿真的一个软件包，本课程设计的仿真即需要在SIMULINK中来完

成电路的仿真与计算。通过系统建模和仿真，掌握和运用MATLAB/SIMULINK工具

分析系统的基本方法。

直流斩波电路（DCChopper）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，也称为直接直流-直流变换器（DC/DCConverter）。直流斩波电路

一般是指直接将直流电变为另一直流电的情况，不包括直流-交流-直流的情况。

习惯上，DC-DC变换器包括以上两种情况。

直流斩波电路的种类较多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩

波电路，升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路和Zeta斩波电路，其

中前两种是最基本的电路。一方面，这两种电路应用最为广泛，另一方面，理解

了这两种电路可为理解其他的电路打下基础。

利用不同的基本斩波电路进行组合，可构成复合斩波电路，如电流可逆斩波

电路、桥式可逆斩波电路等。利用相同结构的基本斩波电路进行组合，可构成多

相多重斩波电路。

直流斩波电路广泛应用于直流传动和开关电源领域，是电力电子领域的热点。

全控型器件选择绝缘栅双极晶体管（IGBT）综合了GTR和电力MO