1、電力電子技術課程設計 班 級： 電氣0902 學 號： 姓 名： 揚州大學 能源與動力工程學院電氣工程及其自動化專業二零一三年三月一 課程設計的目的與要求1. 進一步熟悉和掌握電力電子原器件的特性；2. 進一步熟悉和掌握電力電子電路的拓撲結構和工作原理；3. 掌握電力電子電路設計的基本方法和技術，掌握有關電路參數的計算方法；4. 培養對電力電子電路的性能分析的能力；5. 培養撰寫研究設計報告的能力。通過對一個電力電子電路的初步設計，鞏固已學的電力電子技術課程的理論知識，提高綜合應用能力，為今后從事電力電子裝置的設計工作打下基礎。二、題目 升壓式DC/DC變換器設計及其傅立葉分析三 課程設計的內

2、容1. 主電路方案確定2. 繪制電路原理圖、分析理論波形3. 器件額定參數的計算4. 建立仿真模型并進行仿真實驗5. 電路性能分析：輸出波形、器件上波形、參數的變化、諧波分析、故障分析等四 、仿真軟件的使用1、MATLABSimulink 是 The MathWorks 公司的產品，可在 MATLAB 環境下建立系統框圖和仿真的模塊庫，其功能非常強大，可用于電力電子系統的仿真，模塊庫中提供了大量的電力電子模型。其具體使用方法和相關電力電子模型的建立、仿真等請參閱課程設計教材。目錄1、 主電路方案的確定及其原理.42、 繪制電路原理圖及分析理論波形.43、 器件額定參數的計算.74、 建立仿真模

3、型并進行仿真實驗.85、 電路性能分析：傅立葉分析.116、 小結.147、 參考文獻.14一、主電路方案的確定及其原理在電源 與負載之間串接一個通、斷控制的開關器件，是不可能使負載獲得高于電源電壓 的直流電壓的。為了獲得高于電源電壓 的直流輸出電壓 ，一個簡單而有效的辦法是在變換器開關管前端插入一個電感，如圖（）所示。在開關管關斷時，利用圖（）中電感線圈 在其電流減小時所產生的反電動勢（在電感電流減小時， 為正值）與電源電壓 串聯相加送至負載，則負載就可獲得高于電源電壓 的直流電壓 。圖（）就是在這一思想啟發下，利用一個全控型開關管和一個續流二極管加上電感、電容構成的直流直流升壓變換器 變換

4、器。變換器是輸出直流電壓平均值 高于輸入電壓 的單管不隔離直流變換器，圖（）中，變換器中電感在輸入側，稱為升壓電感。開關管仍為 控制方式，和變換器一樣，變換器也有電感電流連續和斷流兩種工作方式，圖（）和（）給出了這兩種工作方式下的主要波形圖。圖（）、（）、（）為變換器在不同開關狀態時的等效電路。當電感電流連續時，變換器存在兩種開關狀態，如圖（）和（）所示；而當電感電流斷流時，變換器還有第三種開關狀態，如圖（）所示。二、繪制電路原理圖及分析理論波形這里我們討論兩種開關狀態兩種開關狀態（）開關狀態：從 到 期間，開關管導通，二極管 截止，等效電路如圖（）所示。電源電壓 加到升壓電感上，電感電流線性

5、增長：· 。當 時，達到最大值 。在導通期間， 的增量 為： 在開關狀態，由于二極管截止，負載由濾波電容 供電，選用足夠大的值，可使 變化很小。（） 開關狀態：從 到 的期間，阻斷，導通，等效電路如圖（）所示。這時， 通過二極管 向輸出側流動，電源功率和電感的儲能向負載和電容 轉移，給充電。此時加在上的電壓為 ，因為 ，故 線性減小：· 經歷 時期后， 達到最小值 。在截止期間， 的減少量 為： （ ） （ ）此后，又導通，開始另一個開關周期。，變換器電源的輸入電流就是升壓電感 電流，電流平均值（ ）。開關管和二極管輪流工作，導通時，電感電流 流過； 截止、 導通時，電感電

6、流 流過。電感電流是導通時的電流和導通時的電流 的合成。在周期 的任何時刻，都不為零，即電感電流連續。穩態工作時，電容充電量等于放電量，通過電容的平均電流為零，故通過二極管的電流平均值就是負載電流 變壓比 和電壓、電流基本關系穩態工作時，導通期間，電感電流的增量 等于它在截止期間的減少量 ，可得到升壓比： （ ）在每一個開關周期中，電感都有一個儲能和能量通過二極管 的釋放過程，也就是說必須有能量送到負載端。因此，如果該變換器沒有接負載，則不斷增加的電感儲能不能消耗掉，必然會使 不斷升高，最后使變換器損壞。實際工作中，為防止輸出電壓過高，變換器不宜在占空比 接近于的情況下工作。變換器在電流連續條

7、件下其變壓比也僅與占空比有關而與負載電流無關。通過二極管 的電流平均值 等于負載電流平均值 ，即 。電感電流的脈動量：由于電源輸入功率 ，故電源電流 （）。由圖通過和的電流最大值 和與電感電流最大值 相等，即：和 截止時所承受的電壓 和 均為輸出電壓 ，即 輸入電流 的脈動量 等于電感電流 的脈動量：輸出電壓脈動量 等于開關管導通期間電容 向負載放電引起的電壓變化量。可近似地由下式確定：三、器件額定參數的計算電感電流連續時 ，得到 。又 。當 時，；當 時，。電源電壓 變化時，占空比 的變化范圍是。臨界負載電流 （）時， 有最大值 。 值越接近， 大。令最小負載電流大于臨界負載電流 ，由（）式

8、，即（ ，則：取。驗算：，時，臨界負載電流為：確保了電感電流連續，輸出電壓紋波：四、建立仿真模型并進行仿真實驗（a） 電感電流連續時主要波形（b） 電感電流斷流時主要波形5、 電路性能分析：傅立葉分析 傅立葉分析：傅里葉分析，又稱調和分析，是數學的一個分支領域。它研究如何將一個函數或者信號表達為基本波形的疊加。它研究并擴展傅里葉級數和傅里葉變換的概念。基本波形稱為調和函數，調和分析因此得名。在過去兩個世紀中，它已成為一個廣泛的主題，并在諸多領域得到廣泛應用,如信號處理、量子力學、神經科學等。 我們在Matlab得到的仿真波形中可以直接得出傅立葉分析出來的波形 以下為傅立葉分析圖（a）電感電流連

9、續時主要波形iLiTiDVL(b)電感電流斷流時主要波形iLiTiDVL六、小結為期一個半星期的電力電子課程設計結束了，雖然還帶著些許疑問，不過這一切可能在未來或者更為出色的人去探討，在這大四最后的一學期，也算是屈指可數的幾個設計了，留給我的印象是非常深刻的，不但還沒有學的透徹而且還有更多的需要探討。起初老師布置給我們的任務看似簡單明了，但是隨著課題的選擇就出現了麻煩，許多東西有印象但是卻不能去完整的表述和理解，在最開始就出現了麻煩；但是在我們繼續跟老師請教后我們還是選出了合適自己的課題；在復習了先前的知識以后，才對所要求的電路有一個大概的了解，可是，攔路虎始終都會出現，此次課程設計最核心的部

10、分就是用Matlab仿真，這個軟件我們卻從來沒用過，這對我們來說是一個很大的挑戰，在滿是英文的界面里尋找我們需要的模塊，給了我們好大的壓力，我們每天都纏著老師，讓他們在繼續教我們一下，回去又在宿舍里不斷練習，所謂勤能補拙，熟能生巧，應該也是這樣吧，幾天過去了，總算能很快找到模塊接好電路；出波形時，又很難調試出跟理論上相似的波形，為此我們上網查原因，去圖書館查資料，總算得出原因，大家一起努力得出了波形，感受到了科研出結果的艱辛與不易。對于此次課程設計，要特別感謝劉老師和蔣老師的悉心教導，在他們不厭其煩的教導下，我們才能在短期內比較靈活的使用軟件。以后還有很多路要走，我們要從此次課程設計得到的經驗來走好我們的將來的路。七、參考文獻1 朱桂萍,陳建業.電力電子電路的計算機仿真M.清華大學出版社, 20082 陳建業. 開關電源計算機仿真技術M.電子工業出版社, 20114 魏艷君.電力電子電路仿真-MATLAB 和PSpiceM.機械工業出版社,20125