电力电子技术项目实训设计报告模板3.docx

1、电力电子技术项目实训设计报告模板3课程设计说明书设计名称： 电力电子技术项目实训 题 目： DC/DC Buck- Boost变换器的 主电路和控制电路设计 学生姓名： 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 12（4）班 学 号： 指导教师： 屈莉莉 杨兆华 日 期： 2015 年 1 月 16 日课程设计任务书电气工程与自动化 专业 12 年级 4 班 一、设计题目 DC/DC Buck-Boost变换器的主电路和控制电路设计 二、主要内容设计一个DC/DC Buck-Boost变换器的主电路和控制电路，利用MATLAB/PSIM 仿真软件，对所设计的电路进行仿真验证。输入电压为20V ，

2、输出电压为10 V-40V ，纹波电压为输出电压的0.2% ，负载电阻为10，开关管选用MOSFET，工作频率为20KHz。三、具体要求1.根据DC/DC Buck- Boost变换器的工作原理设计电感电流连续情况下主电路参数；2.建立DC/DC Buck- Boost变换器仿真模型；3.研究MOSFET门极触发脉冲Vg、电感电压VL、电感电流iL、输出电压VO、MOSFET 电流iQ1、二极管电流iD1的波形，并对结果进行分析；4.仿真分析电感电流断续时的电路工作情况；5. 设计控制电路，保证输入电压或负载变化 20%时，输出电压保持不变，且纹波控制在 2%以内。根据电压负反馈控制的基本原则

3、，确定补偿网络传递函数的形式和参数大小，并用波特图验证所设计的闭环控制系统是否稳定；6撰写设计报告。四、进度安排1每个同学选定题目，独立查阅文献资料； （1天） 2熟悉仿真软件。 （1天） 3主电路参数设计； （2天）4建立主电路仿真模型和完成开环状态下仿真验证； （3天） 5控制电路参数设计； （2天）6建立控制电路仿真模型和完成闭环状态下仿真验证； （3天） 7编写不少于3000字的项目总结报告及提供仿真模型（电子版）； （2天）8总结与答辩。 （1天） 五、完成后应上交的材料1. 设计报告；2. 仿真模型（电子版）。六、总评成绩指导教师 签名日期 年 月 日系 主 任 审核日期 年 月

4、日目录1 设计任务和要求 11.1设计任务 11.2设计要求 12 DC/DC BuCK-Boost变换器主电路工作原理分析 2.1 2.2 3 DC/DC Buck-Boost变换器主电路参数设计 3.1 3.2 3.3 3.4 4主电路仿真模型及开环状态下仿真结果分析 4.1 4.2 5 DC/DC Buck-Boost变换器控制电路工作原理分析 5.1 5.2 6 DC/DC Buck-Boost变换器控制电路参数设计 6.1 6.2 7控制电路仿真模型及闭环状态下仿真结果分析 7.1 7.2 7.3 8结论及存在问题 8.1 8.2 参考文献 1 设计任务和要求1.1设计任务设计一个D

5、C/DC Buck- Boost变换器（如图1-1）的主电路和控制电路，利MATLAB/PSIM 仿真软件，对所设计的电路进行仿真验证。基本参数为：输入电压为20V ，输出电压为10 V 40V ，纹波电压为输出电压的0.2% ，负载电阻为10，开关管选用MOSFET，工作频率为20KHz。图1-1 Buck-Boost变换器主电路1.2设计要求 1.设计主电路，根据Buck- Boost变换器的工作原理 1）电感电流连续情况下，设计主电路参数； 2）建立DC/DC Buck- Boost变换器仿真模型； 3）研究MOSFET门极触发脉冲Vg、电感电压VL、电感电流iL、输出电压VO、MOSF

6、ET 电流iQ1、二极管电流iD1的波形，并对结果进行分析； 4）仿真分析电感电流断续时的电路工作情况。 2. 设计控制电路，保证输入电压或负载变化 20%时，输出电压保持不变，且纹波控制在 2%以内。根据电压负反馈控制的基本原则，确定补偿网络传递函数的形式和参数大小，并用波特图验证所设计的闭环控制系统是否稳定。2 DC/DC BuCK-Boost变换器主电路工作原理分析2.1 原理分析升降压斩波电路的原理图如图2-1所示。由可控开关V、储能电感L、二极管VD滤波电容C、负载电阻RL和控制电路等组成。图2-1 Buck-Boost电路原理图当开关管V收到控制电路的触发脉冲信号而处于通态时，电源

7、E经V向电感L供电，感应电势的极性为上正下负，二极管VD因反向偏置截止，储能电感L此时处于储能状态，将电能变换成磁能储存起来，电流从电源E的正端经V及L流回电源的负端。同时，电容C维持输出电压基本恒定并向负载RL供电。经过ton时间以后，开关管V受控而截止时，储能电感L自感电势的极性变为上负下正，二极管VD正向偏置而导通，储能电感L所存储的磁能通过VD向负载 RL释放，并同时向滤波电容C充电。经过时间Toff后，控制脉冲又使V导通，VD截止，L储能，已充电的 C向负载RL放电，从而保证了向负载的供电。此后，又重复上述过程。由上述讨论可知，这种升降压斩波电路输出直流电压V2的极性和输入直流电压升

8、降压斩波电路E的极性是相反的，故也称为反极性斩波电路。2.2电路运行状态分析 设电路中电感L值很大，电容C值也很大。使电感电流 iL和电容电压即负载电压u0基本为恒值。 稳态时，一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为零，即当V处于通态期间，uL=E；而当V处于断态期间，uL=uo。于是所以输出电压为改变占空比，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当01/2时为降压，当1/21时为升压，因此将该电路称作升降压斩波电路。也有文献直接按英文称之为buck-boost变换器 图2-2给出了电源电流uL和负载电流i1的波形，设两者的平均值分别为I1和I2，当电流脉动足够小时，有 由上式

9、可得 如果V、VD为没有损耗的理想开关时，则E I1 = U0 I2其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器。图2-2 升降压扎波电路的工作波形3 DC/DC Buck-Boost变换器主电路参数设计根据以上给定的参数值和假设，确定的参数初始设定值如下：取输入V1为20V，输出二V2为20V，输出电流I0为1A，可初步选择：开关频率fs = 20kHz T=5e-5 取负载电阻R1=10 3.1 占空比由=得， E20V，U020V，故0.53.2 电感L升降压斩波电路中，储能电感的电感量L若小于其临界电感Lmin，其后果会使流过储能电感的电流iL不连续，引起开关管、二极管以及储能电感两端的

10、电压波形出现台阶。这种有台阶的波形，将导致直流交换器输出电压纹波增大，电压调整率变差。为了防止上述不良情况的出现，储能电感的电感量L应按L1.3Lmin选取。根据临界电感Lmin的定义可知，当储能电感的电感量LLmin时，通过储能电感的电流iL都是从零线性增加至其峰值电流iLmax，而开关管截止期间，iL却由iLmax下降到零。在这种情况下，不仅iL不会间断，而且开关管、二极管和电感两端电压的波形也不会出现台阶，流过储能电感的电流iL的平均值IL正好是其峰值电流iLmax的一半。，LLmin，IL00代入公式（3）得 （6）根据电荷守恒定律，电路处于周期稳态时，储能电感在开关管Q截止期间（to

11、ff期间）所释放的总电荷量等于负载在一个周期(T)内所获得的电荷总量，即I L t=I0 T (7)由公式（6）（7）可得取I01A，toff（10.4615）T则故另进一步按公式: 即 -36=L1*-0.1/(2.5e-5*0.5)故可取 L14.5mH 电容C升降压斩波电路中，对于二极管D的电流iD和输出电压V2，二极管截止时(即ton期间)，电容C放电，V2下降；而二极管导通时(即toff期间)，电容C充电，V2上升。在此期间，流过二极管的电流iD等于储能电感的电流iL。设流过C的电流为ico，则 （8）(2)式代入(8)式得 通过ico求出toff期间C充电电压的增量，就可得到输出脉

12、动电压峰峰值UPP，即（9） 由于 ； 由(19)式得到：（10）滤波电容的电容量C0可根据给定的输出脉动电压峰峰值UPP的允许值，按(10)式计算，即（11）选用电容器时，应注意其耐压是否符合电路的要求，在高频应用时，还应考虑电容器本身的串联等效电阻和阻抗频率特性。进一步按公式: 即 36/36=C1*3.6/(2.5e-5*0.5)确定 C1=10.4uF附：图、表和参考文献格式要求图1-1 基本蚁群算法的流程图（a）多谐振荡器 (b)工作波形 图2-1 555多谐振荡器表2-1异端电压供电：（V=5V,R2=2K）电压V+V-Vout4.82.52.23.484.642.322.23.464.372.182.20.01参考文献1 孔鹏. Visual C+ 6.0完全自学手册M. 北京:机械工业出版社, 2007.2 于兴. 一种改进的遗传算法及其在TSP求解中的应用D. 山东：山东大学, 2006.3 单源最短路径算EB/OL. 4 孙力,须文波. 量子搜索算法体系及其应用J. 计算机工程与应用,2006,14(2):55-57.