由IGBT 组成的升压变换器的建模及应用仿真 摘要：根据电力电子技术的原理，升压式变换器的输出电压0U 高于输入电源电压i U ，控制开关与负载并联连接，与负载并联的滤波电容必须足够大，以保证输出电压恒定，储能电感也要很大，以保证向负载提供足够的能量。在设计中，采用绝缘栅双极型晶体管IGBT 作为开关管，它既具有输入阻抗高，速度快，热稳定性好，驱动电路简单，又具有通态电压低，耐压高，流通大电流等优点。 关键词：升压变换器 IGBT Matlab 建模 一、设计内容 1. 设计原理 图1 升压变换器电路图 图1是升压变换器的电路图，其中i U 为输入直流电源，S 为开关管（在本设计中使用IGBT 作为开关管），在外部脉冲信号的激励下工作于开关状态。 当开关管S 导通，输入电流流经电感L 和开关管S ，开关管两端的电压降为零，电感两端产生电压降，电感电流开始线性增长，电感开始储存能量，此时二级管VD 处于关断状态。 当开关管S 截止，由于电感电流的连续性，电感L 的线圈产生的磁场将改变线圈两端的极性，以保持电感电流不变，因此电感电压在这一时段出现负电压，此电压是由线圈的磁能转化而成的，它与电源i U 串联，以高于i U 的电压向电路的后级供电，使电路产生了升压作用。此时，电感向后级释放能量，电感电流不断减小，电感电流通过二极管VD 到达输出端后，一部分为输出提供能量，一部分为电容充电。
这是升压变换器的一个工作周期，此后变换器重复上述过程工作至稳态过程。 2. 输出电压与输入电压的关系 若开关管导通时间on t ，关断时间off t ,开关工作周期off on t t +=T 。定义占空比 为： ,升压比为： 。理论上电感储能与释放能量相等，所以当电感电流连续时，输出电压： 3. 参数设置 （1）电源电压设置为直流24V ； （2）储能电感设置为3.6E-4 H ； （3）RC 负载设置：R 为24Ω；C 为5.4E-5 F ； （4）脉冲信号发生器设置：Pulse type 、Time(t)、Amplitude 、Phase delay(secs)均采用默认设置，Period(secs)设置为25e-6，Pulse Width(﹪ of Period)设置为20。 （5）二极管，IGBT ，电压、电流测量量均采用默认值。 4. 仿真目的 （1）观察占空比变化对输出电压的影响。 更改脉冲发生器中的周期参数，在占空比为20％，40％，60％，80％时，观察波形，估计输出电压的值。 （2）观察开关频率变化对输出电压纹波的影响。 占空比恢复为40％，将脉冲发生器输出驱动信号的频率改为原来的一半（20KHz ）和二倍（80KHz ），观测并估计两种条件下电压纹波的大小。 （3）观察滤波参数变化对输出电压纹波的影响。 将脉冲发生器输出驱动信号的频率恢复为40KHz ，将滤波电容值改为原来的一半和二倍，观测并估计两种条件下电压纹波的大小。 （4）观察负载阻值变化对输出电压纹波的影响。 将滤波电容值恢复为5.4E-5 F ，将负载阻值改为原来的一半和二倍，观测两种条件下电压纹波的变化并估计其大小。 结合仿真结果说明开关频率、滤波参数以及负载大小的变化对输出电压纹波的影响，并用输出电压纹波的公式验证仿真结果。 T t D on =D M -=11i off U t T U =-=i U D 110
直流调速器的工作原理 The manuscript was revised on the evening of 2021
直流调速器的工作原理 直流调速器就是调节直流电动机速度的设备，上端和交流电源连接，下端和直流电动机连接，直流调速器将交流电转化成两路输出直流电源，一路输入给 直流电机砺磁（定子），一路输入给直流电机电枢（转子），直流调速器通过控制电枢直流电压来调节直流电动机转速。同时直流电动机给调速器一个反馈电流，调速器根据反馈电流来判断直流电机的转速情况，必要时修正电枢电压输出，以此来再次调节电机的转速。 直流电机的调速方案一般有下列3种方式： 1、改变电枢电压；（最长用的一种方案） 2、改变激磁绕组电压； 3、改变电枢回路电阻。 其实就是可控硅调压电路，电机拖动课本上非常清楚了 直流调速分为三种：转子串电阻调速，调压调速，弱磁调速。 转子串电阻一般用于低精度调速场合，串入电阻后由于机械特性曲线变软，一般在倒拉反转型负载中使用 调压调速，机械特性曲线很硬，能够在保证了输出转矩不变的情况下，调整转速，很容易实现高精度调速 弱磁调速，由于弱磁后，电机转速升高，因此一般情况下配合调压调速，与之共同应用。缺点调速范围小且只能增速不能减速，控制不当易发生飞车问题。 直流调速器 直流调速器是一种电机调速装置，包括电机直流调速器,脉宽直流调速器,可控硅直流调速器等.一般为模块式直流电机调速器，集电源、控制、驱动电路于一体，采用立体结构布局，控制电路采用微功耗元件，用光电耦合器实现电流、电压的隔离变换，电路的比例常数、积分常数和微分常数用PID适配器调整。该调速器体积小、重量轻，可单独使用也可直接安装在直流电机上构成一体化直流调速电机，可具有调速器所应有的一切功能。 直流调速器使用条件 ? 1.海拔高度不超过00米。（超过0米，额定输出值有所降低） 2.周围环境温度不高于℃不低于-10℃。
湖南工学院 课程设计说明书 课题名称：直流升压斩波电路的设计专业名称：自动化 学生班级：自本0903班 学生姓名：曾盛 学生学号： 09401040322 指导教师：桂友超
电力电子技术课程设计任务书 一、设计任务和要求 （1）熟悉整流和触发电路的基本原理，能够运用所学的理论知识分析设计任务。 （2）掌握基本电路的数据分析、处理；描绘波形并加以判断。 （3）能正确设计电路，画出线路图，分析电路原理。 （4）广泛收集相关资料。 （5）独立思考，刻苦专研，严禁抄袭。 （6）按时完成课程设计任务，认真、正确的书写课程设计报告。 二、设计内容 （1）明确设计任务，对所要设计地任务进行具体分析，充分了解系统性能，指标要求。 （2）制定设计方案。 （3）迸行具体设计：单元电路的设计；参数计算；器件选择；绘制电路原理图。 （4）撰写课程设计报告（说明书）：课程设计报告是对设计全过程的系统总结。 三、技术指标 斩波电路输出电压为340±5V，直流升压斩波电路输入电压为直流流24V~60V，输出功率为100W。
绪论 ........................................................... - 1 - 第1章直流升压斩波电路的设计思想 .............................. - 3 - 1.1直流升压斩波电路原理..................................... - 3 - 1.2参数计算................................................. - 4 - 第2章直流升压斩波电路驱动电路设计 ............................ - 5 - 第3章直流升压斩波电路保护电路设计 ............................ - 6 - 3.1过电流保护电路........................................... - 6 - 3.2过电压保护电路........................................... - 6 - 第4章直流升压斩波电路总电路的设计 ............................ - 7 - 第5章直流升压斩波电路仿真 .................................... - 8 - 5.1仿真模型的选择........................................... - 8 - 5.2仿真结果及分析........................................... - 8 - 第6章设计总结 ............................................... - 10 - 参考文献 ...................................................... - 11 - 附录：元件清单 ................................................ - 12 -
中国石油大学胜利学院电力电子和拖动技术课程设计总结报告题目：设计MOSFET升压变换电路 学生姓名： 系别：电气信息工程系 专业年级： 2015级电气工程及其自动化专业专升本1班 指导教师： 2015年12月 5日
一、实验目的和要求 目的： (1)加深理解MOSFET升压变换电路的工作原理。 (2)掌握MOSFET升压斩波参数选取 (3)掌握设计MOSFET升压变换电路方法 (4)掌握用MATLAB仿真升压变换电路的调试步骤和方法。 (5)熟悉升压变换电路输出电压电流波形及电感的电压电流波形。要求： (1)输入电压4-6V，输出电压15V，纹波电压为输出电压的0.2%。 (2) R=10Ω，频率40Hz。 (3)电流连续。 三、实验设备及仪器 电力MOSFET Matlab仿真软件 四、实验线路及原理 4.1 电路图 图（1）升压变换电路图
4.2 电路理想波形图分析 图（2）升压斩波电路的波形图 4.3 工作原理 T是电力MOSFET，假设L和C值很大。T处于通态时，电源E向电感L充电，电流恒定I1，电容C向负载R供电，输出电压Uo恒定。 T处于断态时，电源E和电感L同时向电容C充电，并向负载提供能量。 首先假设电感L值很大，电容C值也很大。T导通时，电源向L充
电，充电基本恒定为1I ,同时电容C 上的电压向负载R 供电，因C 值很大， 基本保持输出电压o u 为恒值，记为o U 。设T 处于通态的时间为on t ，此阶 段电感L 上积储的能量为1on EI t 。当T 处于段态时E 和L 共同向电容C 充 电，并向负载R 提供能量。设T 处于段态的时间为off t ，则在此期间电感 L 释放的能量为01()off U E I t -。当电路工作于稳态时，一个周期T 中电感L 积储的能量于释放的能量相等，即 101()on off EI t U E I t =- （1-1） 化简得 on off 0off off t t T U E E t t +=＝ （1-2） 上式中的off /1T t ≥，输出电压高于电源电压。式（1-1）中off /T t 为升 压比，调节其大小即可改变输出电压o U 的大小。 4.4 数量关系: 设T 通态的时间为on t ,此阶段L 上积蓄的能量为： 设T 断态的时间为off t ,则此期间电感L 释放能量为： 稳态时，一个周期T 中L 积蓄能量与释放能量相等,即： 化简，得 （1-3） /1off T t >，输出电压高于电源电压，故为升压斩波电路。 on t EI 1()off 1o t I E U -off o on t I E U t EI 11)(-=t
学号 天津城建大学 控制系统仿真 大作业 直流升压变换器的MATLAB仿真 学生姓名 班级 成绩 控制与机械工程学院 2014年 6 月 20 日
目录 一、绪论 (1) 二、仿真电路原理图及原理 (1) 三、所使用的Matlab工具箱与模块库 (2) 四、模块参数设定 (2) 五、模块封装与仿真框图搭建 (2) 六、仿真结果 (6) 七、结论 (6) 八、参考文献 (7)
一、绪论 在电力电子技术中，将直流电的一种电压值通过电力电子变换装置变换为另一种固定或可调电压值的变换，成为直流-直流变换。直流变换的用途非常广泛，包括直流电动机传动、开关电源、单相功率因数校正，以及用于其它领域的交直流电源。 根据电力电子技术原理，升压式（Boost ）斩波器的输出电压0u 高于输入电源电压s u ，控制开关与负载并联连接，与负载并联的滤波电容必须足够大，以保证输出电压恒定，储能电感也要很大，以保证向负载提供足够的能量。 若升压式斩波器的开关导通时间on t ，关断时间off t ，开关工作周期off on t t T +=。定义占空比或导通比/T t D on =，定义升压比S o /U U =α 。根据电力电子技术的原理，理论上电感储能与释放能量相等，有s s off o u 1u t T β==U ，升压比的倒数T t 1 off ==αβ。还有，1D =+β。由此可见，当s u 一定时，改变β就可以调节0u 。当const T =时，调β就是调off t ，或调on t 也是调β，也就改变了0u ，这就是升压式斩波器的升压工作原理。 二、仿真电路原理图及原理 原理图如图1所示：假设L 值、C 值很大，V 通时，E 向L 充电，充电电流恒为1 I ，同时C 的电压向负载供电，因C 值很大，输出电压0u 为恒值，记为0u 。设V 通的时间为on t ，此阶段L 上积蓄的能量为on 1t EI 。 图1 V 断时，E 和L 共同向C 充电并向负载R 供电。设V 断的时间为off t ，则此期间电感L 释放能量为()off 10t I E -u ，稳态时，一个周期T 中L 积蓄能量与释放能量能量相等。化简得 ()off 10on 1t I E -u t EI =，E t T E t t t off off off on o =+=U ，1T/t off ≥，输出电压高于电源电 压，故称为升压斩波电路。也称为boost chooper 变换器。
一、什么是直流调速器? 直流调速器就是调节直流电动机速度的设备, 由于直流电动机具有低转速大力矩的特点,是交流电动机无法取代的, 因此调节直流电动机速度的设备—直流调速器,具有广阔的应用天地。 二、什么场合下要选择使用直流调速器? 下列场合需要使用直流调速器: 1．需要较宽的调速范围。 2. 需要较快的动态响应过程。 3. 加、减速时需要自动平滑的过渡过程。 4. 需要低速运转时力矩大。 5. 需要较好的挖土机特性，能将过载电流自动限止在设定电流上。 以上五点也是直流调速器的应用特点。 三、直流调速器应用: 直流调速器在数控机床、造纸印刷、纺织印染、光缆线缆设备、包装机械、电工机械、食品加工机械、橡胶机械、生物设备、印制电路板设备、实验设备、焊接切割、轻工机械、物流输送设备、机车车辆、医设备、通讯设备、雷达设备、卫星地面接受系统等行业广泛应用。 四、直流调速器工作原理简单介绍： 直流调速器就是调节直流电动机速度的设备，上端和交流电源连接，下端和直流电动机连接，直流调速器将交流电转化成两路输出直流电源，一路输入给直流电机砺磁（定子），一路输入给直流电机电枢（转子），直流调速器通过控制电枢直流电压来调节直流电动机转速。同时直流电动机给调速器一个反馈电流，调速器根据反馈电流来判断直流电机的转速情况，必要时修正电枢电压输出，以此来再次调节电机的转速。 五、直流电机的调速方案一般有下列3种方式：1、改变电枢电压；2、改变激磁绕组电压；3、改变电枢回路电阻。 最常用的是调压调速系统，即1（改变电枢电压）. 六、一种模块式直流电机调速器，集电源、控制、驱动电路于一体，采用立体结构布局，控制电路采用微功耗元件，用光电耦合器实现电流、电压的隔离变换，电路的比例常数、积分常数和微分常数用PID适配器调整。该调速器体积小、重量轻，可单独使用也可直接安装在直流电机上构成一体化直流调速电机，可具有调速器所应有的一切功能。
第一部分并励直流电动机的工作原理 并励直流电机的励磁绕组和电枢绕组相并联，作为并励发电机来说，是电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电；作为并励电动机来说，励磁绕组和电枢共用同一电源，从性能上讲和他励直流电动机相同。 导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。 当电枢转了180°后，导体 cd转到 N极下，导体ab转到S极下时，由于直流电源供给的电流方向不变，仍从电刷 A流入，经导体cd 、ab 后，从电刷B流出。这时导体cd 受力方向变为从右向左，导体ab 受力方向是从左向右，产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向。 因此，电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向作用，直流电流交替地由导体 ab和cd 流入，使线圈边只要处于N 极下，其中通过电流的方向总是由电刷A 流入的方向，而在S 极下时，总是从电刷 B流出的方向。这就保证了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向，从而形成一种方向不变的转矩，使电动机能连续地旋转。这就是直流电动机的工作原理。 转速电流双闭环原理 转速、电流双闭环直流调速系统的组成，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。 从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。 这就形成了转速、电流双闭环调速系统。 限幅的作用： 转速调节器ASR的输出限幅电压U*im －－电流给定电压的最大值，即限制了最大电流； τ电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm －－Uc的最大值，即限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。 第二部分 PID算法的基本原理 PID调节器各校正环节的作用 1、比例环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，调节 器立即产生控制作用以减小偏差。 2、积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分 时间常数TI，TI越大，积分作用越弱，反之则越强。 3、微分环节：能反应偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的值变得太 大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减 小调节时间。 下面对控制点所采用的PID控制算法进行说明。
2--Buck直流变换器的工作原理及动态建模
2 Buck直流变换器的工作原理及动态建模 2.1 DC/DC变换器的概念7【】15【】19【】 将一个固定的直流电压变换成可变的直流 电压称之为DC/DC变换，亦称为直流斩波。用斩波器斩切直流的基本思想是：如果改变开关的 动作频率，或者改变直流电流通和断的时间比例，就可以改变加到负载上的电压、电流的平均值。Buck变换器又称降压变换器、串连开关稳压电源、三端开关型降压稳压器。 基本的DC/DC变换器按输入输出之间是否有电气隔离可分为两类：隔离型DC/DC变换器和非隔离型DC/DC变换器。非隔离型DC/DC 变换器中存在四种基本的变换器拓扑，它们是降压式（Buck）型,升压式(Boost)型,升降压式(Buck-boost)型,Cuk型，此外还有Sepic型和Zeta型变换器。 2.2 二电平Buck直流变换器的工作原理及主电路图2【】13【】25【】26【】 1 主电路拓扑 Buck变换器是一种输出电压等于或小于输入电压的单管非隔离直流变换器。它的拓扑为电压源、串联开关和电流负载组合而成。如图2.1所示： 图2.1 Buck电路主电路拓扑 为了分析稳态特性，简化推导公式的过程，特作
如下假定。 (1) 开关晶体管、二极管均是理想元件。也就是可以瞬间的导通和截至，而且导通时降压为零，截至时漏电流为零。 (2) 电感、电容是理想元件。电感工作在线性区而未饱和，寄生电阻为零，电容的等效串联电阻为零。 (3) 输出电压中的纹波电压与输出电压的比值小到允许忽略。 Buck 变换器的工作原理：当开关管S 导通时，电容开始充电，i U 通过向负载传递能量，此时，L i 增加，电感内的电流逐渐增加，储存的磁场能量也逐渐增加，而续流二极管因反向偏置而截至；当S 关断时，由于电感电流L i 不能突变，故L i 通过二极管VD 续流，电感电流逐渐减小，由于二极管VD 的单向导电性，L i 不可能为负，即总有L 0i ,从而可在负载上获得单极性的输出电压。 根据晶体管的开关特性，在管子的基极加入开关信号，就能控制它的导通和截至，对于NPN 晶体管，当基极加入正向信号时，将产生积极电流b i ，基极正向电压电压升高，b i 也随之升高，b i 达到一定数值后，集电极电流c i 达到最大值，其后继续增加b i ，b i 基本上保持不变，这种现象称为饱和。在饱和状态下，晶体管的集射极电压很小，可以忽略不计。因此晶体管的饱和状态相当于开关的接通状态。当基极加入反向偏压时，晶体管截至，集电极电流c i 接近于零，而晶体管的集射极电压接近于电源电压。晶体管的这种状态相当于开关的断开状态，通常称为截至状态，或称为关断状态。 2.3 Buck 变换器的工作模式 5【】8【】27【】29【】 由Buck 变换器的工作原理可以看出，电感可以工作在电流连续的方式下，也可能工作在电流
电感升压型变换器的优点以及缺点电感升压式变换器的优点如下所述： 1.效率高，可达到80%～85％，比开关电容升压式高15％左右。 2.由于输出电压高，一般可以恒流驱动串联的LED，并保证其亮度致。LED可以是一串，也可以是先串后并的几串，根据其输出功率的大小和LED的电流，确定所能驱动的LED总数，例如美信公司的MAXl848最多可以驱动39只LED。 3.能在较宽的输入电压范围内，保证输出电流稳定，并做到与LED 要求的电流相匹配。 4.一般电路还具有调光功能(调节LED电流)以及一些保护功能，如LED开路保护、短路保护、输出过压保护等，视具体芯片型号而定。 电感升压式变换器的缺点如下所述。 ①在电感升压变换器中需要采用电感升压，一般电感的体积较大，在整个PcB面积中占较大的比例，价格也比阻容元件贵得多。为了降低电感的尺寸，一般都选用较高的开关频率，约在IMHz附近，这对电感所用的铁氧体磁芯的要求较高，要能工作于]MHz的高频上，根据流过电感的电流选择台适的磁芯尺寸，以尽量减少它的涡流损耗和磁滞损耗，降低电 感的发热量。目前已有专门的供应商生产电感量一定、允许通过一定电流的电感。我们在介绍具体Ic芯片时会给出一些供应商提供的电感参数及尺寸实例．以增加读者对这种电感的感性认识。 ②所能驱动的二极管串中LED的个数受虽高输出电压的限制，如输
出电压为40V．串接的白光LED不黄变灯条胶灯珠个数不超过13个。输出电流则受输出功率的限制，在大电流下要考虑PcB铜皮走线的宽度，以免因电流密度过大而烧毁走线铜皮。 ③流过电感的输入电流是一些重复频率很高的三角波，像有源功率因数校正电路样会产生比较高的电磁干扰(EM])。在连续导透模式下，输入电流起伏较小，干扰较轻：在断续导通模式下，输入电流起伏较大：干扰较重。为满足对驱动电路的电磁兼容要求，在电路的输入端需要加抗电磁干扰的滤波电路。为了防止电磁辐射，电感还要加磁屏蔽。不过由于电流三角波的频率基本上是固定的，尤其在连续导通模式F，电流是连续的，起伏较小，且电路的功率较低，所以它所造成的电磁辐射干扰及传导干扰，要比在有源功率因数校正电路中轻得多。
德国西门子直流调速装置的工作原理 直流调速器的工作原理 直流调速器就是调节直流电动机速度的设备，上端和交流电源连接，下端和直流电动机连接，直流调速器将交流电转化成两路输出直流电源，一路输入给直流电机砺磁（定子），一路输入给直流电机电枢（转子），直流调速器通过控制电枢直流电压来调节直流电动机转速。同时直流电动机给调速器一个反馈电流，调速器根据反馈电流来判断直流电机的转速情况，必要时修正电枢电压输出，以此来再次调节电机的转速。 调速方案一般有下列3种方式 1、改变电枢电压；（最长用的一种方案） 2、改变激磁绕组电压； 3、改变电枢回路电阻。 直流调速分为三种：转子串电阻调速，调压调速，弱磁调速。 转子串电阻一般用于低精度调速场合，串入电阻后由于机械特性曲线变软，一般在倒拉反转型负载中使用 调压调速，机械特性曲线很硬，能够在保证了输出转矩不变的情况下，调整转速，很容易实现高精度调速 弱磁调速，由于弱磁后，电机转速升高，因此一般情况下配合调压调速，与之共同应用。缺点调速范围小且只能增速不能减速，控制不当易发生飞车问题。 直流调速器是一种电机调速装置，包括电机直流调速器,脉宽直流调速器,可控硅直流调速器等.一般为模块式直流电机调速器，集电源、控制、驱动电路于一体，采用立体结构布局，控制电路采用微功耗元件，用光电耦合器实现电流、电压的隔离变换，电路的比例常数、积分常数和微分常数用PID适配器调整。该调速器体积小、重量轻，可单独使用也可直接安装在直流电机上构成一体化直流调速电机，可具有调速器所应有的一切功能。 直流电动机的工作原理图。 （1）构成： 磁场：图中 N和 S是一对静止的磁极，用以产生磁场，其磁感应强度沿圆周为正弦分布。 励磁绕组;--; 容量较小的发电机是用磁铁做磁极的。容量较大的发电机的磁场是
华侨大学厦门工学院毕业设计(论文)开题报告 系：电气系专业班级：11级电气1班姓名 曾俊杰 学号 1102101042 指导 教师 王国玲 职称 学历 副教授 课题名称 单管反激式直流变换器研究 毕业设计（论文）类型（划√） 工程设计 应用研究 开发研究 基础研究 其他
√ 本课题的研究目的和意义： 目的：高效反激式开关电源以其电路抗干扰、高效、稳定性好、成本低廉等许多优点，特别适合小功率的电源以及各种电源适配器，具有较高的实用性。随着电力电子技术的发展，工作在高频的开关电源己经广泛应用于电气和电子设备的各个领域。开关电源设计的目的是通过能量处理将输入能量变化为所需要的能量输出，通常的形式是产生一个符合要求的输出电压，这个输出电压的值不能受输入电压或者负载电流的影响。 意义：在开关电源设计初期，采用的都是分立元件，集成度很低，大部分电路只能在PCB 版上实现，极大的限制了小型化实现的可能。而且大量器件暴露在外，也影响了系统的稳定性。近年来，为了实现更高的效率和更小的体积，开关电源的工作频率有了很大的提高。高工作频率能够减小外围电感和电容的大小，从而减少系统的体积。 文献综述（国内外研究情况及其发展）： 随着电力电子技术的发展，开关电源的应用越来越广泛。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关稳压电源有多种类型，其中单端反激式开关电源由于具有线路简单，所需要的元器件少，能够提供多路隔离输出等优点。开关电源是通过开关管关断和导通实现电压和电流变换的装置，亦称无工频变压器的电源，利用体积很小的高频变压器来实现电压变化及电网隔离。开关电源具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点，代表着当今稳压电源的发展方向，已成为稳压电源的主导产品。 随着集成电路的发展，开关电源逐渐向集成化方向发展，趋于小型化和模块化。反激变压器的设计是一个难点，其往往导致电源设计周期延长。随着PI公司生产的以TOPSwitch为代表的新一代单片开关电源的问世，以上诸多问题都得到了很好的解决。应用TOPSwitch-HX 设计开关电源，不仅器件更少，结构更简单，发热量更少，工作更可靠，采用该系列芯片已成为一种高效的反激式开关电源设计方案。1977年国外首先研制成脉宽调制(PWM)控制器集成电路，美国Motorola公司、Silicon General公司、Unitrode公司等相继推出一系列PWM芯片。近些年来，国外研制出开关频率达1MHz的高速PWM、PFM芯片。第二个方向是实现中、小功率开关电源单片集成化。1994年，美国电源集成公司(Power Integrations)在世界上率先研制成功三端隔离式PWM型单片开关电源，其属于AC/DC电源变换器。之后相继推出TOPSwitch、TOPSwitch-II、TOPSwitch-Fx、TOPSwitch-GX、PeakSwitch、LinkSwitch等系列产品。意-法半导体公司最近也开发出VIPer100、VIPer100A、VIPer100B等中、小功率单片电源系列产品，并得到广泛应用。 本课题的主要研究内容（提纲）和成果形式： 1.复习、自学模拟电子技术、电力电子技术、自动控制理论、电路的仿真等方面有关书籍，理解掌握电路仿真软件的使用，如Pspice、Saber等。 2.重点学习Buck-Boost型功率变换器与反激式功率变换器的基本原理、功率电路与控制电路的设计方法与实现，控制电路的稳定性设计等。
开题报告 一背景 直流变换器是一种将模拟量转变为数字量的半导体元件。按功能可分为:升压变换器、降压变换器和升降压变换器。在燃料电池汽车中主要采用升压变换器。变换器首先通过电力电子器件将直流电源转变成交流电(AC),一般称作逆变,然后通过变压器(升压比为1∶n)升压,最后通过整流、滤波电路产生变压后的直流电,以供负载使用. 直流转换器与一般的变换器相比，具有抗干扰能力强、可靠性高、输出功率大、品种齐全等特点，用途广泛，输入输出完全隔离，输出多路不限，极性任选。宽范围输入变换器是专为满足输入电压变化范围较大场合需要而开发的一种直流稳压电源,其输入直流电压可以在DC100V-375V宽范围内变动而保证输出电压的稳定性.此外,这种电源体积小,重量轻、保护功能完善,具有良好的电磁兼容性。本身具有过流、过热、短路保护。多档输出的变换器,它不仅提供电源而且有振铃和报警功能。该变换器分为军用、工业及商业三个品级，在诸如通信机房、舰船等蓄电池供电的场合极为适用。直流—直流变换器(DC/DC Converter)早在10年前就做成了元器件式样,在系统中损坏 时可以卸下更换。目前,它正从低技术、元器件型转向高技术、插件(Building black)型发展。系统设计师在开始方案设计阶段就要考虑系统究竟需要什么样的电源输入、输出?DC/DC变换器作为子系统的一个部件,应该更仔细地规定它的指标以及要付出多少费用。有趣的是,全球声称可供给军用DC/DC变换器的厂家超过300家,但却没有两
种产品是相同的,这给系统设计师选用该产品时造成困难。设计师们考虑的最重要的事是:对产品的性能价格比进行综合平衡,决定取舍。需求和市场决定制造厂的发展战略目前,对制造厂家而言,面临着要求降低噪声、减小尺寸以及提高功率和效率的挑战和市场竞争。现扼要介绍几家公司的做法。当今,在任何一个计算机系统中,各种电源都是以插件形式出现的。供应厂商均按用户的要求作相应改动以适应需求。DC/DC直流变换器的军品市场占很大比重,但增长缓慢。分析家们预测:到1996年,DC/DC变换器最大市场将是计算机和通信领域。 美国InterPoint公司的研究开发战略是:针对军用及宇航系统应用,提供一种更便宜、功率更大、性能更好的产品,它们比现有DC/DC 变换器有全面改进。预计今后几年的实际问题仍是产品价格。采用模块化方法可以降低成本,同时提高DC/DC变换器输出功率。一些应用系统要求功率高达2KW,如果采用200W的产品去构建系统,至少要10～12个产品,既麻烦也影响系统可靠性。该公司认为必须研制出功率比200W大2～3倍的大功率电源,而且单件成本控制在1.3～1.7倍才合适。 模块化方法,可以通过消除非重复工程成本(NRE)使系统成本降低。这种模块化的器件也是分布式供电系统的基本构件。鉴于分布式供电比集中供电系统有更多优点,而绝大多数应用系统要求在母线级上直流电压要分别供给不同逻辑电路各种电压,例如+5V、+12V、+3.3V 等等。一些厂家利用板级(on-Card)DC/DC变换器来实现,另一些供应商则把几种输出合在一起,把电源放在靠近需要供电的电路板上。
直流调速器工作原理 直流调速器就是调节直流电动机速度的设备，上端和交流电源连接， 下端和直流 电动机连接， 直流调速器 将交流电转 化成两路输 出直流电源， 一路输入给 直流电机砺磁（定子），一路输入给直流电机电枢（转子），直流调速器通过控制电枢直流电压来调节直流电动机转速。同时直流电动机给调速器一个反馈电流，调速器根据反馈电流来判断直流电机的转速情况，必要时修正电枢电压输出，以此来再次调节电机的转速。 调速方案一般有下列3种方式 1、改变电枢电压；（最长用的一种方案） 2、改变激磁绕组电压； 3、改变电枢回路电阻。 直流调速分为三种：转子串电阻调速，调压调速，弱磁
调速。 转子串电阻一般用于低精度调速场合，串入电阻后由于机械特性曲线变软，一般在倒拉反转型负载中使用调压调速，机械特性曲线很硬，能够在保证了输出转矩不变的情况下，调整转速，很容易实现高精度调速弱磁调速，由于弱磁后，电机转速升高，因此一般情况下配合调压调速，与之共同应用。缺点调速范围小且只能增速不能减速，控制不当易发生飞车问题。 直流调速器是一种电机调速装置，包括电机直流调速器,脉宽直流调速器,可控硅直流调速器等.一般为模块式直流电机调速器，集电源、控制、驱动电路于一体，采用立体结构布局，控制电路采用微功耗元件，用光电耦合器实现电流、电压的隔离变换，电路的比例常数、积分常数和微分常数用PID适配器调整。该调速器体积小、重量轻，可单独使用也可直接安装在直流电机上构成一体化直流调速电机，可具有调速器所应有的一切功能。 直流调速器使用条件 1.海拔高度不超过1000米。（超过1000米，额定输出电流值有所降低） 2.周围环境温度不高于40℃不低于-10℃。 3.周围环境相对湿度不大于85[%]，无水凝滴。 4.没有显着震动和颠簸的场合。
DC/DC 变换器的概念7【】15【】19【】 将一个固定的直流电压变换成可变的直流电压称之为DC/DC 变换，亦称为直流斩波。用斩波器斩切直流的基本思想是：如果改变开关的动作频率，或者改变直流电流通和断的时间比例，就可以改变加到负载上的电压、电流的平均值。Buck 变换器又称降压变换器、串连开关稳压电源、三端开关型降压稳压器。 基本的DC/DC 变换器按输入输出之间是否有电气隔离可分为两类：隔离型DC/DC 变换器和非隔离型DC/DC 变换器。非隔离型DC/DC 变换器中存在四种基本的变换器拓扑，它们是降压式（Buck ）型,升压式(Boost)型,升降压式(Buck-boost)型,Cuk 型，此外还有Sepic 型和Zeta 型变换器。 二电平Buck 直流变换器的工作原理及主电路图2【】13【】25【】26【】 1 主电路拓扑 Buck 变换器是一种输出电压等于或小于输入电压的单管非隔离直流变换器。它的拓扑为电压源、串联开关和电流负载组合而成。如图所示： 图 Buck 电路主电路拓扑 为了分析稳态特性，简化推导公式的过程，特作如下假定。 (1) 开关晶体管、二极管均是理想元件。也就是可以瞬间的导通和截至，而且导通时降压为零，截至时漏电流为零。 (2) 电感、电容是理想元件。电感工作在线性区而未饱和，寄生电阻为零，电容的等效串联电阻为零。 (3) 输出电压中的纹波电压与输出电压的比值小到允许忽略。 Buck 变换器的工作原理：当开关管S 导通时，电容开始充电，i U 通过向负载传递能量，此时，L i 增加，电感内的电流逐渐增加，储存的磁场能量也逐渐增加，而续流二极管因反向偏置而截至；当S 关断时，由于电感电流L i 不能突变，故L i 通过二极管VD 续流，电感电流逐渐减小，由于二极管VD 的单向导电性，L i 不可能为负，即总有L 0i ,从而可在负载上获得单极性的输出电压。 根据晶体管的开关特性，在管子的基极加入开关信号，就能控制它的导通和截至，对于NPN 晶体管，当基极加入正向信号时，将产生积极电流b i ，基极正向电压电压升高，b i 也随之升高，b i 达到一定数值后，集电极电流c i 达到最大值，其后继续增加b i ，b i 基本上保持不变，这种现象称为饱和。在饱和状态下，晶体管的集射极电压很小，可以忽略不计。因此晶体管的饱和状态相当于开关的接通状态。当基极加入反向偏压时，晶体管截至，集电极电流 c i 接近于零，而晶体管的集射极电压接近于电源电压。晶体管的这种状态相当于开关的断开 状态，通常称为截至状态，或称为关断状态。
由IGBT 组成的升压变换器的建模及应用仿真 摘要：根据电力电子技术的原理，升压式变换器的输出电压0U 高于输入电源电压i U ，控制开关与负载并联连接，与负载并联的滤波电容必须足够大，以保证输出电压恒定，储能电感也要很大，以保证向负载提供足够的能量。在设计中，采用绝缘栅双极型晶体管IGBT 作为开关管，它既具有输入阻抗高，速度快，热稳定性好，驱动电路简单，又具有通态电压低，耐压高，流通大电流等优点。 关键词：升压变换器 IGBT Matlab 建模 一、设计内容 1. 设计原理 图1 升压变换器电路图 图1是升压变换器的电路图，其中i U 为输入直流电源，S 为开关管（在本设计中使用IGBT 作为开关管），在外部脉冲信号的激励下工作于开关状态。 当开关管S 导通，输入电流流经电感L 和开关管S ，开关管两端的电压降为零，电感两端产生电压降，电感电流开始线性增长，电感开始储存能量，此时二级管VD 处于关断状态。 当开关管S 截止，由于电感电流的连续性，电感L 的线圈产生的磁场将改变线圈两端的极性，以保持电感电流不变，因此电感电压在这一时段出现负电压，此电压是由线圈的磁能转化而成的，它与电源i U 串联，以高于i U 的电压向电路的后级供电，使电路产生了升压作用。此时，电感向后级释放能量，电感电流不断减小，电感电流通过二极管VD 到达输出端后，一部分为输出提供能量，一部分为电容充电。
这是升压变换器的一个工作周期，此后变换器重复上述过程工作至稳态过程。 2. 输出电压与输入电压的关系 若开关管导通时间on t ，关断时间off t ,开关工作周期off on t t +=T 。定义占空比 为： ,升压比为： 。理论上电感储能与释放能量相等，所以当电感电流连续时，输出电压： 3. 参数设置 （1）电源电压设置为直流24V ； （2）储能电感设置为3.6E-4 H ； （3）RC 负载设置：R 为24Ω；C 为5.4E-5 F ； （4）脉冲信号发生器设置：Pulse type 、Time(t)、Amplitude 、Phase delay(secs)均采用默认设置，Period(secs)设置为25e-6，Pulse Width(﹪ of Period)设置为20。 （5）二极管，IGBT ，电压、电流测量量均采用默认值。 4. 仿真目的 （1）观察占空比变化对输出电压的影响。 更改脉冲发生器中的周期参数，在占空比为20％，40％，60％，80％时，观察波形，估计输出电压的值。 （2）观察开关频率变化对输出电压纹波的影响。 占空比恢复为40％，将脉冲发生器输出驱动信号的频率改为原来的一半（20KHz ）和二倍（80KHz ），观测并估计两种条件下电压纹波的大小。 （3）观察滤波参数变化对输出电压纹波的影响。 将脉冲发生器输出驱动信号的频率恢复为40KHz ，将滤波电容值改为原来的一半和二倍，观测并估计两种条件下电压纹波的大小。 （4）观察负载阻值变化对输出电压纹波的影响。 将滤波电容值恢复为5.4E-5 F ，将负载阻值改为原来的一半和二倍，观测两种条件下电压纹波的变化并估计其大小。 结合仿真结果说明开关频率、滤波参数以及负载大小的变化对输出电压纹波的影 T t D on =D M -=11i off U t T U =-=i U D 110
开关直流升压电路（即所谓的boost或者step-up电路）原理 2007-09-29 13:28 the boost converter,或者叫step-up converter，是一种开关直流升压电路，它可以是输出电压比输入电压高。 基本电路图见图一。 假定那个开关（三极管或者mos管）已经断开了很长时间，所有的元件都处于理想状态，电容电压等于输入电压。 下面要分充电和放电两个部分来说明这个电路 充电过程 在充电过程中，开关闭合（三极管导通），等效电路如图二，开关（三极管）处用导线代替。这时，输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电，所以电感上的电流以一定的比率线性增加，这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加，电感里储存了一些能量。
放电过程 如图，这是当开关断开（三极管截止）时的等效电路。当开关断开（三极管截止）时，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为0，而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感开始给电容充电，电容两端电压升高，此时电压已经高于输入电压了。升压完毕。 说起来升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时，电感吸收能量，放电时电感放出能量。 如果电容量足够大，那么在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。如果这个通断的过程不断重复，就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。 一些补充 1 AA电压低,反激升压电路制约功率和效率的瓶颈在开关管,整流管,及其他损耗
(含电感上). 1.电感不能用磁体太小的(无法存应有的能量),线径太细的(脉冲电流大,会有线损大). 2 整流管大都用肖特基,大家一样,无特色,在输出3.3V时,整流损耗约百分之 十. 3 开关管,关键在这儿了,放大量要足够进饱和,导通压降一定要小,是成功的关键.总共才一伏,管子上耗多了就没电出来了,因些管压降应选最大电流时不超过0.2--0.3V,单只做不到就多只并联....... 4 最大电流有多大呢?我们简单点就算1A吧,其实是不止的.由于效率低会超过1.5A,这是平均值,半周供电时为3A,实际电流波形为0至6A.所以咱建议要用两只号称5A实际3A的管子并起来才能勉强对付. 5 现成的芯片都没有集成上述那么大电流的管子,所以咱建议用土电路就够对付洋电路了. 以上是书本上没有直说的知识,但与书本知识可对照印证. 开关管导通时，电源经由电感-开关管形成回路，电流在电感中转化为磁能贮存；开关管关断时，电感中的磁能转化为电能在电感端左负右正，此电压叠加在电源正端，经由二极管-负载形成回路，完成升压功能。既然如此，提高转换效率就要从三个方面着手：1.尽可能降低开关管导通时回路的阻抗，使电能尽可能多的转化为磁能；2.尽可能降低负载回路的阻抗，使磁能尽可能多的转化为电能，同时回路的损耗最低；3.尽可能降低控制电路的消耗，因为对于转换来说，控制电路的消耗某种意义上是浪费掉的，不能转化为负载上的能量。
高频开关电源中隔离降压式DC/DC变换器的制作方法 电力电子技术中，高频开关电源的设计主要分为两部分，一是电路部分的设计，二是磁路部分的设计。相对电路部分的设计而言，磁路部分的设计要复杂得多。磁路部分的设计，不但要求设计者拥有全面的理论知识，而且要有丰富的实践经验。在磁路部分设计完毕后，还必须放到实际电路中验证其性能。由此可见，在高频开关电源的设计中，真正难以把握的是磁路部分的设计。高频开关电源的磁性元件主要包括变压器、电感器。为此，本文将对高频开关电源变压器的设计，特别是正激变换器中变压器的设计，给出详细的分析，并设计出一个用于输入48V(36～72V)，输出2.2V、20A的正激变换器的高频开关电源变压器。 2正激变换器中变压器的制作方法 正激变换器是最简单的隔离降压式DC/DC变换器，其输出端的LC滤波器非常适合输出大电流，可以有效抑制输出电压纹波。所以，在所有的隔离DC/DC变换器中，正激变换器成为低电压大电流功率变换器的首选拓扑结构。但是，正激变换器必须进行磁复位，以确保励磁磁通在每一个开关周期开始时处于初始值。正激变换器的复位方式很多，包括第三绕组复位、RCD复位[1,2]、有源箝位复位[3]、LCD无损复位[4,5]以及谐振复位[6]等，其中最常见的磁复位方式是第三绕组复位。本文设计的高频开关电源变压器采用第三绕组复位，拓扑结构如图1所示。 开关电源变压器是高频开关电源的核心元件，其作用有三：磁能转换、电压变换和绝缘隔离。在开关管的作用下，将直流电转变成方波施加于开关电源变压器上，经开关电源变压器的电磁转换，输出所需要的电压，将输入功率传递到负载。开关变压器的性能好坏，不仅影响变压器本身的发热和效率，而且还会影响到高频开关电源的技术性能和可靠性。所以在设计和制作时，对磁芯材料的选择，磁芯与线圈的结构，绕 图1 第三绕组复位正激变换器 正激变换器中变压器的制作 制工艺等都要有周密考虑。开关电源变压器工作于高频状态，分布参数的影响不能忽略，这些分布参数有漏感、分布电容和电流在导线中流动的趋肤效应。一般根据高频开关电源电路设计的要求提出漏感和分布电容限定值，在变压器的线圈结构设计中实现，而趋肤效应影响则作为选择导线规格的条件之一。 2.1变压器设计的基本原则 在给定的设计条件下磁感应强度B和电流密度J是进行变压器设计时必须计算的参数。当电路主拓扑结构、工作频率、磁芯尺寸给出后，变压器的功率P与B和J的乘积成正比，即P∝B·J。 当变压器尺寸一定时，B和J选得高一些，则某一给定的磁芯可以输出更大的功率；反之，为了得到某一给定的输出功率，B和J选得高一些，变压器的尺寸就可以小一些，因而可减小体积，减轻重量。但是，B和J的提高受到电性能各项技术要求的制约。例如，若B过大，激磁电流过大，造成波形畸变严重，会影响电路安全工作并导致输出纹波增加。若J很大，铜损增大，温升将会超过规定值。因此，在确定磁感应强度和电流密度时，应把对电性能要求和经济设计结合起来考虑。 2.2各绕组匝数的计算方法 正激变换器中的变压器的磁芯是单向激磁，要求磁芯有大的脉冲磁感应增量。变压器初级工作时，次级也同时工作。 1)计算次级绕组峰值电流IP2 变压器次级绕组的峰值电流IP2等于高频开关电源的直流输出电流Io，即