3.1降壓斬波電路3.1.1工作原理圖3-1降壓斬波電路原理圖圖3-2電流連續(xù)、臨界連續(xù)以及斷續(xù)模式的輸入輸出波形3.1降壓斬波電路3.1.1工作原理此時(shí)的負(fù)載電流平均值Iok為維持電流臨界連續(xù)的電感值Lo為即：臨界負(fù)載電流與輸入電壓、器件開(kāi)關(guān)周期、濾波電感以及器件占空比有關(guān)。1)當(dāng)實(shí)際電流Io大于Iok時(shí)、負(fù)載電流連續(xù)；2)當(dāng)實(shí)際電流Io等于Iok時(shí)、負(fù)載電流臨界連續(xù)；3)當(dāng)實(shí)際電流Io小于Iok時(shí)、負(fù)載電流斷續(xù)。3.1降壓斬波電路3.1.1工作原理電流連續(xù)時(shí)的輸出電壓紋波為fc為電路的截止頻率，可由電感、電容計(jì)算得到通過(guò)選擇合適的L、C值，當(dāng)滿足fc?f時(shí)，可以限制輸出紋波電壓的大小，而且紋波電壓的大小與負(fù)載無(wú)關(guān)。3.1降壓斬波電路3.1.2仿真設(shè)計(jì)試設(shè)計(jì)一個(gè)降壓變壓器，輸入電壓Ud為24V，期望輸出電壓Uo為5V，紋波電壓要求為輸出電壓的0.2%，負(fù)載電阻為10Ω，工作頻率為20kHz，要求電感電流連續(xù)。1)參數(shù)設(shè)計(jì)(1)選擇IGBT作為開(kāi)關(guān)器件，器件開(kāi)關(guān)為20kHz。(2)占空比計(jì)算因輸入電壓Ud為24V，期望輸出電壓Uo為5V，故占空比為α=Ud/Uo=0.2083。(3)電感參數(shù)設(shè)計(jì)由于期望輸出電壓Uo為5V，負(fù)載電阻為10Ω，因而負(fù)載電流平均值Iok=0.5A。計(jì)算得到臨界電感值Lo為1.9789×10-4H，所設(shè)計(jì)電感值需大于臨界電感值Lo，才能滿足電流連續(xù)條件。本仿真中取1.5倍臨界電感值，即L=1.5Lo=2.97×10-4H。(4)電容參數(shù)設(shè)計(jì)由于紋波電壓要求為輸出電壓的0.2%本仿真中取1.2倍的臨界電容值，即C為6.44×10-4F。3.1降壓斬波電路3.1.2仿真設(shè)計(jì)試設(shè)計(jì)一個(gè)降壓變壓器，輸入電壓Ud為24V，期望輸出電壓Uo為5V，紋波電壓要求為輸出電壓的0.2%，負(fù)載電阻為10Ω，工作頻率為20kHz，要求電感電流連續(xù)。2)模型搭建圖3-3降壓斬波電路的開(kāi)環(huán)仿真模型圖3-4降壓斬波電路的脈沖生成環(huán)節(jié)參數(shù)配置3.1降壓斬波電路3.1.2仿真設(shè)計(jì)圖3-5降壓斬波電路開(kāi)環(huán)運(yùn)行是的電感電流和負(fù)載電壓波形3.2升斬波電路3.2.1工作原理圖3-6升壓斬波電路原理圖

升壓斬波電路可能的運(yùn)行情況根據(jù)電感中的電流iL是否連續(xù)，也可以分為連續(xù)模式、臨界連續(xù)模式以及斷續(xù)模式三種。參考降壓斬波電路的計(jì)算方法，可計(jì)算得到電感電流臨界連續(xù)時(shí)的負(fù)載電流平均值和臨界電感之間的關(guān)系為電流連續(xù)時(shí)的輸出電壓紋波為3.2升斬波電路3.2.1仿真設(shè)計(jì)

試設(shè)計(jì)一個(gè)升壓變壓器，輸入電壓Ud為5V，期望輸出電壓Uo為12V，紋波電壓要求為輸出電壓的0.2%，負(fù)載電阻為10Ω，工作頻率為20kHz，要求電感電流連續(xù)。1)參數(shù)設(shè)計(jì)(1)選擇IGBT作為開(kāi)關(guān)器件，器件開(kāi)關(guān)為20kHz。(2)占空比計(jì)算因輸入電壓Ud為5V，期望輸出電壓Uo為12V，故占空比為α=0.583。(3)電感參數(shù)設(shè)計(jì)由于期望輸出電壓Uo為12V，負(fù)載電阻為10Ω，因而負(fù)載電流平均值Iok=1.2A。計(jì)算得到臨界電感值Lo為6.076×10-5H，所設(shè)計(jì)電感值需大于臨界電感值Lo，才能滿足電流連續(xù)條件。本仿真中取1.5倍臨界電感值，即L=1.5Lo=9.01×10-5H。(4)電容參數(shù)設(shè)計(jì)

由于紋波電壓要求為輸出電壓的0.2%本仿真中取1.2倍的臨界電容值，即C為1.75×10-3F。3.2升斬波電路3.2.1仿真設(shè)計(jì)

試設(shè)計(jì)一個(gè)升壓變壓器，輸入電壓Ud為5V，期望輸出電壓Uo為12V，紋波電壓要求為輸出電壓的0.2%，負(fù)載電阻為10Ω，工作頻率為20kHz，要求電感電流連續(xù)。2)模型搭建圖3-7升壓斬波電路的開(kāi)環(huán)仿真模型圖3-8升壓斬波電路的脈沖生成環(huán)節(jié)參數(shù)配置3.2升斬波電路3.2.1仿真設(shè)計(jì)圖3-9升壓斬波電路開(kāi)環(huán)運(yùn)行是的電感電流和負(fù)載電壓波形3.3隔離型全橋直流斬波電路3.3.1工作原理圖3-10隔離型全橋直流斬波電路的原理圖電路的工作過(guò)程為：當(dāng)S1和S4導(dǎo)通、S2和S3關(guān)斷，變壓器二次側(cè)二極管VD1和VD4導(dǎo)通，電感L中的電流逐漸上升；當(dāng)S2和S3導(dǎo)通、S1和S4關(guān)斷，變壓器一次側(cè)電壓和二次側(cè)電壓反向，二極管VD2和VD3導(dǎo)通，電感L中的電流逐漸上升；當(dāng)S1~S4都關(guān)斷時(shí)，由電感L給負(fù)載提供能量，VD1~VD4都導(dǎo)通續(xù)流，各承擔(dān)二分之一的負(fù)載電流，電感釋放能量，電流逐漸下降。電感足夠大且負(fù)載電流連續(xù)時(shí)的波形如圖3-11所示。圖3-11隔離型全橋直流斬波電路的理論工作波形3.3隔離型全橋直流斬波電路3.3.2仿真設(shè)計(jì)圖3-12隔離型全橋直流斬波電路的仿真模型圖3-13一次側(cè)全橋變換電路的觸發(fā)脈沖設(shè)計(jì)

基于SimpowerSystems搭建的仿真模型如圖3-12所示，直流輸入電壓為110V，一次側(cè)采用四個(gè)IGBT構(gòu)成電路、器件開(kāi)關(guān)頻率為20kHz，二次側(cè)采用四個(gè)二極管構(gòu)成全橋回路。直流側(cè)濾波電感1×10-3H，電阻為10Ω，仿真時(shí)間為0.1s。3.3隔離型全橋直流斬波電路3.3.2仿真設(shè)計(jì)圖3-12隔離型全橋直流斬波電路的仿真模型圖3-14隔離變壓器參數(shù)設(shè)計(jì)

基于SimpowerSystems搭建的仿真模型如圖3-12所示，直流輸入電壓為110V，一次側(cè)采用四個(gè)IGBT構(gòu)成電路、器件開(kāi)關(guān)頻率為20kHz，二次側(cè)采用四個(gè)二極管構(gòu)成全橋回路。直流側(cè)濾波電感1×10-3H，電阻為10Ω，仿真時(shí)間為0.1s。3.3隔離型全橋直流斬波電路3.3.2仿真設(shè)計(jì)圖3-15S1開(kāi)關(guān)管的電流和電壓波形圖3-16直流側(cè)電壓波形3.4采用PWM控制技術(shù)的直流變換電路圖3-17直流PWM調(diào)制原理3.4.1工作原理

具體來(lái)說(shuō)，用觸發(fā)脈沖對(duì)直流變換電路開(kāi)關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，經(jīng)濾波后即可得到大小可調(diào)的直流電壓；而調(diào)節(jié)調(diào)制信號(hào)的大小，就可以改變PWM波脈沖的寬度。圖3-18DC-DCPWM脈沖生產(chǎn)模塊及其參數(shù)配置對(duì)話框3.4采用PWM控制技術(shù)的直流變換電路圖3-19降壓斬波電路的閉環(huán)仿真模型3.4.2仿真設(shè)計(jì)

與圖3-3所示的開(kāi)環(huán)仿真模型相比，IGBT的觸發(fā)脈沖不再由單個(gè)脈沖生成單元給出，而是通過(guò)電壓外環(huán)經(jīng)PI調(diào)節(jié)后由直流PWM調(diào)制模塊給出，此時(shí)負(fù)載輸出電壓穩(wěn)定在5V，提高了所設(shè)計(jì)電路的精度。3.4采用PWM控