半桥式DC-DC变换器设计

半桥式DC-DC变换器设计【摘要】近年来，随着电力电子器件、控制理论的发展和人们对电源性能要求的提高，电力电子技术引起了学者们的广泛关注。目前一些发达国家正逐渐把电力变换技术广泛应用于民用工业领域，我国在这一领域的研究起步较晚，但随着国民经济的发展，适合于不同要求的各种变换器越来越引起科研人员的关注。本文通过对Buck变换器的电路结构和工作原理进行分析，设计出一种半桥式DC-DC变换器，并采用闭环控制方法，将恒定的400V直流输入变为稳定5V的直流输出，保证了系统的供电性能。最后利用Matlab工具对所设计的电路进行仿真,仿真结果验证了所设计系统的有效性。半桥式DC-DC变换器由于电路结构简单，功率器件少且功率管上受到的电压应力小，在中小功率场合得到了较为广泛的应用。本文为进一步研究和开发相关产品提供借鉴。【关键词】Buck半桥DC-DCMATLAB【ABSTRACT】Inrecentyears,withthedevelopmentofpowerelectronicdevices，controltheoryandtheincreasingdemandofhigh-qualitypowersupply,powerelectronicstechnologyhasarousedwidelyattentionfromscholars.Powerelectronicstechnologyisusedgraduallyincivilianindustrialareasinsomedevelopedcountries.Withthenationaleconomicdevelopment,thevariousconvertersfordifferentrequirementsaredevelopedandtherelatedtechnologyisstudiedbyscientistandscholar.Inthispaper,theBuckcircuitstructureandworkingprincipleareanalyzedandahalf-bridgeDC-DCconverterisdesigned.Thedesignedconverterusesclosedloopcontrolschemeandrealizedthefunctionthatthepowerformisconvertedfrom400VDCvoltageto5VDCvoltage.Theoutputvoltageisstableandtheperformanceofthedesignedconverterisensured.Simulationstudywascarriedoutandeffectivenessofthedesignedconverterisverifiedbysimulationresults.【Keywords】Buckhalf-bridgeDC-DCMATLAB目录1绪论.........................................................................................................................................11.1研究背景..................................................................................................................................11.2变换器简介..............................................................................................................................21.3本文研究的内容......................................................................................................................32半桥式DC-DC变换器的工作原理...........................................................................................32.1半桥式DC-DC变换器的基本电路图及工作原理................................................................32.2BUCK变换器.............................................................................................................................52.2.1线路组成...............................................................................................................................52.2.2工作原理...............................................................................................................................62.3带变压隔离器的DC-DC变换器拓扑...................................................................................83半桥式DC-DC变换器的系统设计.........................................................................................133.1电路参数的计算与选取.........................................................................................................133.2闭环的控制方法与实现........................................................................................................223.2.1PWM的调制方法...............................................................................................................223.2.2PID控制器..........................................................................................................................223.2.3PID控制器的参数整定......................................................................................................243.2.4闭环控制方法与实现.........................................................................................................254MATLAB/SIMULINK仿真....................................................................................................264.1MATLAB/SIMULINK.........................................................................................................264.2半桥DC-DC变换器系统仿真模型的建立.........................................................................274.3.1开关管控制脉冲仿真模块的建立.....................................................................................284.3.2实际系统仿真模块的搭建.................................................................................................34结束语...........................................................................................................................................38参考文献.......................................................................................................................................39致谢..............................................................................................................错误!未定义书签。1绪论1.1研究背景随着科技的发展，在人们的日常生活中，电力已成为与生产生活息息相关的一部分，在各个场合，人们都需要各式各样的电力来为其服务，然而并不是所有的电力都能在一开始就能满足需要，于是就要求有电力变换的过程。直流-直流变换器（DC-DC）作为一种应用广泛变换器广泛应用于远程及数据通讯、计算机、办公自动化设备、工业仪器仪表、军事、航天等领域，涉及到国民经济的各行各业。按额定功率的大小来划分，DC-DC可分为750W以上、750W～1W和1W以下3大类。进入20世纪90年代，DC-DC变换器在低功率范围内的增长率大幅度提高，其中6W～25WDC-DC变换器的增长率最高，这是因为它们大量用于直流测量和测试设备、计算机显示系统、计算机和军事通讯系统。由于微处理器的高速化，DC-DC变换器由低功率向中功率方向发展是必然的趋势，所以251W～750W的DC-DC变换器的增长率也是较快的，这主要是它用于服务性的医疗和实验设备、工业控制设备、远程通讯设备、多路通信及发送设备，DC-DC变换器在远程和数字通讯领域有着广阔的应用前景。DC-DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压，这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁、列车、电动车的无级变速和控制，同时使上述控制具有加速平稳、快速响应的性能，并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约20％～30％的电能。直流斩波器不仅能起到调压的作用(开关电源)，同时还能起到有效抑制电网侧谐波电流噪声的作用。DC/DC变换器现已商品化，模块采用高频PWM技术，开关频率在500kHz左右,功率密度