推挽型DC变换器

1电力电子技术课程设计班级：电气1102学号：姓名：扬州大学水利与能源动力工程学院电气工程及其自动化二零一五年一月2目录第一章：任务书....................................................................................3一、课程设计的内容..........................................................................3二、课程设计的目的和要求..............................................................3三、仿真软件的使用..........................................................................3四、时间安排......................................................................................4五、设计总结报告主要内容..............................................................5第二章：课程设计报告..............................................................................................6一设计任务及要求............................................................................6二主电路方案确定............................................................................7三推挽型DC/DC变换器额定参数..................................................9四建立仿真模型并进行仿真实验..................................................10五心得体会......................................................................................13六参考文献......................................................................................143第一章：任务书一、课程设计的内容推挽型DC/DC变换器的设计及研究(PSPICE)二、课程设计的目的和要求1、进一步熟悉和掌握电力电子原器件的器件；2、进一步熟悉和掌握电力电子电路的拓扑结构和工作原理；3、掌握电力电子电路设计的基本方法和技术，掌握有关电路参数设计的方法；4、培养对电力电子电路的性能分析的能力；5、培养撰写研究设计报告的能力。三、仿真软件的使用在电力电子系统中，需要应用大功率开关器件，因此对工程人员来说对所设计的电路最好能通过计算机分析和仿真，不断修改和完善电路。PSPICE是当今世界上著名的电路仿真标准工具之一，是较早出现的EDA软件之一，1985年就由MICROSIM公司推出。现在使用较多的是PSPICE6.2，工作于Windows环境，整个软件由原理图编辑、电路仿真、激励编辑、元器件库编辑、波形图等几个部分组成，使用时是一个整体，但各个部分各有各的窗口。新推出的版本为PSPICE9.2，是功能强大的模拟电路和数字电路混合仿真EDA软件。它可以进行各种各样的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出、并在同一个窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果。无论对哪种器件哪些电路进行仿真，包括IGBT、脉宽调制电路、模／数转换、数／模转换等，都可以得到精确的仿真结果。对于库中没有的元器件模块，还可以自已编辑。PSPICE可以对电路进行以下一些工作：41.制作实际电路之前，仿真该电路的电性能，如计算直流工作点（BiasPoint），进行直流扫描（DCSweep）与交流扫描（ACSweep），显示检测点的电压电流波形等。2.估计元器件变化（Parametric）对电路造成的影响。3.分析一些较难测量的电路特性，如进行噪声（Noise）、频谱（Fourier）、器件灵敏度（Sensitivity）、温度（Temperature）分析等。4.优化设计。PSPICE主要包括Schematics、Pspice、Probe、Stmed（StimulusEditor）、Parts等5个软件包。其中：○1.Schematics是一个电路模拟器。它可以直接绘制电路图，自动生成电路描述文件；并可对电路进行直流分析、交流分析、瞬态分析、傅立叶分析、环境温度分析、蒙特卡罗分析和灵敏度分析等多种分析；而且还可以对元件进行修改和编辑。○2.Pspice是一个数据处理器。它可以对在Schematics中所绘制的电路进行模拟分析，运算出结果并自动生成输出文件和数据文件。○3.Probe是后处理器，相当于一个示波器。它可以将在Pspice运算的结果在屏幕或打印设备上显示出来。模拟结果还可以接受由基本参量组成的任意表达式。○4.Stmed是产生信号源的工具。它在设定各种激励信号时非常方便直观，而且容易查对。○5.Parts是对器件建模的工具。它可以半自动地将来自厂家的器件数据信息或用户自定义的器件数据转换为Pspice中所用的模拟数据，并提供它们之间的关系曲线及相互作用，确定元件的精确度。四、时间安排1、方案设计：根据课程设计给定的内容和条件，进行调查研究、查阅参考文献，进行反复5比较和可行性论证，确定出方案电路，画出主要单元电路、输入、输出及重要控制信号概貌的框图。2、电路设计：根据方案设计框图，仿真软件上画出详细的逻辑图。3、结合具体电路，设定合适的参数4、进行电路的仿真5、总结鉴定：考核所设计电路是否全面达到预定的技术指标，能否长期可靠地工作，并写出设计总结报告。五、设计总结报告主要内容1、课程设计报告的题目2、课程设计的内容3、所设计电路的工作原理（包括电路原理图、理论波形）4、电路的设计过程5、各参数的计算6、仿真模型的建立、仿真参数的设置7、进行仿真实验，列举仿真结果8、对仿真结果的分析9，结论与收获6第二章：课程设计报告一设计任务及要求一、课程设计的题目推挽型DC/DC变换器的设计及研究(PSPICE)二、课程设计的任务设计一个推挽型DC/DC变换器，并以它为例，对多层次建模方法加以介绍，以此加深对电子电路的理解。三、课程设计的目的和要求1、进一步熟悉和掌握电力电子原器件的器件；2、进一步熟悉和掌握电力电子电路的拓扑结构和工作原理；3、掌握电力电子电路设计的基本方法和技术，掌握有关电路参数设计的方法；4、培养对电力电子电路的性能分析的能力；5、培养撰写研究设计报告的能力。7二主电路方案确定1、推挽型DC/DC变换器的原理图图1：推挽型BoostDC/DC变换器的原理图推挽型BoostDC/DC变换器的工作原理：推挽式BoostDC/DC变换器的拓扑结构，如图1所示，前面一级升压电路可以看作是一个Boost升压电路，通过调整开关管S1的占空比来调节变压器原边输入电压；后面一级升压电路是一个推挽式变换电路，也可以看作是由两个正激式变换器组合来实现的，该变换器是由一个具有中心抽头的变压器和两只开关管S2、S3构成的。这两个正激式变换器在工作过程中相位相反，在一个完整的周期中交替把能量传递给负载，所以称为推挽式变换。功率开关管S1、S2、S3的发射极直接连接在电源负极，因此该变换器的驱动电路继承了一般推挽式变换电路的优点：基极驱动十分方便、简单，不需要进行电气隔离就可以直接驱动。该拓扑结构具有结构紧凑、驱动电路简单以及升压效果明显等优点。升压变换时其具体的工作过程如图2所示，高压侧开关管的驱动信号被封锁。功率开关管S1和升压电感L1构成的Boost电路将电源电压初次升高到一定的电压值；S2和S3驱动信号的占空比均为50%，构成的推挽变换电路将升高后的直流电压变换成交流电压，通过高频变压器传送到副边，并将电压进8一步升高，利用反向电路中的开关管的反并二极管进行整流。在任一时刻，电流仅仅流过一个开关器件，这大大降低了变换器的通态损耗，同时提高了变换器的效率、缩小了变换器的体积。开关管S1、S2、S3的驱动信号，以及开关管所承受的电压波形、电感L1中的电流波形，如图2所示。理论波形图分析图2：推挽型BoostDC/DC变换器发脉冲波形各开关状态如下：（1）t0～t1阶段t0时刻，S1导通，低压侧直流电压加在L1的两端，电感中的电流线性增长。此期间电源对电感充电，储存能量，为了能够保证电流的连续性，要求电感L1要足够大。这期间虽然开关管S2有触发信号，但是开关管S1的导通对L2回路形成短路，加在变压器原边的电压为零，变压器副边输出电压也为零。（2）t1～t2阶段t1时刻，S1关断，S2承受正向电压导通，L1中的电流将通过开关管S2流经变压器，此时变换器对负载供电，L1中的电流线性下降。9（3）t2～t3阶段t2时刻，S1再次导通，工作过程同t0～t1阶段。（4）t3～t4阶段t3时刻，S1关断，S3承受正向电压导通，L1中的电流将通过开关管S3流经变压器，此时变压器对负载供电，L1中的电流线性下降。通过分析得到如下结论：该电路采用Boost升压电路和推挽式升压电路两种升压电路相结合的方式对输入电压进行升压，大大地提升了升压的整体效率。但是其主要缺点是：电路主体部分仍然采用硬开关电路，造成的开关损耗也比较大，变换器的工作效率受到一定的限制。因此有必要对变换电路进行改进，可以将串联谐振软开关技术引入到推挽式Boost变换器中。三推挽型DC/DC变换器额定参数额定参数的选择：输入直流电压：Uin=28VDC；输出直流电压：Uo=270VDC；变压器原、副边匝比：1:3；电感：L4=200μH；输出滤波电容：C1=200μF；开关管：IRF460；功率二极管：MUR460输出电压计算公式：Vo=VdTstonNN21210四建立仿真模型并进行仿真实验开关管的驱动电压开关管的驱动电路波形图3：开关管S2驱动波形11图4：开关管S3驱动波形推挽型BoostDC/DC变换器电路图5：推挽型BoostDC/DC变换器电路原理图12图6：输出电压波形图2、推挽型DC/DC变换器电路图7：推挽型DC/DC变换器原理图13图8：输出波形图由图5、图6可以看出DC/DC变换器去掉Boost升压电路后，输出电压幅值减小。Vd=28*3=84V符合计算公式。五心得体会通过这一次的课程设计，我对电力电子的相关知识有了深刻的认识、对制作电力电子器件有了大致的了解，同时加深了对整流、触发电路等知识的了解和掌握，同时通过实践，对以上内容有了更深刻的认识，有效地将书本知识和实际情况联系起来。课程设计是大学里必不可少的一项内容，一直以来，我们作为学生，只是一味地获取知识，真正实践的机会少之又少。所以我觉得课程设计具有重大的意义，它提供我们实践的机会，从中去发觉自己所学的与真正应用的是不相符的，是不是在大学里学的知识出了校园就用不上。通过实践，可以了解自己与理想的差距，在以后的学习中，可以有侧重地弥补某些方面的不足。在学习的闲暇之间，一定要实际运用理论知识，在实践中验证知识，发现知识。14六参考文献[1]朱桂萍,陈建业.电力电子电路的计算机仿真[M].清华大学出版社,2008[2]陈建业.开关电源计算机仿真技术[M].电子工业出版社,2011[3]SimPowerSystems手册.[4]魏艳君.电力电