电力电子电路仿真课程设计

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1、目录摘要11设计原理21.1设计要求分析21.2开关电源概述21.3半桥逆变器设计31.2.1半桥逆变器概述31.2.2半桥变换器的电路结构及作用31.2.3半桥变换器的工作原理41.2.4半桥变换器的输入输出关系式51.3全桥变换器设计61.3.1全桥变换器的概述61.3.2全桥变换器的结构及作用61.3.3全桥变换器的工作原理71.3.4全桥变换器的输入输出关系式81.4半桥、全桥变换器性能比较81.5全波整流与桥式整流设计91.6闭环的控制方法与实现101.6.1PWM的调制方法101.6.2PID控制器111.6

2、.3闭环控制方法与实现122仿真电路的设计142.1半桥变换器仿真电路142.2全桥变换器的仿真电路图152.3仿真参数设置162.4闭环仿真原理图及参数设置173仿真结果及分析202.1半桥电路输入输出电压关系式证明202.2全桥电路输入输出电压关系式证明202.3全波、桥式整流性能比较212.4闭、开环控制性能比较234小结24参考文献2525摘要20世纪60年代大量应用的线性调节器式直流稳压电源，由于它存在着以下诸多的缺点，如体积重量大，很难实现小型化、损耗大、效率低、输出与输入之间有公共端，不易实现隔离，只能降压

3、，不能升压，很难在输出大于5A的场合应用等，已开始被开关调节器式直流稳压电源所取代。本次设计主要是针对开关电源中的半桥变换器、全桥变换器进行设计电路设计及仿真，并推导、验证输入输出电压的关系式。设计了400V/25V的半桥变换器和400V/50V的半桥变换器，每种变换器均采用了全波、桥式整流两种方法实现。电路主要由逆变桥、变压器、整流桥构成，并设计了滤波电路、吸收电路来减少波形脉动。通过仿真，验证了在相同变压器变比的情况下，全桥电路的输出电压比半桥电路高一倍的结论，最后使用闭环控制，对半桥、全桥变换器进行了优化。关键字：

4、开关电源半桥变换器全桥变换器　PWM控制25电力电子电路仿真1设计原理1.1设计要求分析本次设计主要需要完成两个任务：一是需要完成对半桥变换器、全桥变换器的结构设计，拟定参数，并理论推导输入、输出电压表达式关系；二是通过simulink对半桥、全桥变换器的设计进行仿真，佐证之前推导的输入输出关系式。半桥、全桥变换器的输出均有全波整流和全桥整流两种形式，本文对两种形式均作了仿真，通过全波整流条件和全桥条件下分别比较半桥、全桥的输出，来说明半桥、全桥之间输出的差异。1.2开关电源概述高频开关电源主要由输入环节、功率变换电路、

5、控制及保护电路组成。本次设计主要针对功率变换电路。功率变换电路的种类很多，有BUCK变换器、BOOST变换器、BUCK/BOOST变换器、正激变换器、反激变换器、推挽式变换器、半桥变换器、全桥变换器等，本次设计研究的是半桥和全桥变换器。本次设计的半桥和全桥变换器属于间接直流变流电路。带隔离的直流直流变流电路同直流斩波电路相比，电路中增加了交流环节，因此也称为直—交—直电路。间接直流变流电路的结构图如下所示：图1-1间接直流变流电路的结构图l采用这种结构较为复杂的电路来完成直流—直流的变换有以下原因：l（1）输出端与输入端

6、需要隔离。l（2）某些应用中需要相互隔离的多路输出。25l（3）输出电压与输入电压的比例远小于1或远大于1。l（4）交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量。l间接直流变流电路分为单端(SingleEnd)和双端(DoubleEnd)电路两大类，在单端电路中，变压器中流过的是直流脉动电流，而双端电路中，变压器中的电流为正负对称的交流电流，正激电路和反激电路属于单端电路，半桥、全桥和推挽电路属于双端电路。1.3半桥逆变器设计1.2.1半桥逆变器概述半桥逆变器实际上是由两个单端正激变换器组合

7、而成的。其中一个桥臂有两个特性相同、容量相等的电容器承担，每个电容承担二分之一的电源电压；另一桥臂由两个受PWM信号控制驱动的功率开关管承担，故称为半桥逆变器。输出从两桥臂的中点取出，或接高频变压器隔离变压。两个PWM信号互补。半桥变换器高频变压器的磁芯也是双向磁化，工作在磁化曲线的第一象限和第三象限。由于开关器件特性的不对称、驱动电路的不对称等原因，会引起直流分量，产生偏磁并可能因积累而使变压器磁饱和，产生过大的电流，使变压器的效率因损耗而降低，严重时会使开关器件损坏，因此在半桥路中应用防偏磁措施。另外，由于强电磁干扰

8、，两只开关管因误触发可能同时导通，即形成直通而造成逆变崩溃，为此应该有抗电磁干扰抑制措施，特别是驱动电路的屏蔽、布局工艺。半桥电路单端正激、推挽电路相比，因开光管只承受电源电压的电压应力，可用于输入电压高的场合。1.2.2半桥变换器的电路结构及作用在高压开关电源中，功率输出大的一般都使用半桥式变换器电源电路。其电路如