(整理)电力电子直流斩波电路建模仿真

（一）降压式直流斩波电路工作原理

该电路使用全控型器件V,若为晶闸管，须设置使晶闸管关断的辅助电路,为在V关断时给负载中的电感电流提供通道,设置了续流二极管VD, 斩波电路的典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载,两种情况下负载中均会出现反电动势,如图中EM所示,若负载中无反电动势时,只需另其为0,以下的分析及表达式均可适用。

（1）t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压U0=E，负载电流i0按指数曲线上升。

（2）t=t1时控制V关断，二极管VD续流,负载电压U0近似为零，负载电流呈指数曲线下降。通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。

图2-1 降压斩波电路原理图

图2-2 电流连续时工作波形

图2-3 电流断续时的工作波形 精品文档

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电流连续时负载侧输出电压平均值和电流平均值分别为：

（式1）

（式2）

上式中ton为开通时间，toff为关断时间，T为开关周期，α为导通占空比。U0

最大为E，减小占空比，U0将减小，因此称为降压斩波电路。

（二）升压式直流斩波电路工作原理

图2-4

升压式直流斩波电路原理图

该电路也是使用一个全控型器件，以下来分析电路的工作原理：首先假设电路中的电感L值很大，电容C值也很大，V处于通态时，电源E向电感L充电，电流I1恒定，电容C向负载R供电，输出电压U0恒定。V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。 其工作的原理波形图如下所示 设V通态的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为tonEi1 设V断态的时间为toff，则此期间电感L释放能量为（u0-E)i1toff，稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等，即：

（式3）

化简得：

（式4）

其中

（式5）

所以输出电压为：

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升压斩波电路之所以能使输出电压高于电源电压，关键有两个原因：一是L储能之后具有使电压泵升的作用，二是电容C可将输出电压保持住。在以上分析中，认为V处于通态期间因电容C的作用使得输出电压U不变，但实际上C值不可能为无穷大，在此阶段其向负载放电，输出电压必然会有所下降，故实际输出电压会略低，不过在电容C足够大时，误差很小，基本可以忽略。

（式6）

三、实验步骤

（一）在matlab环境下选择主电路元器件

（二）根据直流斩波电路在matlab 环境下连接电路图如下图所示：

图3-1 降压斩波电路搭建电路图

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图3-2 升压斩波电路搭建电路图

（三）参数设置

3.1降压斩波电路参数设置

（1）电源参数及Em设置:电源幅值为200V,Em为80V （2）IGBT参数设置如下： Resistance Ron (Ohms):0.1

Inductance Lon (H):0 Forward voltage Vf (V):1

Current 10% fall time Tf (s) :1e-6 Current tail time Tt (s):2e-6 Initial current Ic (A):0

Snubber resistance Rs (Ohms):1e5 Snubber capacitance Cs (F):inf

（3）二极管参数设置如下： Resistance Ron (Ohms):0.001 Inductance Lon (H) :0

Forward voltage Vf (V):0.8 Initial current Ic (A):0

Snubber resistance Rs (Ohms) ：500 Snubber capacitance Cs (F)：250e-9

（4）R和L的值分别设置为10Ohms、0.002h （5）脉冲的设置：如下图所示（截图）

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图 3-3 脉冲参数

3.2升压斩波电路仿真参数设置

IGBT和二极管参数保持和降压斩波电路相同， 脉冲发生器脉冲周期为0.2ms， 脉冲宽度为50%，

直流电源E设为100V，

初选L的值为1mH，C的值为100μF。取仿真时间0.005s.

（四）波形调试

当每个元器件的参数均设置完成之后，继而启动仿真进行波形调试，并与理想波形进行比较，如果不符则继续修改参数，直到最后得出最接近于理想波形的仿真波形。

四、仿真结果

（一）降压斩波电路—仿真波形

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图4-1 占空比α=20%（截图）

图4-2 占空比α=30%（截图）

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图4-3 占空比α=45%（截图）

图4-4 占空比α=60%（截图）

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图4-5 占空比α=90%（截图）

图4-6 占空比α=99%（截图）

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(二)升压斩波电路——仿真波形

图4-7 占空比α=20%（截图）

图4-8 占空比α=30%（截图）

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图4-9 占空比α=50%（截图）

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图4-10 占空比α=60%（截图）

图4-11 占空比α=80%（截图）

图4-12 占空比α=90%（截图）

1.结果分析

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从计算公式及仿真图分析得出：

1)占空比α越大负载输出电压越大，调节时间越长； 2)

3)电容C值越大峰值时间越大，第一个峰值越大； 3)电感L值越大峰值时间越大，调节时间越大。

4) 从仿真结果图中可以看输出电压在200V左右，满足关系式

如果进一步减少输出电压波动，可以提高脉冲发生器产生脉冲的周期，并选择多组LC参数比较以得到更满意的结果。

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