1、 1 一课程设计目的 （ 1）通过 matlab 的 simulink 工具箱，掌握 DC-DC、 DC-AC、 AC-DC 电路的仿真。通过设置元器件不同的参数，观察输出波形并进行比较，进一步理解电路的工作原理； （ 2）掌握焊接的技能，对照原理图，了解工作原理； （ 3）加深理解和掌握电力电子技术课程的基础知识，提高学生综合运用所学知识的能力； 二课程设计内容 第一部分： simulink 电力电子仿真 /版本 matlab7.0 （ 1） DC-DC 电路仿真（升降压（ Buck-Boost）变换器） 仿真电路参数：直流电压 20V、开关管为 MOSFET（内阻为 0.001 欧）、开关
2、频率 20KHz、电感 L 为 133uH、电 容为 1.67mF、负载为电阻负载（ 20 欧）、二极管导通压降 0.7V（内阻为 0.001 欧）、占空比 40%。仿真时间 0.3s，仿真算法为 ode23tb。 图 1-1 2 占空比为 40%的，降压后为 12.12V。触发脉冲 、电感电流、开关管电流、二极管电流、负载电流、输出电压的波形。 图 1-2 占空比为 60%的，升压后为 28.25V。触发脉冲 、电感电流、开关管电流、二极管电流、负载电流、输出电压的波形。 3 图 1-3 图 1-4 升降压变换电路（又称 Buck-boost 电路）的输出电压平均值可以大于或小于输入直流电压
3、，输出电压与输入电压极性相反，其电路原理图如图 1-4(a)所示。它主要用于要求输出与输入电压反相，其值可大于或小于输入电压的直流稳压电源 工作原理： T 导通， ton 期间，二极管 D 反偏而关断，电感 L 储能，滤波电容 C 向负载提供能量。 T 关断， toff 期间，当感应电动势大小超过输出电压 U0 时，二极管 D 导通，电感 L经 D 向 C 和 RL 反向放电，使输出电压的极性与输入电压 在 ton 期间电感电流的增加量等于 toff 期间的减少量，得： 由 的关系，求出输出电压的平均值为： 4 上式中， D 为占空比，负号表示输出与输入电压反相；当 D=0.5 时， U0=U
4、d；当 0.5Ud，为升压变换；当 0 DUc 时， T4 关断 T1 导通， b相和 c相类似。上图的载波比为 3。 图（ 2-6） 由于各相上下桥臂功率器件以互补方式轮流导通，故各相相对 N 点的电压为双极性 SSPWM波形，该波形与各相上桥臂器件驱动信号同步变化。输出的线电压可由相应两相相对 N 点的电压相减得出，线电压在 Ud， -Ud 和 0 之间变动（ 图 2-3） ，总体呈现单极性形状。星型连接负载的相电压波 形较为负载。可能的电平为 0,-1/3Ud,1/3Ud,-2/3Ud和 +2/3Ud。 （ 图 2-4），相电流呈正弦波形变化。 (3)AC-DC 电路仿真（三相桥式全控整
5、流电路） 仿真电路参数：三相交流电压源（线电压为 380V、 50Hz，内阻为 0.001 欧）、三相晶闸管桥式电路选用“ Universal Bridge”模块、六路触发脉冲选用“ Synchronized 6 Pulse Generator”模块（频率 50Hz、脉冲宽度为 0.1）、负载为阻感负载（电阻为 1 欧，电感为1mH）。仿真时间为 2s，仿真算法为 ode23tb。 7 图 3-1 触发角 a=60。三相电压 Uab， Ubc， Uca、晶闸管 T1、输出电流、输出电压波形 图 3-2 8 触发角 a=90。三相电压 Uab， Ubc， Uca、晶闸管 T1、输出电流（断流）、
6、输出电压波形 图 3-3 三相桥式全控整流电路 图 3-4 三相桥式全控整流电路任意时刻都有两个晶闸管同时导通从而形成回路，其中共阴极组和共阳极组各 1 个导通，且不能为同一器件。触发脉冲顺序为 T1 T2 T3 T4 T5 T6。相位相差 60。同一相的上下两个桥臂脉冲相差 180。直流电压在一个周期脉动 6 次，每次脉动的波形都一样。 触发角 a 从自然换相点开始。如果负载是阻感负载的话， 当 a60，输出的直流电压和直流电流断续（图 3-3， a=90）。 9 第二部分： USB 充电器的制作 对照原理图，把元器件焊接上去，注意电阻的参数，电容的正负极，看清是整流管 IN4007还是 I
7、N4148,还有元器件不能焊接太久。 经过测试输出电压为 5.2V 左右 ,误差 +4%,额定电压为 +5V。 三 课程设计心得体会 心得：先从书本 buck 电路开始，了解一些常用的器件设置方法，示波器多通道的使用，电压，电流的测量，总线信号的分离；然后在修改参数，查看波形的变化，是否达到预期效果；最后自己总结分析电路的工作过程。 体会： 通过这 一周 对课程设计所作的努力，完成了对电力电子技术中的 升降压（ Buck-Boost）变换器、 SPWM 逆变电路、 三相 桥式全控 整流电路 的仿真。仿真过程也遇到到一些问题，比如一些波形与实际不同，然后自己修改参数，了解整个电路的工作原理，为什
8、么改变其中的一些参数变化会很大，通过网上查找资料和自己的分析来判断，反复验证结果是否准确。 MATLAB/SIMUINK 工具箱 在电力电子仿真 应用 广泛。 通过学习，我较熟练的掌握了simpowersystem 的使用方法。由于现实器件的限制，模拟仿真就给我们提供了一个准确理解学习理论的良好途径。但仿真毕竟只是仿真，实际做出来还需要不断去改进。 总之，这次电力电子课程设计进一步提高了我的自学能力，以及自己分析和解决问题的能力。 四参考文献 1 王兆安、刘进军 .电力电子技术（第 5 版） .北京：机械工业出版社， 2009. 2 林飞、杜欣 . 电力电子应用技术的 MATLAB 仿真 .北京：中国电力出版社 2009. 3 忠霖、黄京 .电力电子技术的 MATLAB 实践 . 北京：国防工业出版社 2009.
