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电力电子技术课程设计之降压斩波电路.docx

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电力电子技术课程设计 PAGE \* MERGEFORMAT 2 目 录 摘要 TOC \o 1-3 \h \z \u HYPERLINK \l _Toc344761374 一、概述 PAGEREF _Toc344761374 \h 2 HYPERLINK \l _Toc344761375 二、设计方案 PAGEREF _Toc344761375 \h 3 HYPERLINK \l _Toc344761376 三、主电路设计 PAGEREF _Toc344761376 \h 5 HYPERLINK \l _Toc344761377 四、Simulink仿真系统设计 PAGEREF _Toc344761377 \h 8 HYPERLINK \l _Toc344761378 五、总结 PAGEREF _Toc344761378 \h 17 HYPERLINK \l _Toc344761379 六、参考文献 PAGEREF _Toc344761379 \h 18 一、概述 从八十年代末起,工程师们为了缩小DC/DC变换器的体积,提高功率密度,首先从大幅度提高开关电源的工作频率做起,但这种努力结果是大幅度缩小了体积,却降低了效率。发热增多,体积缩小,难过高温关。因为当时MOSFET的开关速度还不够快,大幅提高频率使MOSFET的开关损耗驱动损耗大幅度增加。工程师们开始研究各种避开开关损耗的软开关技术。虽然技术模式百花齐放,然而从工程实用角度仅有两项是开发成功且一直延续到现在。一项是VICOR公司的有源箝位ZVS软开关技术;另一项就是九十年代初诞生的全桥移相ZVS软开关技术。 有源箝位技术历经三代,且都申报了专利。第一代系美国VICOR公司的有源箝位ZVS技术,其专利已经于2002年2月到期。VICOR公司利用该技术,配合磁元件,将DC/DC的工作频率提高到1MHZ,功率密度接近200W/in3,然而其转换效率却始终没有超过90%,主要原因在于MOSFET的损耗不仅有开关损耗,还有导通损耗和驱动损耗。特别是驱动损耗随工作频率的上升也大幅度增加,而且因1MHZ频率之下不易采用同步整流技术,其效率是无法再提高的。因此,其转换效率始终没有突破90%大关。 为了降低第一代有源箝位技术的成本,IPD公司申报了第二代有源箝位技术专利。它采用P沟MOSFET在变压器二次侧用于forward电路拓朴的有源箝位。这使产品成本减低很多。但这种方法形成的MOSFET的零电压开关(ZVS)边界条件较窄,在全工作条件范围内效率的提升不如第一代有源箝位技术,而且PMOS工作频率也不理想。为了让磁能在磁芯复位时不白白消耗掉,一位美籍华人工程师于2001年申请了第三代有源箝位技术专利,并获准。其特点是在第二代有源箝位的基础上将磁芯复位时释放出的能量转送至负载。所以实现了更高的转换效率。它共有三个电路方案:其中一个方案可以采用N沟MOSFET。因而工作频率较高,采用该技术可以将ZVS软开关、同步整流技术、磁能转换都结合在一起,因而它实现了高达92%的效率及250W/in3以上的功率密度。 MATLAB是矩阵实验室(Matrix Laboratory)的简称,是美国MathWorks公司出品的商业HYPERLINK /view/1658637.htm \t _blank数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,SIMULINK是MATLAB软件的扩展,它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包,本课程设计的仿真即需要在SIMULINK中来完成电路的仿真与计算。通过系统建模和仿真,掌握和运用MATLAB/SIMULINK工具分析系统的基本方法。 直流斩波电路(DC Chopper)的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电,也称为直接直流-直流变换器(DC/DC Converter)。直流斩波电路一般是指直接将直流电变为另一直流电的情况,不包括直流-交流-直流的情况。 习惯上,DC-DC变换器包括以上两种情况。 直流斩波电路的种类较多,包括6种基本斩波电路:降压斩波电路,升压斩波电路,升降压斩波电路,Cuk斩波电路,Sepic斩波电路和Zeta斩波电路,其中前两种是最基本的电路。一方面,这两种电路应用最为广泛,另一方面,理解了这两种电路可为理解其他的电路打下基础。 利用不同的基本斩波电路进行组合,可构成复合斩波电路,如电流可逆斩波电路、桥式可逆斩波电路等。利用相同结构的基本斩波电路进行组合,可构成多相多重斩波电路。 直流斩波电路广泛应用于直流传动和开关电源领域,是电力电子领域的热点。全控型器件选择绝缘栅双极晶体管(IGBT)综合了GTR和电力MOSFET的优点,具有良好的特性。目前已取代了原来
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