半桥开关电源仿真报告.docx
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半桥开关电源仿真报告.docx
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半桥开关电源仿真报告
电力电子与电力传动实训仿真报告
项目名称:
输出DC48V500W半桥开关电源
项目负责人:
项目成员:
负责老师:
指导老师:
2015年10月日
项目成绩:
评阅人:
指导老师:
年月曰
项目负责人:
姓名
学号
项目成员:
姓名
学号
项目成员:
姓名
学号
电源是各种电子设备不可或缺的组成部分,其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。
山于开关电源本身消耗的能量低,电源效率比普通线性稳压电源提高一倍,被广泛用于电子计算机、通讯、家电等各个行业。
它的效率可达85%以上,稳压范围宽,除此之外,还具有稳压精度高、不使用电源变压器等特点,是一种较理想的稳压电源。
本项IJ对半桥开关电压源进行了主电路、控制电路设计,进行了闭环特性研究。
项H根据电力电子技术课程对半桥DC/DC电压源主电路进行了建模,采用控制策略为电压单闭环Pl控制。
在建模的基础上在SimUlink软件中搭建模块进行了闭环仿真;闭环系统对输入电压变化能稳定输出电压,对负载变化能稳定输出电压,验证了闭环系统的稳定性。
1、项目技术目标1
2、项目的主电路设计1
2.1主电路原理1
2.2工作原理1
2.3参数选择2
3、项目的控制电路设计3
3.1控制电路方案3
3.2控制电路原理4
3、3参数选择4
4、系统仿真4
4.1仿真模型4
4.2仿真结果6
5、结论、问题和体会8
1、项目技术目标
本项Ll是半桥开关源,Ll标:
输入电压:
DC300V,电压波动±15%
输出电压:
DC48V,
输出功率:
500W
恒压精度:
优于5%
电圧调整率:
优于5%
负载整率:
优于5%
2、项目的主电路设计
2.1主电路原理
2.2工作原理
当Sl关断、S2导通时,电源及电容C2上储能经变压器传递到二次侧,同时电源经变压器、S2向Cl充电,CI储能增加;反之,Sl开通、S2关断时,电源及Cl上储能经变压器传递到二次侧,此时电源经S1、变圧器向C2充电,C2储能增加。
SI与S2交替导通,使变压器一次侧形成幅值为Ui/2的交流电压,变压器二次侧电压经DI、D2整流,L、C滤波后即得到直流输出电压。
改变开关的占空比,就可改变二次侧整流电压IJd的平均值,也就改变了输出电压Uo。
S1、S2断态时承受的峰值电压均为Ui°
电流连续时工作过程:
工作状态1:
开关Sl导通时,二极管DI处于通态,电感电流流经变压器绕
组2、二极管Dl和滤波电容C及负载R,电感电流增长。
工作状态2:
开关SI、S2都处于断态,变压器绕组1中的电流为零,根据变压器的磁动势平衡方程,绕组2和绕组2'中的电流大小相等、方向相反,所以DI和D2都处于通态,各分担一半的电流。
电感L的电流逐渐下降。
工作状态3:
开关S2导通时,二极管D2处于通态,电感电流流经变压器绕组2'、二极管D2和滤波电容C及负载R,电感电流增长。
工作状态4:
与工作状态2相同。
山于电容的隔直作用,半桥型电路对山于两个开关导通时间不对称而造成的变压器一次侧典雅的直流分量有自动平衡的作用,因此,该电路不容易发生变压器偏磁个直流磁饱和的问题。
为了避免上下两开关在换相过程中发生短暂的同时导通而造成短路损坏开关,每个开关各自的占空比不能超过50%并留有裕量。
2.3参数选择
快恢复二极管:
山于半桥开关电源电压变化快,所以为了使输出电压恒定,减少纹波,选用快恢复二极管。
根据实验室的现有设备,选用的型号如下:
型号:
DSEl2×101,V_RRM:
1200V,I.FAW:
2×91A,Trr:
40ns
普通三相整流桥:
疝号:
MDSIOO-12,V_RRM:
1200V,I_D:
IOOA
IGBT型号:
输入电压为650V,在半桥开关电源中,IGBT工作时所需承受的最大电压为输入电压为Ui,即为650V,所以根据实验室的条件,IGBT选用型号如下:
BSM50GB120DN2,最高输入直流电压:
≤700V,∏极控制电压:
≤±20V
高频变压器:
山于半桥开关电源属于高频变换电源,开关电压较高,所以需要高频变压器,根据实验室现有条件,选用型号如下:
额定功率:
3kW(频率事16KHZ),额定输入电压:
265V(方波幅值),输入电压范围:
265V±10%
电感参数计算:
要使降压斩波电压源主回路丄作在连续模式,电路参数需符合以下公式
(2.1)
≥
RTSl2一
其中L为电感值,R为充电输出端等效电阻,TS为开关周期,D为PWM波占空
Lto
电感电流脉动值为:
山要求可知S为48V,设定电源电压为300V,考虑最小占空比情况,选取开关频率为20KHz,则电感值需符合:
L≥1_Q吆U辿=1'033ri=360W//(2.3)
2fs∕min2×20×1031
同时还要合理选取电感值使纹波电流符合要求,要求△ik<0.4A选取电路状态为U2=ASV,S=300V,计算可得电感值为377.75"H°综合考虑,选取电感值为400UH。
电容参数计算:
选取合适电容参数,使得输出纹波电压小于40mV,根据经验公式,当要求不是很精确的话,可以根据负载讣算,每mA,2ufo所以综合考虑,选取电
容值为IOOOOZ√;
3、项目的控制电路设计
3.1控制电路方案
图3.1控制方案
3.2控制电路原理
斩波电路时间比控制方式中的三种控制模式:
1)定频调宽控制模式
定频就是抬开关元件的开、关频率固定不变,也就是开.关周期T固定不变,调
宽是指通过改变斩波电路的开关元件导通的时间TOn来改变导通比Kt值,从而改变输岀电压的平均值。
2)定宽调频控制模式
定宽就是斩波电路的开关元件的导通时间TOn固定不变,调频是指用改变开关元件的开关周期T来改变导通比。
3)调频调宽混合控制模式
这种方式是前两种控制方式的综合,是指在控制驱动的过程中,即改变开关周期T,乂改变斩波电路导通时间Ton的控制方式。
通常用于需要大幅度改变输出电压数值的场合。
考虑到为了降低对输岀滤波器的要求,所以本试验中采用定频调宽控制模式原理:
输出k压与给定电压比较经误差放大器产生的信号与周期性波形比较产生PWM波,通过对输出误差进行控制来减少误差,实现电压闭环控制。
3.3参数选择
控制电源:
+15V∕0.5A>-15V∕0.3A外部给定电压:
DC0-5V电流传感器取样电阻:
IOO欧电压传感器取样电阻:
IOO欧速度反馈输入:
DC0-5V
PWM驱动输出信号:
14mA
IGBT故障输入信号:
5-2OmA
OUT+与OUT-电流:
<lmA
UC+与UC-电流:
<lmA
4、系统仿真
4.1仿真模型
本实验采用SimUlink进行仿真。
linearTr≡n∙foι
OodeI
KjeTL
0p∙e"
【G52
OCWree
Oocr ¾f T ⅛xκ 图4.1半桥开关电源的SimUlink电路的模型 图4.2电压闭环控制部分模型和Pl控制器参数 将开关频率设置为200OOHZ: 图43开关频率参数 4.2仿真结果 开环仿真: 下图为开环时的半桥开关电压源主电路: Oκo*∙e∙. ・∙s∙∙ceJ PCΛ∙Γ^J∣ Sgc*÷4 此时PWM波占空比设置为18%,频率为2OkHz,输出电压波形: 闭环仿真: 1、输入电压300V,输出电压设置为48V,负载电阻20Q,仿真时间5s° 图44输出电压波形 4¾.01I DiSPiay2 ScoPe 图4.5稳定时输出电压值 从以上仿真数据可以看出: 仿真实际输出电压48.OlV,输出电流2.4A,输出功率: P=U*I=48.01*2.4=115.224WO 电压控制精度: 2、输入电压300W输出电压设置为48V,负载电阻4Q。 图4.6稳定时输出电压值 仿真实际输出电压48.15V,输出电流12.04A,输出功率: P二U*I二4&15*12.04=579.726W>500W 电压控制精度: 负载调整率: 3、输入电压400V,输出电压设置为48V,负载电阻20Ωo 仿真输出电压48.03V,输出电流2.4A,输岀功率: P=U*I=48.03*2.4=115.272Wo电压控制精度: 电圧调整率: 5>结论、问题和体会 通过上述SilnUIink的仿真数据及计算结果可以看到本次试验仿真结果满足题Ll的要求。 设计的半桥开关电压源在闭环控制下改变输入电压,在一定范圉内,输出电压保持不变,系统抗输入变化能力强,减负载时输出电压略有减小,负载调整率达到要求。 为了避免上下两个管子宜通,应设置死区时间;题目中应指明电压和功率等指标;仿真模型可以继续优化。
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