multisim buck电路仿真.docx

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multisimbuck电路仿真

第一章概述

1、1直流―直流变换的分类

直流—直流变换器（DC-DC）就是一种将直流基础电源转变为其她电压种类的直流变换装置。

目前通信设备的直流基础电源电压规定为−48V,由于在通信系统中仍存在−24V（通信设备）及+12V、+5V（集成电路）的工作电源,因此,有必要将−48V基础电源通过直流—直流变换器变换到相应电压种类的直流电源,以供实际使用。

DC/DC变换就是将固定的直流电压变换成可变的直流电压,也称为直流斩波。

主要有

（1）Buck电路——降压斩波,其输出平均电压小于输入电压,极性相同。

（2）Boost电路——升压斩波,其输出平均电压大于输入电压,极性相同。

（3）Buck－Boost电路——降压―升压斩波,其输出平均电压大于或小于输入电压,极性相反,电感传输。

（4）Cuk电路——降压或升压斩波,其输出平均电压大于或小于输入电压,极性相反,电容传输。

此外还有Sepic、Zeta电路。

1、2直流—直流变换器的发展

当今软开关技术的发展使得DC/DC发生了质的飞跃,美国VICOR公司（美国怀格公司,国际知名的电源模块生产厂家）设计制造的多种ECI软开关DC/DC变换器,其最大输出功率有300W、600W、800W等,相应的功率密度为（6、2、10、17）W/cm3,效率为（80～90）%。

日本NEMIC—LAMBDA（联美兰达,日本的开关电源厂商、2012年兰达被TDK收购,名称也改为TDK-LAMBDA）公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列,其开关频率为（200～300）kHz,功率密度已达到27W/cm3,采用同步整流器（MOSFET代替肖特基二极管）,使整个电路效率提高到90%。

第2章降压―升压斩波电路的设计

2、1基本工作原理

电路原理图如图2-1所示,基本工作原理如下:

图2-1:

降压―升压斩波电路原理图

设电路中电感L值很大,电容C值也很大。

使电感IL与电容电压即负载电压uo基本为恒值。

当可控开关V处于通态时,电源E经V向电感L供电使其储存能量,此时电流为i1,方向如图2-1a）所示。

同时,电容C维持输出电压基本恒定并向负载R供电。

此后,使V关断,电感L中储存的能量向负载释放,电流为i2,方向如图2-1a）所示。

可见,负载电压极性为上正下负,与电源电压极性相反,因此又称为反极性斩波电路。

稳态时,一个周期T内电感L两端电压ul对时间积分为零,即

当V处于通态期间,uL=E;而当V处于断态期间,uL=-u0。

于就是

所以输出电压为

改变占空比α,输出电压既可以比电源电压高,也可以比电源电压低。

当0<α<1/2时为降压,当1/2<α<1时为升压,因此将该电路称为降压―升压斩波电路。

也有的文献直接按英文称之为buck-boost变换器。

图2-1b）给出了电源电流i1与负载电流i2的波形,设两者的平均电流分别为I1与I2,当电流脉动足够小时,有

由上式可得

如果V与VD为没有损耗的理想开关时,则EI1=U0I2,其输出功率与输入功率相等,可以瞧做直流变压器。

2、2触发方式

根据对输出电压平均值进行调制的方式不同,斩波电路可以有三种控制方式:

保持开关周期T不变,调节开关导通时间ton,称为脉冲宽度调制（PulseWidthModulation,PWM）,或脉冲调宽型。

保持开关导通时间ton不变,改变开关周期T,称为频率调制或调频型。

ton与T都可调,使占空比改变,称为混合型。

其中第一种方式应用最多。

第3章电路仿真及其分析

直流降压―升压斩波变换电路的输出电压可以高于或者低于输入电压,它具有一个相对于输入电压公共端为负极性的输出电压。

在电路中,改变占空比系数α,即可改变输出电压。

3、1电路为直流降压斩波变换电路时的波形及其分析

基于Multisim的直流降压―升压斩波电路的仿真电路图如图3-1所示,当函数发生器的设置如图3-2所示。

占空比系数α为10%时,直流电压表指示的输出电压如图。

其中特别注意直流电压表的接入方向问题,由此可见输出电压小于输入电压,完成降压斩波功能。

直流电压表示数如图3-3所示,示波器显示的输出电压信号波形如图3-4所示。

图3-1:

直流降压―升压斩波变换电路（降压时）

图3-2:

信号发生器板面设置

图3-3:

直流电压表示数

图3-4:

输出电压信号波形

下面对仿真结果分析如下:

在仿真电路图中,电源电压E设为9V,开关管为2SK2070L,即SiliconNChannelMOSFETHighSpeedPowerSwitching,就是一种高速的MOSFET开关管,由日立公司（HITACHI）生产,函数信号发生器的参数设置足以驱动MOSFET,占空比α设为10%,由计算公式在理论上输出电压值应为1V,但就是由于开关不就是理想的,存在一定的压降,所以输出电压略小于理论值。

3、2电路为直流升压斩波电路时的波形及其分析

在图3-5所示的电路中,函数发生器的设置如图3-6,占空比系数α=0、7时,直流电压表的输出电压如图3-8所示,可见输出电压大于输入电压,完成了升压的功能。

示波器显示的输出电压信号波形如图3-8a）与3-8b）所示。

图3-5:

直流降压―升压斩波电路（升压时）

图3-6:

信号发生器设置面板

图3-7:

直流电压表示数

图3-8a）:

输出电压波形

图3-8b）:

输出电压波形

下面对仿真结果分析如下:

与降压斩波电路相比,唯一的不同之处在于函数发生器占空比的参数设置不同,这也就是电路可以实现降压与升压的根本所在。

在此仿真结果中,得出的实际电压与理论的电压相当接近,达到了预期的结果。

在进行输出电压的波形分析时发现,在进行第一次的输出电压仿真结果显示时得到如图3-8a）所示的波形,这就是由于在第一次仿真时,电容电感储能元件需要一定的时间建立自身的能量,所以波形有一个逐渐过渡的过程,而在建立了储能过程后,由于电感L可以维持电流基本不变,电容可以基本维持电压,使得此时电压的输出波形接近一条平行于时间轴的直线。

第4章直流斩波电路的发展前景

直流传动就是斩波电路应用的传统领域,而开关电源则就是斩波电路应用的新领域,前者的应用就是逐渐萎缩,而后者的应用方兴未艾、欣欣向荣,就是电力电子领域的一大热点。

直流变换电路的用途非常广泛,包括直流电动机传动、开关电源、单相功率因数校正,以及用于其她领域的交直流电源。

直流变换技术已被广泛的应用于开关电源及直流电动机驱动中,如不间断电源（UPS）、无轨电车、地铁列车、蓄电池供电的机动车辆的无级变速及20世纪80年代兴起的电动汽车的控制。

从而使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。

由于变速器的输入就是电网电压经不可控整流而来的直流电压,所以直流斩波不仅能起到调压的作用,同时还能起到有效地抑制网侧谐波电流的作用。

结论

直流斩波电路的种类较多,包括六种基本斩波电路:

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斩波电路与Zeta斩波电路。

但就是前两种就是最基本的电路。

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。

利用相同的基本斩波电路进行组合,可构成多相多重斩波电路。

在本次课程设计中,我通过对降压—升压斩波电路的设计,得出如下一些结论:

（1）降压—升压斩波电路就是综合了单纯的降压斩波电路与升压斩波电路,所以使用起来更方便,更加灵活。

（2）降压—升压斩波电路与Cuk斩波电路相比,存在一个缺点,其输入电源电流与输出负载电流就是阶跃变化的,这样对输入与输出滤波的效果不就是很理想。

（3）由于存在着不可避免的器件自身压降以及自身损耗的问题,所以实际的结果会与理论有一定的偏差,我们的最终目的就就是减小这种偏差,根本途径就就是设计性能更好的器件,随着社会的不断发展,最新的器件正在一步步替代老的器件。

（4）直流降压—升压斩波电路就是够成开关电源的基础,各种电源都就是以此为基础来设计优化的。

心得体会

回顾起此次电力电子技术的课程设计,感慨颇多,在一个星期的日子里可以说就是整天都充满着压力与忙碌,每天加班加点,自己也的确从此次安排的课程设计中学到了很多东西。

从开始得到老师公布开始课程设计时的一脸茫然到到自己通过查资料、与同学共同探讨、经过老师指导后,自己设计并写出这份课程报告,心中充满了成就感。

通过课程设计还拓宽了知识面,学到了很多课本上没有的知识,报告只有自己去做能加深对知识的理解,任何困难只有自己通过努力去克服才能收获成功的喜悦。

本次课程设计还让我明白了理论联系实际的重要性,只有通过实际的动手才能加深对于理论知识的理解。

在做课程设计的过程中我发现自己对课本知识的理解不够深刻,掌握的不太牢靠,以后一定会努力地温习以前的知识。

此次的课程设计中,运用了Multisim10进行电路仿真,也练习了使用的熟练程度。

此外对论文的的格式要求等有了比较清晰的认识,也为了以后毕业论文的设计奠定了基础。

最后,感谢张老师对我在课程设计时的指导！

谢谢张老师！

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参考文献

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机械工业出版社,2009

[2]樊立平,王忠庆、电力电子技术[M]、北京:

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