电力电子 实验报告

电力电子学实验报告

姓名：陈思竹

班级： 076091-03 学号：20091000688 指导老师：谭智力 日期： 2012.4.28

实验一DC-DC变换电路的性能研究

一、实验目的

熟悉Matlab的仿真实验环境，熟悉Buck电路、Boost电路、Cuk电路及单端反激变换（Flyback）电路的工作原理，掌握这几种种基本DC-DC变换电路的工作状态及波形情况，初步了解闭环控制技术在电力电子变换电路中的应用。

二、实验内容

1．Buck变换电路的建模，波形观察及相关电压测试 2．Boost变换电路的建模，波形观察及相关电压测试； 3．Cuk电路的建模，波形观察及电压测试；

4．单端反激变换（Flyback）电路的建模，波形观察及电压测试，简单闭环控制原理研究。

（一）Buck变换电路实验

1.电路模型

降压变换器的输入电压为200V，输出电压为50V，纹波电压为输出电压的0.2%，负载电阻为20Ω，工作频率为20kHz。电感电流连续。

2、实验步骤

（1）、利用Matlab中的Simulink建立满足条件的电路模型，如图1所示；

图1

（2）、计算电感及电容参数，完成各模块参数设置；

根据已知条件：输入电压为200V，输出电压为50V，纹波电压为输出电压的0.2%，负载电阻为20Ω，工作频率为20kHz，电感电流连续。

电感电流连续时，D=M=V0/VS=50/200=0.25；

要使电感电流连续，则必须有Iomin>=IOB=V0(1-D)/2Lfs；（IOB为临界负载电流）； 则有：L>=V0(1-D)/2fsIomin=50*0.75/2*20*1000*2.5=0.375mH； 要使输出电压纹波为输出电压的0.2%，有△V/ Vo=[π* (fc/fs)]2*（1-D）] /2≤0.2%，所以fc=1/(2*pi*√LC) ≤(fs*√[0.4%/(1-D)]/π,∴C≥1/(4*π2*L*fc2),计算后选取的

C值为240uF，经验算符合条件。

参数L=0.375,C=240uF。 3、实验结果与分析

（1）当fs=20 kHz时，在scope端观察到的波形图如下，其中波形1为门极

电压，波形2为电感电压，波形3为电感电流，波形4为输出电压，波形5为MOSFET电流，波形6为续流二极管电流：

（2）当fs=50 kHz时，在scope端观察到的波形图如下：

（3）、记录输出电压的平均值

fs=20KHZ时，输出电压平均值为：49.87V；

fs=50KHZ时，输出电压平均值为：49.4.V。

（4）分析提高开关频率对输出波形的影响

由图对比可看出，提高开关频率之后，MOSFET电流，续流二极管电流、电感电流在一个周期变量化变小，输出电压波形更稳定，由此看出纹波系数也变小。而这一结果与理论分析相吻合。

（二）Boost变换电路实验

1.电路模型

升压变换器的输入电压为3-6V，输出电压为15V，纹波电压低于输出电压的0.2%，负载电阻为10Ω，工作频率为40kHz。电感电流连续。 2、实验步骤

（1）利用Matlab中的Simulink建立满足条件的电路模型，如图2所示。

图2

（2）参数计算

在输入电压为6V时： 电感电压连续，则有：Vo=Vs/(1-D)，所以算得D=0.6；

要使电感电流连续，则必须有Iomin>=IOB=V0*D(1-D)/2Lfs；（IOB为临界负载电流）； 所以有：L>=Vo*D(1-D)/2fs*Iomin=0.012mH；取L=0.016mH; 输出电压纹波：△V/ Vo=D*fc/fs≤0.2%

所以fc=1/RC ≤0.2%*fs/D=1.34kHz,C≥1/（R *fc）=74uF,本模型中选取的C值为75uF。

3、实验结果与分析

（1）当fs=20 kHz时，在scope端观察到的波形图如下：其中波形1为MOSFET的门极电压，波形2为输入电压，波形3为电感电流，波形4为输出电压，波形5为续流二极管电流，波形6为MOSFET电流。