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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。
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