电力电子仿真作业.docx

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电力电子仿真作业

1、开关电源仿真。

（1）单端反激式电路（Flyback）：

（2）仿真波形：

（蓝色为T的电流I（Q），红色为二极管上电流I（D））

（3）分析：

当T导通的DT时区中，输出变压器初级电流I（Q）线性上升，u1=Vi，u2=—nVi，该电压使得二极管处于反偏截止，I（D）=0，负载电流由C放电维持，这种情况持续到t=DT为止；

当t>DT时，T关断，原先存储在L1中的能量不能突变，为维持电流连续，变压器初、次级绕组电压反号，u2>0，迫使二极管导通，I（D）>0，电感能量逐步转化为电场能量向电容C充电和向负载供电。

二极管一旦导通，u2便被箝在Vo的水平上，如果C的数值很大，输出电压无脉动，则u2=Vo，次级绕组电流将线性下降，直到t=T为止。

2、分析并仿真隔离性的Sepic电路（即BIFRED电路），说明其特点。

（1）BIFRED电路：

（2）仿真波形：

（3）电路分析：

BIFRED是具有PFC能力的单级反激式开关电源电路。

当开关S1闭合时，电感充电，电容经S1给T的此话电感充电。

S1流过上述两部分电流，二级管截止。

S1断开，电感电流经电容和T流动，给电容储能；同时T的激磁电感也放电。

两部分电流均流过二极管，当电感电流到零，此时电流继续流动。

磁化电流连续。

开关导通变压器储能、断开时放能。

放能过程中，电容的充电电流也传递到变压器的副边。

磁化电感工作在电流连续模式，输出电压与负载无关。

电路性能比Boost电路与Flyback级联要优。

在恒导通比控制时，升压电感在DCM方式下工作。

电路的主要问题是要求Cb上的直流电压足够高但不能过高。

当电路轻载或空载时，Cb上的直流电压将不断升高。

为了减小电容上的电压，可以通过改变开关频率（也可以调导通比，但受PFC的限制）的方法来调节。

当线电压低或负载电流大时开关频率降低；相反，升高开关频率。

3、分析并仿真隔离性Cuk电路（BIBRED电路），说明其特点。

（1）仿真电路图

（2）波形图：

（3）电路分析：

BIBRED电路是具有PFC能力的单级正激式开关电源电路。

电路中C1隔离了输出直流。

S1闭合，电感L充电，CB经S1加在T的原边。

变压器副边电压为VCB／n。

D2两端电压为VCB／n＋VC1，D2截止。

S1断开，变压器磁化电流与L放电电流流过变压器。

CB充电。

D2导通，两个电流给C1充电。

C1的电压也为变压器提供磁通复位的反压。

当CB充电电流下降到零后，磁化电流继续流动。

电路工作于CCM。

该电路的主要问题也是当电路轻载或空载时，CB上的直流电压将不断升高。

为了减小电容上的电压，可以通过改变开关频率（而不是导通比，因调节受PFC的限制）的方法来调节。

当输入电压低或负载电流大时开关频率降低；相反，升高开关频率。

4、BoostPFC电路

（1）电路图：

（2）仿真结果：

（3）理论分析：

Boost电路中，电感电流是电源电流，所以能够直接控制电源电流波形。

开关在低电位端，控制容易。

当在DCM方式下时，电路具有自然的PFC能力而不需要复杂的控制。

电路进行了电流跟踪以保证网侧电流正弦化提高功率因数。

实现输出电压的调节，尽可能避免电压过零区的电流断续以保证电流有较小的失真。

5、三相PWM脉冲整流电路。

（1）电路图

（2）交流侧电流、电压和直流侧电压

（3）交流侧三相电流、单相电压、调制波和直流侧电压

（4）理论分析：

脉冲整流电路能将输入的交流变成直流，也可将直流逆变成交流电回馈电网。

无论整流或逆变其电网侧的电流与电压同相位、波形近似正弦，功率因数接近单位值。

脉冲整流器是应用脉宽调制技术发展而来的一种新型电源变流器。

脉冲整流器引入的目的是为了克服相控整流器对电网的污染。

脉冲整流电路有电压型脉冲整流电路和电流型脉冲整流电路两种，该仿真以电压型脉冲整流电路为例，可以看出较好地实现了功率因数的补偿，减少了对电网的污染。

6、CCM方式下BoostPFC电路控制系统（平均值电流控制）

（1）仿真电路：

（2）仿真波形：

（3）分析：

电感电流与电流参考进行比较，结果送PI调节器。

PI输出电压与锯齿电压比较得到开关通断信号。

当电感电流超过指令，积分器反向积分，输出电压变小，脉宽变窄；相反，脉宽变宽。

在一个控制周期中开关动作时刻取决于误差信号的积分结果，所以，称为平均值控制。

7、CCM方式下BoostPFC电路控制系统（峰值电流控制）

（1）仿真电路

（2）仿真波形

（3）电路分析

电网电压被当作电流参考指令。

电感电流与电流指令比较。

当电感电流峰值小于指令值，开关闭合，电感电流增大；当电感电流峰值大于指令值，开关断开，电感电流减小。

电感电流的峰值包络线是正弦。

当输出电压变化时，等效参考电流指令的大小发生变化，开关时刻也相应变化。

当输出电压↓→误差电压↑→电流指令变大→电感电流增大→输出电压↑。

由于电流跟踪方式不能实现恒频PWM，这会产生连续谐波谱，不利于滤波。

需要增加一个定频控制环节。

即将比较器的输出与一个锯齿波相比较，再去控制开关的导通与关断。

8、三相桥式SPWM逆变电路（频率调制比N=5，幅值调制比为0.8）。

（1）仿真电路图

（2）仿真波形图

（3）三相桥式SPWM逆变电路分析

假设负载为感性，电流滞后电压一个相角。

电路有如下的工作模式：

a）三个可控开关导通。

此时负载从直流电源获得能量。

这三个可控开关是6个开关中的三个。

b）二个可控开关和一个二极管导通。

此时负载从电网获得电能，同时，无功在绕组内交换。

c）二个二极管和一个可控开关导通。

无功向电源反馈同时也在绕组间交换。

d）在SPWM方式工作的逆变电路中，有两种特殊模式：

T135全部为导通信号和T246全部为导通信号。

当T135为导通信号时，根据规则T246是关断的。

同理D246也是关断的。

因为D246的导通不会阻碍T135的导通，而T135的导通却要关断D246。

此时，T135与D135中哪些真正导通，与当时的电流有关。

电路有如下规律：

1）电路有上部3个开关或下部三个开关同时导通的情况。

此时输出电压为零。

电源输入电流为零。

2）当滞后的功率因数角小于60度时，电路工作时总是在上（下）全通、2T1D、3T这几种模式中转换。

9、直直变换电路。

（1）BUCK电路。

仿真波形：

基本分析：

当电压占空比选择为0.5时，输出电压为0.5Ud，为5V。

在开关开通时，电感电流上升，其上升斜率即Ldi/dt为Ud-Uo,电感上的压降为Ud-Uo.开关断开后，电感电流下降，其Ldi/dt=―Uo，电感上的压降为Uo。

仿真结果知：

最大电流约为5.25A，最小电流约为4.75A，平均电流约为5A.开通时电感电压为5V，关断时电压为—5V。

（2）BOOST电路

仿真电路图：

仿真结果：

基本分析：

电感电流在CCM下，开通时上升，关断时下降。

电压增益Av=Uo/Ud=1/Do.

当Ud=10V，Do=0.5时，Uo=20v。

电流脉动为UdDT/Ld=10*0.5*100u/100u=5A.

电压脉动量为Uo*DT/RC=20*0.5*100u/（5*450u）=0.45V。

仿真分析：

在所得的波形图中可以看出电感电流最大值约为10.5A,最小值约为5.5A。

输出电压脉动值约为0.5V，输出电压与理论分析接近。

忽略此处..