Sepic电路课程设计说明书.doc
《Sepic电路课程设计说明书.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《Sepic电路课程设计说明书.doc(38页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、Sepic电路课程设计说明书 作者: 日期:6 个人收集整理 勿做商业用途课程设计说明书课程名称: 电力电子课程设计 设计题目: Sepic电路的建模与仿真 专 业: 电气工程及其自动化 班 级: 2009级电气(4)班 学 号: 200930213291 姓 名: 禤培正 指导教师: 郭红霞 华南理工大学电力学院2013 年 1 月课程设计任务书1 题目Sepic电路建模、仿真2 任务建立Sepic电路的方程,编写算法程序,进行仿真,对仿真结果进行分析,合理选取电路中的各元件参数.3 要求课程设计说明书采用A4纸打印,装订成本;内容包括建立方程、编写程序、仿真结果分析、生成曲线、电路参数分析
2、、选定。 V1=2040V V2=26VI0=0 1AF=50kHZ指导教师评语: 指导教师: 2013年 月 日目录1 Sepic电路分析11.1 Sepic电路简介11.2 原理分析11。3 电力运行状态分析22 Sepic电路各元件的参数选择72。1 Sepic电路参数初值72。2 电路各元件的参数确定73 控制策略的设定114 Matlab编程仿真124.1根据状态方程编写Matlab子程序124。2 求解算法的基本思路134。3 Matlab求解Sepic电路主程序155 通过分析仿真结果合理选取电路参数L1,L2,C1,C2185.1参数L1的确定185.2参数L2的确定205。3
3、参数C1的确定215.4参数C2的确定225.5 采用校核后的参数仿真246 采用Matlab分析Sepic斩波电路的性能246。1 计算电感L2的电流IL2出现断续的次数246.2 纹波系数的计算256.3 电压调整率256.4 负载调整率266。5 电路的扰动分析277 参考文献301 Sepic电路分析1.1 Sepic电路简介 Sepic斩波电路是开关电源六种基本DC/DC变换拓扑之一,是一种允许输出电压大于、小于或者等于输入电压的DC/DC斩波电路.其输出电压由主控开关(三极管或MOS管)的占空比控制。SEPIC变换器是一种四阶非线性系统, 因具有可升降压、同极性输出、输入电流脉动小
4、、输出易于扩展等特点, 而广泛应用于升降压型直流变换电路和功率因数校正电路。这种电路最大的好处是输入输出同极性.尤其适合于电池供电的应用场合,允许电池电压高于或者小于所需要的输入电压.比如一块锂电池的电压为3V 4.2V,如果负载需要3。3V,那么Sepic电路可以实现这种转换。另外一个好处是输入输出的隔离,通过主回路上的电容C1实现。同时具备完全关断功能,当开关管关闭时,输出电压为0V。1.2 原理分析Sepic斩波电路的原理图如图1所示。由可控开关Q、储能电感L1、L2二极管D、储能电容C1、滤波电容C2、负载电阻R和控制电路等组成。图1、Sepic斩波电路的原理图Sepic斩波电路的基本
5、工作原理是:当开关管Q受控制电路的脉冲信号触发而导通时,V1-L1Q回路C1Q-L2回路同时导通,L1和L2储能。V处于断态时,V1L1C1D负载(C2和R)回路及L2D-负载回路同时导通,此阶段V1和L1既向负载供电,同时也向C1充电,C1储存的能量在Q处于通态时向L2转移。Sepic斩波电路的输入输出关系由下式给出: (1) 图2、SPEIC的开关波形(VQ1Q1漏源电压)1。3 电力运行状态分析对于理想情况下的电路分析,储能电感L1、L2足够大,其时间常数远大于开关的周期,流过储能电感的电流IL可近似认为是线性的.电容C1、C2也足够大,能够维持两端电压恒定。此外,开关管Q及二极管都具有
6、理想的开关特性.分析电路图可以得到:1。3。1 Q开通时电路运行分析MOSFET开通时的等效电路如图2所示:图3、Q开通时的等效电路图Q开通时,输入电源V1对L1充电,储能电容C1对L2充电,电容C2维持着负载R的两端电压。此时有 (2)1。3.2 Q关断时电路运行分析 MOSFET关断时的等效电路如图2所示:图4、Q关断时的等效电路图Q关断后,充在电感L1上的电荷对电容C1放电,充在电感L2上的电荷通过二极管D对负载放电。此时有 (3)1。3。3 输入直流电压V1和输出直流电压V2的关系稳态时,一个周期T内电感L两端电压UL对时间的积分为零,即 (4) 当Q处于通态时,电感L1、L2两端的电
7、压分别为、,当Q处于关断时,电感L1、L2两端的电压分别为、.将数据代入式4得: (5)求解得: (6)稳态时,电容C的电流在一个周期T内的平均值应为零,也就是其对时间的积分为零,即 (7)当Q处于通态时,流过电容C1、C2的电流分别为、,当Q处于关断时,流过电容C1、C2的电流分别为、。将数据代入式7得: (8)求解得: (9)由式6知,所以可通过控制占空比的大小来控制输出电压V2的大小。即当tontoff时,0.5, V2toff时,0。5, V2V1,电路属于升压式。1.3。4 电路的状态方程由图2、3可知,等效电路与开关Q的状态有关,所以Sepic斩波电路可分为Q通态和Q断态两个状态来
8、分析。1)当Q处于通态,系统的微分方程组如下所示 (10)2)当Q处于断态,系统的微分方程组如下所示 (11)3)当Q处于断态时,充在电感L1上的电荷对电容C1放电,充在电感L2上的电荷通过二极管D对负载放电,即此过程有可能会出现电感电流的断续。由于电感L1直接与电源相连,故一般来说L1的电流不会出现断续现象,下面主要讨论电感L2出现断续后,微分方程组的变化。电感L2断续后,即,此时微分方程组如下所示: (12)设,,将其代入式10、11,合并后如下:(13)其中,u=1表示Q处于导通状态,u=0表示Q处于关断状态.此外,u=0同时令,即表示Q关断时电感L2的电流出现断续时的状态.2 Sepi
9、c电路各元件的参数选择2.1 Sepic电路参数初值 题目中给定,输入电压V1=2040V,输出电压V2=26V,负载电流I0=0 1A,开关管Q的控制端的信号频率F=50kHZ,即周期T=2*105s。为了简化电路计算,更好地描述电路运行状态,现作如下假设:(1)电源电压为40V时为最差状态。(2)电路能达到满载电流1A。(3)忽略开关管的正向导通压降和二极管的正向压降。(4)忽略线路电阻和电磁振荡所造成的能量损耗。2。2 电路各元件的参数确定2。2.1 负载电阻RL的确定负载电阻RL按式14确定 (14) 求得负载电阻RL=26。2。2。2 电感L1、L2的确定SPEIC使用两个电感L1和
10、L2,这两个电感可以绕在同一个磁芯上,因为在整个开关周期内加在它们上面的电压是一样的.使用耦合电感比起使用两个独立的电感可以节省PCB的空间并且可以降低成本.确定电感的一个好规则就是,在最小输入电压下,使得纹波电流峰峰值大约等于最大输入电流的40%。在数值相同的电感L1和L2中流动的纹波电流由下面公式算出:电感由15式求得 (15)f为开关频率,max是最小Vin时的占空比。维持电感发挥作用的电感峰值电流还没有饱和,可由下式计算如果L1和L2绕在同一个磁芯上,因为互感作用上式中的电感值就可用2L代替。电感值可这样计算 2。2.3 储能电容C1的确定储能电容C1的选择主要看RMS电流(有效电流)
11、,可由下式得出SEPIC电容必须能够承受跟输出功率有关的有效电流。这种特性使SEPIC特别适用于流过电容的有效电流(跟电容技术有关)相对较小的小功率应用.SEPIC电容的电压额定值必须大于最大输入电压。C1的纹波电压的峰峰值可以这样计算 (16)取=0.4V得=28.261uF。满足需要的有效电流的电容在C1上一般不会产生太大的纹波电压,因此峰值电压通常接近输入电压。2。2。4 滤波电容C2的确定在SEPIC中,当电源开关Q1打开时,电感充电,输出电流由输出电容提供.因此输出电容会出现很大的纹波电流。选定的输出电容必须能够提供最大的有效电流.输出电容上的有效电流是图5、输出纹波电压ESR、ES
12、L和大容量的输出电容直接控制输出纹波。如图4所示,假设一半纹波跟ESR有关,另外一半跟容量有关,因此 (17)输出电容必须满足有效电流、ESR和容量的需求。取纹波电压为2%的输出电压2。2.5输出二极体的选择选择能够承受峰值电流和反向电压的二极体.在SPEIC中,二极体的峰值电流跟开关的峰值电流IQ1peak相同。二极体必须承受的最小反向峰值电压是VRD1=Vin+Vout=66V (18)跟升压转换器相似,二极体的平均电流跟输出电流相同。二极体的功耗等于输出电流乘以二极体的正向压降。为了提高效率建议使用肖特基二极体。2。2。6功率MOSFET的选择最小阈值电压Vth(min)、导通电阻RDS
13、(ON)、栅漏电荷QGD和最大漏源电压VDS(max)是选择MOSFET的关键参数。逻辑电平或子逻辑电平阈值MOSFET应该根据栅极电压使用。峰值开关电压等于VinVout。峰值开关电流由下式计算 (19)流过开关的RMS电流由下式给出 (20)MOSFET的散耗功率PQ1大概是 (21) PQ1,MOSFET总的功耗包括导通损耗(上式第一项)和开关损耗(上式第二项)。IGATE为栅极驱动电流。RDS(ON)值应该选最大工作结温时的值,一般在MOSFET资料手册中给出。要确保导通损耗加上开关损耗不会超过封装的额定值或者超过散热设备的极限.2.2.7 编程计算所需参数在下面编程计算过程中,所需的
14、电路参数如表1所示:表1、Sepic斩波电路各元件参数值电路元件负载电阻()电感L1(mH)电感L2(mH)电容C1(F)电容C2(F)频率F(kHZ)数值260。4350.43528。26143.480503 控制策略的设定由知,,由于V2=26V,V1=2040V,即有=0.3940。565。V1初值为40V,即占空比的初值为0.394.由于输入不稳定,要想得到稳定的输出,需要对占空比拟定相应的控制策略。本例采用的控制策略为:在每一次循环的结尾处对占空比d(i)作一定的调整,满足下式 (22)其中,k取0。00003,为每次计算后的输出电压V2,26为理想输出电压。当,即对占空比进行正向的
15、调整,占空比增大,由式可知,输出的增大,即缩小与26的差距.反之,当,即对占空比进行负向的调整,占空比减小,输出的也变小,使输出逼近26。由上面分析可知,只要k取值足够小,循环次数n足够大,可以使输出电压稳定在26V附近。虽然k的取值越小,精度越高,但是k取值变小的同时也要求迭代次数n变大,否则迭代n次后还没有收敛结束。另一方面,迭代次数n的增大使得程序运行时间变长,本例选择k=0.00003,n=2500,程序运行一次的时间约为5s。根据对输出电压平均值进行调制的方式不同,斩波电路可有三种控制方式:1)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。2)保持开关导通时间ton不
16、变,改变开关周期T,称为频率调制。3)ton和T都可调,使占空比改变,称为混合型。根据题目要求,开关频率F固定为50kHZ,故应采取第一种控制方式。4 Matlab编程仿真在电力电子技术教学中, 通常利用Power Point,Authorw are,VB,Flash 等软件辅助教学, 这些软件虽然可以提供一些比较生动的动画和波形, 但其并非仿真软件, 关于电力电子器件的物理概念不突出, 且应用灵活性较差。EWB、PSpice、Protel、Matlab、SA-BER、PLECS 等专用软件体现了很好的灵活性, 能够很好地满足教学要求。在这些软件中,Matlab/Simulink 软件构建仿真
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- Sepic 电路 课程设计 说明书
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【快乐****生活】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【快乐****生活】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。