094414_基于matlab-simulink的buck变换器的研究与设计[电力电子课程设计].doc

l 电力电子课程设计
2012.5

BUCK变换器的研究与设计
基于MATLAB/SIMULINK
----------指导老师:王武
09级电信学院

目录
课程设计任务书 1
成员分工 2
前 言 3
0.1 概述 3
0.2 研究的意义 3
0.3 MATLAB 4
0.4 致谢 4
第1章 设计思路与框图 5
1.1 设计思路 5
1.2 系统框图 5
第2章 直流稳压电源设计 6
2.1 电源设计原理 6
2.2 电路的工作原理及其波形分析 6
2.3 基本工作过程 7
2.4 δ和θ的确定 7
2.5 主要的数量关系 9
第3章 降压斩波电路课程设计 11
3.1 降压斩波电路主电路图 11
3.2 电路分析 11
3.2.1 IGBT简介 12
3.2.2 工作原理 12
3.2.3 控制方式 13
3.2.4 对降压斩波电路进行解析 13
第4章 PWM控制的基本原理 15
4.1 理论基础 15
4.2 PWM波的分类 16
4.3 PWM控制方法 16
4.4 异步调制和同步调制 17
第5章 MATLAB仿真 18
5.1 元件清单及参数设置 18
5.2 仿真电路设计 22
5.3 仿真波形 23
5.4 仿真分析 24
第6章 设计总结 25
6.1 设计回顾 25
6.2 心得体会 25
6.3 参考文献 25

课程设计任务书
学生姓名： 路长鑫 专业班级： 09级电气 3班
指导教师： 王武 工作单位： 电气工程及其自动化
题目：BUCK变换器的研究与设计
一、 初始条件
输入电压：20~30V，输出电压：0-15V，输出负载电流：0.1~1A，工作频率：30KHz，采用降压斩波主电路。
二、 要求完成的主要任务
1. 直流供电电源设计。
2. 降压斩波主电路设计（包括电路结构形式，全控型器件的选择）并讨论主电路的工作原理。
3. 脉宽调制电路（如SG3525集成PWM控制器）及驱动电路设计。
4. 分析PWM控制原理及波形。
5. 提供电路图纸至少一张。
课程设计说明书应严格按统一格式打印，资料齐全，坚决杜绝抄袭，雷同现象。应画出单元电路图和整体电路原理图，给出系统参数计算过程，图纸、元器件符号及文字符号符合国家标准。
三、 时间安排
2012.3.26～2012.4.8 收集资料，确定设计方案
2012.4.9～2012.5.27 系统设计
2012.5.28～2012.6.10 撰写课程设计论文及提交

指导教师签名： 年 月 日

成员分工
成员分工情况如下表：

分工及完成情况
成员名单

分工

完成情况

李雪灵、张萌

直流供电电源设计

完成

李海龙 、杨浩琼、董卓奇

降压斩波主电路设计

完成

郭道民、刘晓东

脉宽调制电路

完成

路长鑫

硬件设计及仿真

完成

前 言
0.1 概述
直流斩波电路（DC Chopper）的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，也称为直接直流-直流变换器（DC/DC Converter）。直流斩波电路一般是指直接将直流电变为另一直流电的情况，不包括直流-交流-直流的情况。
习惯上，DC-DC变换器包括以上两种情况。
直流斩波电路的种类较多，包括6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斩波电路和Zeta斩波电路，其中前两种是最基本的电路。一方面，这两种电路应用最为广泛，另一方面，理解了这两种电路可为理解其他的电路打下基础。
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。利用相同结构的基本斩波电路进行组合，可构成多相多重斩波电路。
直流斩波电路广泛应用于直流传动和开关电源领域，是电力电子领域的热点。全控型器件选择绝缘栅双极晶体管（IGBT）综合了GTR和电力MOSFET的优点，具有良好的特性。目前已取代了原来GTR和一部分电力MOSFET的市场，应用领域迅速扩展，成为中小功率电力电子设备的主导器件。
所以，此课程设计选题为：设计使用全控型器件为IGBT的降压斩波电路。主要讨论电源电路、降压斩波主电路、控制电路、驱动电路和保护电路的原理与设计。

0.2 研究的意义
从八十年代末起，工程师们为了缩小DC/DC变换器的体积，提高功率密度，首先从大幅度提高开关电源的工作频率做起，但这种努力结果是大幅度缩小了体积，却降低了效率。发热增多，体积缩小，难过高温关。因为当时MOSFET的开关速度还不够快，大幅提高频率使MOSFET的开关损耗驱动损耗大幅度增加。工程师们开始研究各种避开开关损耗的软开关技术。虽然技术模式百花齐放，然而从工程实用角度仅有两项是开发成功且一直延续到现在。一项是VICOR公司的有源箝位ZVS软开关技术；另一项就是九十年代初诞生的全桥移相ZVS软开关技术。
有源箝位技术历经三代，且都申报了专利。第一代系美国VICOR公司的有源箝位ZVS技术，其专利已经于2002年2月到期。VICOR公司利用该技术，配合磁元件，将DC/DC的工作频率提高到1MHZ，功率密度接近200W/in3，然而其转换效率却始终没有超过90%，主要原因在于MOSFET的损耗不仅有开关损耗，还有导通损耗和驱动损耗。特别是驱动损耗随工作频率的上升也大幅度增加，而且因1MHZ频率之下不易采用同步整流技术，其效率是无法再提高的。因此，其转换效率始终没有突破90%大关。
为了降低第一代有源箝位技术的成本，IPD公司申报了第二代有源箝位技术专利。它采用P沟MOSFET在变压器二次侧用于forward电路拓朴的有源箝位。这使产品成本减低很多。但这种方法形成的MOSFET的零电压开关（ZVS）边界条件较窄，在全工作条件范围内效率的提升不如第一代有源箝位技术，而且PMOS工作频率也不理想。为了让磁能在磁芯复位时不白白消耗掉，一位美籍华人工程师于2001年申请了第三代有源箝位技术专利，并获准。其特点是在第二代有源箝位的基础上将磁芯复位时释放出的能量转送至负载。所以实现了更高的转换效率。它共有三个电路方案：其中一个方案可以采用N沟MOSFET。因而工作频率较高，采用该技术可以将ZVS软开关、同步整流技术、磁能转换都结合在一起，因而它实现了高达92%的效率及250W/in3以上的功率密度。
0.3 MATLAB
MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，SIMULINK是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，本课程设计的仿真即需要在SIMULINK中来完成电路的仿真与计算。通过系统建模和仿真，掌握和运用MATLAB/SIMULINK工具分析系统的基本方法。

0.4 致谢
诚挚的感谢老师的细心指导，诚挚的感谢作出努力的每一位组员，使得本学期电力电子课程设计的顺利完成，使我更进一步的明白了团队力量的内涵，为以后的工作和学习奠定了基础，树立了标杆！
第1章 设计思路与框图
1.1 设计思路
本课程设计主要应用了MATLAB 软件及其组件之一SIMULINK进行系统的设计与仿真。系统主要包括：直流稳压电源部分、BUCK降压斩波主电路部分、PWM控制部分和负载。
直流稳压电源部分采用SIMULINK中的交流电源模块，模拟工频50Hz的220V交流电源，经过变压器降压，把220V电压变为30V左右的交流电，为主电路提供电源。
BUCK降压斩波主电路部分拖动带反电动势的电阻负载，模拟现实中一般的负载，若实际负载中没有反电动势，只需令其为零即可。
PWM控制部分为主电路部分提供脉冲信号，控制全控器件IGBT的导通和关断，实现整个系统的运行。
在SIMULINK中完成各个功能模块的绘制后，即可进行仿真和调试，用SIMULINK提供的示波器观察波形，进行相应的电压和电流等的计算，最后进行总结，完成整个BUCK变换器的研究与设计。
1.2 系统框图
系统框图如图1.1所示。

图1.1 BUCK变换器系统结构总框图
第2章 直流稳压电源设计
2.1 电源设计原理
设计电路采用的是电容滤波的单项不可控整流电路，小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，其原理框图如图2.1,波形图如图2.2所示。

图2.1 直流稳压电源原理框图

图2.2 直流稳压波形图

2.2 电路的工作原理及其波形分析

a) 电路 b) 波形
图2.3 电容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形
2.3 基本工作过程
在u2正半周过零点至wt=0期间，因u2<ud，故二极管均不导通，此阶段电容C向R放电，提供负载所需电流，同时ud下降。
至wt=0之后，u2将要超过ud，使得VD1和VD4开通，ud=u2，交流电源向电容充电，同时向负载R供电。
电容被充电到wt=0时，ud=u2，VD1和VD4关断。电容开始以时间常数RC按指数函数放电。
当wt=Л，即放电经过Л-θ角时，ud降至开始充电时的初值，另一对二极管VD2和VD3导通，此后u2又向C充电，与u2正半周的情况一样。
2.4 δ和θ的确定
δ指VD1和VD4导通的时刻与u2过零点相距的角度，θ指VD1和VD4的导通角。
在VD1和VD4导通期间

式中，ud(0)为VD1、VD4开始导通时刻直流侧电压值。
将u2代入并求解得：
而负载电流为：
于是：
则当wt=θ时，VD1和VD4关断。将id(θ)=0代入上式得

二极管导通后u2开始向C充电时的ud与二极管关断后C放电结束时的ud相等，故有下式成立：

因此

有上述两式可求出δ和θ，显然δ和θ由乘积ωRC决定。

图2.4 δ、θ与ωRC的关系曲线
实际应用中为了抑制电流冲击，常在直流侧串入较小的电感。成为感容滤波的电路，如图2.5 a所示此时输出电压和输入电流的波形如图2.5 b所示，由波形可见，ud波形更平直，电流i2的上升段平缓了许多，这对于电路的工作是有利的。
a
b
u
2
u
d
i
2
0
d
q
p
w
t
i
2
,
u
2
,
u
d

图2.5 感容滤波的单相桥式不可控整流电路及波形
2.5 主要的数量关系
1. 输出电压平均值
空载时：
重载时，Ud逐渐趋近于0.9U2，即趋近于接近电阻负载时的特性。在设计时根据负载的情况选择电容C值，使 ,此时输出电压为：Ud≈1.2U2 ,其中：T = 20ms 是50Hz 交流电压的周期。
在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压U2变换成脉动的直流电压U3。滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压U3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压UI。
UI与交流电压U2的有效值的关系为：
2. 输出电流平均值IR为： IR=Ud/R
Id=IR
二极管电流iD平均值为：ID=Id/2=IR/2
3. 每只二极管所承受的最大反向电压为：
4. 电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压U1变换为整流电路所需要的交流电压U2。电源变压器的效率为： ，其中：是变压器副边的功率，是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表2.1 所示。
表2.1 小型变压器效率

因此，当算出了副边功率后，就可以根据上表算出原边功率。
电源变压器副边电压u2的有效值U2；根据最大输出电流Iomax，确定流过电源变压器副边的电流I2和电源变压器副边的功率P2；根据P2，从表2.1 查出变压器的效率η，从而确定电源变压器原边的功率P1。然后根据所确定的参数，选择电源变压器。
5. 确定整流二极管的正向平均电流ID、整流二极管的最大反向电压和滤波电容的电容值和耐压值。根据所确定的参数，选择整流二极管和滤波电容。
依据上述设计步骤，对本次课设的直流电源进行设计:
Ø 采用标准工频50Hz的220V交流电作为直流电源电路的输入电源,输出电压出要求为20—30V，输出负载电流0.1-1A，故变压器副边电流： ，不妨取 ，因此，变压器副边输出功率： , 由于变压器的效率 = 0.8，所以变压器原边输入功率 ，为了留有余地，选用功率为100W的变压器。
Ø 接着选用整 流二极管和滤波电容，由于：，
。由于电路对纹波由要求，输出纹波电压：≤100mv，选定稳压系数，根据以及公式 ，可以求得

所以，滤波电容：

电容的耐压要大于=42.4V，故滤波电容C取容量为470uF，耐压为50V的电解电容。
综上所述,所用器件参数如下:
Ø 电源变压器：变比为22:3,原边功率选为100W,副边功率选为75W；
Ø 整流二极管：反向击穿电压URM > 50V,额定工作电流ID=1；
Ø 滤波电容：容量470μF,耐压50V
第3章 降压斩波电路课程设计
3.1 降压斩波电路主电路图

图3.1降压斩波电路的原理图及波形
a）电路图 b）电流连续时的波形
c）电流断续时的波形
3.2 电路分析
直流斩波电路(即斩波器)的功能是将直流电变换为另一固定电压或可调电压的直流电。本课程设计使用一个全控型器件V---IGBT，若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。另外设置了续流二极管VD，在V关断时给负载中电感电流提供通道。
该电路主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等，后两种情况下负载中均会出现反电动势，如图中Em所示。
3.2.1 IGBT简介
IGBT的等效电路如图3.2所示。由图可知,若在IGBT的栅极和发射极之间加上驱动正电压,则MOSFET导通,这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通;若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V,则MOSFET截止,切断PNP晶体管基极电流的供给,使得晶体管截止。

图3.2 IGBT的等效电路图
由此可知,IGBT的安全可靠与否主要由以下因素决定：
——IGBT栅极与发射极之间的电压;
——IGBT集电极与发射极之间的电压;
——流过IGBT集电极－发射极的电流;
——IGBT的结温。
如果IGBT栅极与发射极之间的电压,即驱动电压过低,则IGBT不能稳定正常地工作,如果过高超过栅极－发射极之间的耐压则IGBT可能永久性损坏;同样,如果加在IGBT集电极与发射极允许的电压超过集电极－发射极之间的耐压,流过IGBT集电极－发射极的电流超过集电极－发射极允许的最大电流,IGBT的结温超过其结温的允许值,IGBT都可能会永久性损坏。
3.2.2 工作原理
t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压uo=E，负载电流io按指数曲线上升。
t=t1时控制V关断，二极管VD续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降，通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。
基本的数量关系如下:
1. 电流连续时,负载电压的平均值为:

式中，ton为V处于通态的时间，toff为V处于断态的时间，T为开关周期，a为导通占空比，简称占空比或导通比。

负载电流平均值为:

2. 电流断续时,负载电压uo平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。
3.2.3 控制方式
根据对输出电压平均值进行调制的方式不同,斩波电路有三种控制方式(时间比控制方式):
Ø 脉冲宽度调制（PWM）：T不变，改变ton。（定频调宽控制模式）
Ø 频率调制：ton不变，改变T。 （定宽调频控制模式）
Ø 混合型：ton和T都可调，改变占空比 （调宽调频混合控制模式）
3.2.4 对降压斩波电路进行解析
基于分时段线性电路这一思想，按V处于通态和处于断态两个过程来分析，初始条件分电流连续和断续。
1. 电流连续时

(1)

（2）
用泰勒级数近似，可得：

（3）

平波电抗器L为无穷大，此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。
（3）式所示的关系还可从能量传递关系简单地推得，一个周期中，忽略电路中的损耗，则电源提供的能量与负载消耗的能量相等，即：

则：
假设电源电流平均值为I1，则有：
其值小于等于负载电流Io，由上式得：

即输出功率等于输入功率，可将降压斩波器看作直流降压变压器。
2. 电流断续时
有I10=0，且t=ton+tx时，i2=0，可以得出：

电流断续时，tx<toff，由此得出电流断续的条件为:

输出电压平均值为

负载电流平均值为

第4章 PWM控制的基本原理
4.1 理论基础
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。

图4.1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
分别将图4.1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图4.2 a所示。其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图4.2 b所示。从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。这就是所谓的面积等效原理，是PWM控制的重要理论基础。

图4.2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形
将图4.3 a所示正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；如果用一系列等幅不等宽的脉冲来代替由正弦半波N等分后的脉冲序列，即用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，就得到图4.3 b所示的脉冲序列，这就是PWM波形。可以看出，各脉冲幅值相等，而宽度按正弦规律变化，由面积等效原理知，PWM波和正弦半波是等效的。像这种脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形也称为SPWM波。

图4.3 用PWM波代替正弦半波
要改变等效输出正弦波幅值，只要按同一比例改变各脉冲宽度即可。
同样，通过改变幅值或改变每个脉冲的宽度，也可以使PWM等效为方波、三角波、锯齿波等等的任意波形。

4.2 PWM波的分类
根据PWM波形的幅值是否相等，PWM波可分为等幅PWM波和不等幅PWM波。由直流电源产生的PWM波通常是等幅PWM波，如直流斩波电路和PWM整流电路等；当输入电源是交流时，得到的即为不等幅PWM波，都基于面积等效原理，本质是相同的。
根据所控制电路的不同，PWM波又可分为电压波和电流波。4.1节所述的就是电压波，电流型逆变电路进行PWM控制，得到的就是PWM电流波。
4.3 PWM控制方法
1. 计算法
根据所需波行频率、幅值等，准确计算PWM波各脉冲宽度和间隔，据此控制电路开关器件的通断，就可得到所需PWM波形。
缺点：繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化
2. 调制法
输出波形作调制信号，进行调制得到期望的PWM波；通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波；等腰三角波应用最多，其任一点水平宽度和高度成线性关系且左右对称；与任一平缓变化的调制信号波相交，在交点控制器件通断，就得宽度正比于信号波幅值的脉冲，符合PWM的要求。
调制信号波为正弦波时，得到的就是SPWM波；调制信号不是正弦波，而是其他所需波形时，也能得到等效的PWM波。
4.4 异步调制和同步调制
载波比——载波频率fc与调制信号频率fr之比，N= fc / fr。根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式分为异步调制和同步调制：
1. 异步调制
异步调制——载波信号和调制信号不同步的调制方式。
通常保持fc固定不变，当fr变化时，载波比N是变化的。在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称。当fr较低时，N较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称的不利影响都较小，当fr增高时，N减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称的影响就变大。因此，在采用异步调制方式时，希望采用较高的载波频率，以使在信号波频率较高时仍能保持较大的载波比。
2. 同步调制
同步调制——N等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步。
基本同步调制方式，fr变化时N不变，信号波一周期内输出脉冲数固定。三相，公用一个三角波载波，且取N为3的整数倍，使三相输出对称。为使一相的PWM波正负半周镜对称，N应取奇数。fr很低时，fc也很低，由调制带来的谐波不易滤除，fr很高时，fc会过高，使开关器件难以承受。为了克服上述缺点，可以采用分段同步调制的方法。
3. 分段同步调制
把fr范围划分成若干个频段，每个频段内保持N恒定，不同频段N不同。在fr高的频段采用较低的N，使载波频率不致过高，在fr低的频段采用较高的N，使载波频率不致过低。
同步调制比异步调制复杂，但用微机控制时容易实现。可在低频输出时采用异步调制方式，高频输出时切换到同步调制方式，这样把两者的优点结合起来，和分段同步方式效果接近。

第5章 MATLAB仿真
5.1 元件清单及参数设置
1. 交流电源
打开MATLAB的仿真环境Simulink，在SimPowerSystem>Electrical Sources中选择“AC Voltage Sources”交流电源模块，用于模拟实际的交流电。Simulink中模块如图5.1所示，双击模块，打开参数设置对话框，这里，参数设置如图5.2所示。
2. 反电动势
在SimPowerSystem>Electrical Sources选择“DC Voltage Sources”直流电原模块，用于模拟负载为直流电动机或蓄电池时出现的反电势，若负载无反电势时只需令其为零即可，模块如图5.3所示。
参数设置：
Ø Amplitude（V）：1

图5.1 交流电压模块 图5.3 直流电模块

图5.2 交流电参数设置 图5.5 变压器参数设置
3. 变压器
在SimPowerSystem>Elements选择“Linear Transformer”变压器模块，用于将工频50Hz的220V较高电压的交流电，变为适合整理电路用较低电压的交流电。Linear Transformer模块如图5.4所示，参数设置如图5.5所示。

图5.4 变压器模块 图5.6 串联RLC模块
4. 串联阻感容模块
在SimPowerSystem>Elements选择“Series RLC Branch”阻感容串联模块。在Simulink模块库中没有专用的电阻、电感、电容模块，它们均可以通过Series RLC Branch模块通过参数的设置来实现，模块如图5.6所示。
参数设置：
1) 电阻R
Ø Branch type：R
Ø Resistance（0hms）：15
2) 电感L1
Ø Branch type：L
Ø Inductance（H）：1e-10
3) 电感L2
Ø Branch type：L
Ø Inductance（H）：2
4) 电容C
Ø Branch type：C
Ø Capacitance（F）：470e-6
5. 电力二极管模块
在SimPowerSystem>Power Electronics选择“Diode”电力二极管模块，模块如图5.7所示，参数设置如图5.8所。

图5.7 电力二极管模块 图5.9 IGBT模块

图5.8电力二极管参数 图5.10 IGBT参数
6. 全控器件IGBT模块
在SimPowerSystem>Power Electronics选择全控型“IGBT”模块，模块如图5.9所示，参数设置如图5.10所。
7. 电压电流测量模块
在SimPowerSystem>Measurements选择“Voltage Measurement”电压测量模块和“Current Measurement”电流测量模块，通过这些模块，可以方便的与示波器模块相连接来进行参数的测量。模块如图5.11所示。

图5.11 电压和电流测量模块
8. 示波器模块
在Simulink>Sinks选择“Scope”示波器模块，用来与电压和电流测量模块配合使用，显示测量点的电压或电流波形。“Scope”示波器模块可以参数设置测量输入端的数目，也就是说可以同时进行多路的测量，既可以是电压，也可以是电流，仿真时可以通过双击示波器模块，打开显示波形的界面，该界面有很多按钮，可以进行X轴和Y轴的放大显示，方便观察测量的波形，选择“Parameters”按钮模块，打开示波器的属性设置窗口，在Number of axes中输入需要的端口数目即可。模块如图5.12所示。

图5.12 示波器模块 图5.13 Powergui模块
9. Powergui模块
在SimPowerSystem选择“Powergui”模块，模块如图5.13所示。
Powergui 是一个环境模块，是一个接口工具，用来采集信号，连接起电路图的各个元件，任何一个含有 SimPowerSystem 模块的模型中必须含有一个。它储存了电路模型的等效数学模型（状态空间方程）。没有它，仿真不能启动，会给出一个错误提示。模块如图5.13所示。
参数设置：
在参数设置对话框中，选择Simulation and configuration option>configure parameters选项，弹出的“Solver”选项卡后进行相关设置。
Ø Simulation type：Discrete
Ø Sample time：1e-6
10. PWM脉冲模块
在Simulink>Sources选择“Pulse Generator”模块，用来模拟PWM控制电路和驱动电路，该模块通过参数的设置，可以实现任意周期，任意宽度，任意幅值的脉冲信号，模块如图5.14所示。参数设置如图5.15所示。

图5.14 脉冲产生模块 图5.15 脉冲产生模块参数设置

5.2 仿真电路设计
在Simulink中选择File>New>Model，即可创建以一个由工具栏和绘图区构成的“*.mdl”文件，将选择的各个模块从库中拖到新建的绘图区，进行连线，即可完成电路图的绘制。电路图如图5.16所示。

图5.16 仿真电路图
5.3 仿真波形
设置仿真时间为1s，仿真过程中或仿真结束后，双击示波器模块，即可查看各个测量点的波形，如图5.17所示。

图 5.17 各测量点的电压和电流波形
5.4 仿真分析
由仿真输出的波形,分析如下:
1. 输入侧为标准工频50Hz的220V交流电源，变压器变比为22:3，可知，变压器二次侧输出为30V的交流电，由整流输出电压波形可以看出。初期电压峰值约为30V，波形很快趋于稳定约为E=23V，位于20-30V之间，符合设计要求。
2. 对主电路而言，输入侧即为整流输出的E=23V直流电，由“Pulse Generator”模块参数设置可知脉冲周期T=3.33e-5s，ton=50%T，由电流连续时,负载电压的平均值计算公式:

可得U0=1/2E=11.5V。由负载电压波形可以看出，电压上升时间约为0.4s，上升到11V左右后趋于稳定，近乎直线，与计算值接近，可见输出波形较为理想，且位于0-15V之间，符合设计要求。
3. 由变压器二次侧电流波形与图2.3 b对比，波形基本符合。
4. 由整流输出电流波形可以看出，电流脉动频率很高，主要是由于IGBT全控开关管以30KHz的频率导通和关闭，使得电流也随之导通和关断，从而产生了很高的脉动频率，符合设计要求。
5. 反电动势Em=1V，负载电阻R=15Ω，由负载电流平均值计算公式:

可得I0=(11.5-1)/15=0.7V。负载电流波形可以看出，电流上升时间约为0.4s，上升到0.7A后趋于稳定，近乎直线，与计算值接近，可见输出波形较为理想，且位于0-1A之间，符合设计要求。

第6章 设计总结
6.1 设计回顾
通过这个学期的电力电子课程设计，初步掌握了如何在MATLAB/SIMULINK环境中进行电路图的绘制和仿真,基本学会了如何进行各个参数的设置和计算,了解了一些故障的解决办法，为以后的工作和学习奠定了一定的基础。
6.2 心得体会
通过合作，我们的合作意识得到加强。合作能力得到提高。上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人互责一定的部分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言，和提出意见，同时我们还向别的同学请教。在此过程中，每个人都想自己的方案得到实现，积极向同学说明自己的想法。能过比较选出最好的方案。在这过程也提高了我们的表过能力。
在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法.
6.3 参考文献
【1】王兆安 黄俊.电力电子技术.北京:机械工业出版社, 2000
【2】浣喜明 姚为正.电力电子技术.高等教育出版社，2000
【3】莫正康．电力电子技术应用（第3版）.机械工业出版社，2000
【4】郑琼林 耿学文.电力电子电路精选.机械工业出版社，1996
【5】刘定建 朱丹霞.实用晶闸管电路大全.机械工业出版社，1996
【6】刘祖润 胡俊达.毕业设计指导.机械工业出版社，1995
【7】邵玉斌.Matlab/Simulink通信系统建模与仿真分析.清华大学出版社，2008
【8】张圣勤.MATLAB 7.0实用教程.机械工业出版社，2006

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