基于大功率交错并联的BUCK变换器仿真设计--论文汇.docx

摘 要Buck电路就是降压斩波电路，是基本的DC-DC电路之一。用于直流到直流的降压变换。随着电力电子技术在生活中的应用，Buck变换器在一些如计算机、精密仪器等高性能的 DC-DC 直流变换器中经常使用。单个Buck变换器在进行大电流输出时，器件应力的增加，会产生效率和热量等方面的诸多问题。此外，为了提高动态响应，需要去耦电容和大量的输出滤波电路，这样便会进一步增加系统的成本和体积。因此，在低电压大电流的场合进行设计时，一般不会采用单个的Buck变换器。熟悉了Buck变换器的工作原理，了解了交错并联技术的基本原理及其优点，并分析了两相交错并联 Buck 电路的工作过程，通过具体的实例说明了 Buck 变换器的设计过程，使用MATLAB仿真软件对设计的电路进行仿真印证，通过对单个Buck变换器与交错并联Buck变换器的仿真结果的比较，得出交错并联技术可以减小输出电流纹波和增大纹波频率，降低滤波电容和磁性元件的要求，提高变换器的功率密度。关键词： Buck变换器，交错并联，MATLAB目 录第一章 概述3第二章 Buck电路42.1 Buck电路原理图42.2 Buck电路工作原理42.3 Buck电路在应用中的局限6第三章 交错并联73.1 交错并联简介73.2 交错并联的优点73.3 多相交错并联的Buck变换器连接方式8第四章 基于大功率交错并联的Buck变换器设计及仿真94.1 MATLAB简介94.2 设计意义及目的94.3 方案设计及仿真结果比较94.3.1 单个Buck变换器设计及仿真104.3.2 两相交错并联Buck变换器设计及仿真114.3.3 反馈控制PWM波两相交错并联Buck变换器设计及仿真114.4 仿真过程中出现的问题及解决办法12第五章 结语13概述Buck 电路，也称Buck变换器，是最基本的拓扑结构之一。随着电力电子技术在生活中的应用，Buck变换器在一些如计算机、精密仪器等高性能的 DC-DC 直流变换器中经常使用。然而随着变换器功率等级的提高，对于器件的要求越来越高，单个的Buck变换器并不能满足要求。人们发现，让变换器并联运行，可以在不增加器件应力的同时提高功率等级。因此，在输出大电流的场合，常常使用交错并联技术，这样开关管的电流仅仅是输出电流的几分之一，而且通过交错并联，可以减小输出电流纹波和降低开关损耗，从而提高变换器效率。大功率的交错并联Buck变换器的仿真设计及分析是基于软件MATLAB来实现的，MATLAB是电力电子技术里的常用软件，在熟练运用MATLAB的基础上，完成了此次设计及仿真。Buck电路2.1 Buck电路原理图Buck变换器也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器。Buck 变换器又称为降压斩波电路。电路原理图如图 1 所示。它是由全控型电力电子功率器件 V(图中使用的是IGBT，也可以使用其他器件，若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路)、功率二极管 VD、由滤波电感 L 和滤波电容 C 组成的二阶低通滤波环节构成。图1 Buck变换器电路图另外，为获得 Buck 变换器电路的基本工作特性而又不能简化分析，假定该 Buck电路是理想电路，理想条件是：① 全控型电力电子开关器件 S 和功率二极管导通和关断是瞬间完成的，并且不考虑在导通时的通态压降；② 在一个开关周期内，输入直流电压ui保持不变；输出电压比较平直，忽略开关纹波，认为输出电压的平均值uo保持不变；③ 忽略电感等效串联电阻 ESL 和电容上等效电联电阻 ESR，认为其是理想的无源储能元件，忽略线路上的电阻。2.2 Buck电路工作原理在图1中，为在V关断时给负载中电感电流提供通道，设置了续流二极管VD。斩波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着蓄电池负载等，后两种情况下负载中均会出现反电动势，如图中Em所示，若负载中无反电动势时，只需要令Em等于0，以下的分析及表达式均可使用。图2 电流连续时的波形图3电流断续时的波形如图2中V的栅射电压uGE波形所示，在t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压U0=E，负载电流i0按指数曲线上升。当t=t1时刻，控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压u0近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小，通常使串联的电感L值较大。至一个周期结束，再驱动V导通，重复上一周期的过程。当电路工作于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等，如图2所示，负载电压的平均值为U0=tonE/(ton+toff)=tonE/T=αE (2-1)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，α为导通占空比，简称占空比或