《pwm滤波单极性双极性,电感纹波.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《pwm滤波单极性双极性,电感纹波.doc（22页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、作业3:H桥DC-DC变换器主电路如图1所示，电源电压为Us，控制电压设为Ur，三 角波为Ut，三角波峰值为Utm，三角波频率为fs，输出电压为Uab，其稳态开关 周期平均值为Uab ,电源电流为is，其稳态开关周期平均值为Is，电感电流为iL， 其稳态开关周期平均值为Il。设电路已达到稳态，求解下列问题（每题 20分）： （1）采用双极性PWM控制方式，Ur =0.5 Utm。求取Uabu和气 的表达式；画 出UAB和is的波形（忽略电感电流iL中的纹波），通过傅里叶分析，求解UAB和is的开关频率谐波幅值（请给出开关频率的 1至6次谐波） 解答：采用双极性的PWM控制方式的时候，其波形如图
2、所示：n 1/4/V/其中，Ur =0.5 Utm，解得占空比q 如 Utm Ur 0.75.T 2Utm其中，Uab qUs （1 q）Us （2q-1）Us 0.5US所以，Uabu =0.5.在不考虑电感纹波的情况下，相当于电感电流为方波（无充放电的三角波过 程），此时，Is由于电感电流不能迅速充放电的原因而和Uab电压波形保持一致，且由于输出输出侧功率守恒可知，Usls UablL ,所以，十仏（2q-1）=ur/utm=0.5Us其中，Uab的波形如下：（若下图在word里面打不开，请参见visio文件绘图1）其中Is的波形如下：（若下图在word里面打不开，请参见visio文件绘图
3、2）Cna。bns inn傅氏分解:2)itUabiancosn 1t其中anuabcos ntd2_。亍 Usco nntd t2 -Usconn td t3竺(1-cosn乙n34Us . 2nsinn 31 2bn o UabSinn td t带入Uab的表达式可以求得：ab丛 n sinsin (n it3）其中6 ，2 fi一次谐波（基波）为:U ab14sin ( !t -)6二次谐波:U ab2dsin (2 !t -)3三次谐波:U ab3四次谐波:U ab4五次谐波:U ab54Us ssin （63Is的波形近似为Uab/R,其傅氏分解和六次谐波:U ab6Uab类似。不做
4、展开。仿真频谱图如下：（2）采用单极性倍频PWM控制方式，重复上述问题（1） 采用单极性控制，其中：Ur Utm2Utm,Uao qUd , Ub0 (1 q)Ud , Uab U ao-U B0 (2q-1) Ud。同理,IslLUabUs(2q-1)UrUtm仿真波形如下:3）傅氏分解:Uaba02nn 1bns inn 1tancosn 1t其中2 2an o UabCOsn td tUse。nntd t-Usconn td t4Us . 2nsinn 31 2bn0 UabSinn td t竺(1-cosn2_n3.8Us n .nUabsinsinnn 13一次谐波（基波）为：Uab
5、1带入Uab的表达式可以求得：二次谐波：U ab2/ n 、(n吐=),其中，64、3Us (丄)-sin ( 1t64 f1三次谐波：U ab3皿sin(2 !t8Ussin (3 1t)四次谐波：U ab42Ussin(4 1t238Us5 、五次谐波：U ab5sin(5 1t)564U六次谐波：U ab6s sin(6 1t)3Is的波形近似为Uab/R,其傅氏分解和Uab类似。不做展开。 仿真频谱图如下：(3)当控制电压或占空比变化时，电感电流的纹波峰 -峰值会发生变化，采用 双极性PWM控制方式，求电感电流的纹波峰-峰值与Us、L和fs的关系,并求电感电流的纹波峰-峰值最大值及其对
6、应的uabu。解答：由电感充放电能量守恒可知，电感在一个周期充放电能量应该守恒。 而且，电感电流变化在Uab的正负周期分别达到了 Imin和Imax。其中，由电感公式：哼Ul其中，电感的变化为线性的三角波, 所以，电感公式变为：I lop p，qTLdi1 max - 1 minU Idtton解得:亦U*，其中T 1-其中，Ul Us Uo (1-q) US解得：1lop-p 2q（1-q）Us | fLfs若电感电流达到最大值，则q (1-q )最大，解得q=0.5 ,因为，Uab qUs (1 q)Us (2q-1)Us所以，Uabu =0(4)采用单极性倍频PWM控制方式，重复上述问题
7、(3) 假如采用单极性倍频的方式，如双极性类似，但是f=2fs1此时，-p q（1-q）U-fLf s当占空比为0.5时,(5)设变换器参数为：Us=300V, fs=20kHz, L=1mH C=100uF R=5欧姆。当控制电压为 Ur=0.2Utm，0.5 Utm 和 0.75 Utm 时,+R U。分别：(a)采用双极性PWM方式; 电路仿真图：仿真波形如下：11:当 Ur=0.2Utm，解得 q=0.6，代入 iop-p 2q (1-q) Us一，且 Us=300V, fs=20kHz, Lf sL=1mH解得：iop-p=7.2，与仿真波形一致。IL1当 Ur=0.5Utm，此时，
8、q=0.75，带入 iop-p 2q (1 -q) Us，且Us=300V, fs=20kHz,Lf sL=1mH解得：iop-p=5.6，与仿真波形一致。当 Ur=0.75 Utm，此时，q=0.875 ,带入 iop-p且 Us =300V,2q (1-q)fs=20kHz, L=1mH解得：iop-p=3.28，与仿真波形一致Ti-e i(b)采用单极性倍频PWM空制方式。进行仿真，验证前面分析的电感电流峰 - 峰值的正确性。三角波的更改如图所示：1:当 u r =0.2 Utm ,解得 q=0.2 ,代入 iop-pL=1mH解得：iop-p=2.4，与仿真波形一致。q (1-q)Us Lfs，且 Us=300V, fs=20kHz,a i04itax1当 Ur=0.5Utm，此时，q=0.5，带入 q (1-q) Us一，且 Us=300V, fs=20kHz, Lf sL=1mH1当 Ur=0.75Utm,此时，q=0.75，带入 ip_p q (1 -q) Us ，且 U s =300V,Lf sfs=20kHz, L=1mH解得：iop-p=2.8125，与仿真波形一致