摘 要

在我国经济和科技迅速发展的推进下，对电力系统和供电能力的要求日益增高，伴随着人民生活用电、工业用电的大幅度增长和用电时段的不均匀分布，对电网的冲击越来越大，导致经常出现输电电压波动和波形失真，给设备带来了损害和给居民的生活用电带来困扰。为克服这些因为电网的波动带来的不利因素，使得从电网中输出的交流电在一个稳定的可接受的小范围内，交流稳压电源的研究与开发顺势而出，大批优秀的电力电子专家致力于研究交流稳压电源的行列中，交流稳压电源的发展也非常迅速，在短短几十年内，交流稳压电源已经经历过三次重大性质的突破，从机械变比型到现在常用的大功率补偿型，从现在常用的大功率补偿型至技术越发成熟的开关型交流稳压电源，都代表着交流稳压电源的研究力度和进步的速度。综上所述，交流稳压电源将在发展中扮演一个愈发重要的角色，顺从市场交流稳压电源的开发的步伐，本次毕业设计研究的是开关型交流稳压电源，并对大功率开关型交流稳压电源分模块后并联产生的一些问题进行了研究。

本文先简单介绍了交流稳压电源的国内外研究状况，研究和对比分析了使用比较广泛的交流稳压电源，并对自己所需设计的开关型稳压电源进行了深入的设计，包括单个2.5kW的交流稳压电源的设计步骤和其控制步骤，本文设计的开关型交流稳压电源主要是通过PWM波对开关器件IGBT的控制，经历交流转变成直流（AC-DC）的整流环节和直流转变成交流（DC-AC）的逆变环节，来实现输出稳定的正弦波，实现输出的过程的动态速度快，输出效率高，符合发展的需求。其次粗略地对多个模块并联进行了理论上的研究和分析。最后通过搭建仿真来观察其结果来验证设计的准确性。

关键词：交流稳压电源；开关型；Simulink仿真

Abstract

In the rapid development of China's economy and the advance of science and technology, power system and power supply requirements increasing, with people's living electricity, industrial electricity greatly increased and electricity time of the uneven distribution of the greater the impact on the grid and often resulted in transmission voltage fluctuation and waveform distortion the damage to equipment, and bring trouble to the residents living electricity. In order to overcome the fluctuation of grid because of adverse factors, so that the output from the AC grid in a small area of a stable within acceptable, research and development of AC regulated power supply out of homeopathy, a large number of outstanding experts dedicated to the study of power electronic AC regulated power supply in the ranks, the development of AC regulated power supply very quickly, in just a few decades, AC regulated power supply has experienced three major properties of breakthrough, high power compensation from the mechanical type to the ratio now commonly used, from AC stabilized voltage switching type power supply now commonly used power compensation technology to become more mature, and the progress of efforts to represent communication the regulated power supply speed. In summary, AC power supply will play an increasingly important role in the development, follow the current development of AC power supply direction, this paper designed a switch type AC regulated power supply, and some problems of high power switch module after parallelable type AC stabilized voltage power supply is studied.

This paper briefly introduces the research status of AC power supply at home and abroad, the AC regulated power supply in the market model are analyzed, and the switch regulated power supply to design in-depth design, AC regulated power supply includes a single 2.5kW design procedure and the control step, AC switch type of power supply in this paper mainly through the PWM wave on the switching device IGBT control, exchange of experience into direct current (AC-DC) of the rectifier and DC into AC (DC-AC) of the inverter, to achieve stable output sine wave, the whole process of fast response speed and high efficiency, meet the needs of the development of. Secondly, the theory and analysis of several modules are carried out in parallel. Finally, the simulation results are used to verify the accuracy of the design.

Key Words: AC regulated power supply；switching；Simulink simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 交流稳压电源的定义和研究背景 1

1.2 交流稳压电源的种类 1

1.3 国内外研究背景 2

1.3.1国外研究背景 3

1.3.2国内研究背景 3

1.4课题基本内容 4

第2章 交流稳压电源的设计 6

2.1不控整流带有源功率因素校正模块（PFC）模块 7

2.1.1开关电源使用PFC优点 7

2.1.2工作原理 7

2.1.3硬件器件选型 8

2.1.4 PFC控制回路的设计 9

2.2单相全桥可控逆变模块 11

2.2.1单相全控逆变拓扑原理 12

2.2.2 SPWM的调制方式 12

2.2.3 硬件器件选型 15

2.2.4 逆变模块控制回路的设计 15

2.3 滤波电路模块 16

第3章 多模块并联环流的产生与解决的方案 18

3.1并联环流产生的原因 18

3.2并联控制方案的选择 19

第4章 Simulink可视化仿真建模 21

4.1 MATLAB和Simulink的初步了解 21

4.2不控整流带PFC模块的仿真搭建和输出波形图 22

4.3逆变模块的仿真搭建和输出波形 26

第5章 总结与展望 31

参考文献 32

致谢 33

第1章 绪论

1.1 交流稳压电源的定义和研究背景

交流稳压电源（AC-AC stable voltage power source）的定义：交流稳压电源是为满足负载的所需电能要求而产生的，其功能是在输入电压或负载在一定范围内变化时自动保持输出电压基本不变，从而使得设备工作在正常的允许范围内。伴随着国内经济的上升和科技的进步，各行业的对电能的需求亦猛烈增长，加之电力变换的水平越来越高等，此些因素的产生带来了电网电压波动、波形严重失真，一些重要和对供电要求高品质的设备即需在电网输出电能后经过交流稳压电源来对其供电。例如：工厂中生产重要零件的设备如果对其供电的电能质量不达标的情况下，则生产出的零件一般是不能达到要求的标准，即通常需要使用电子交流稳压电源进行稳压^【1】。因此对高精度的交流稳压电源的研究是大势所趋，也是我们电气工程及其自动化学生学习的重要方向之一。稳压电源也逐渐走向成熟应用到生活、国防和科研等各个场合，具有可观的研究前景。

1.2 交流稳压电源的种类

交流稳压电源发展至今主要可以三个阶段，分别对应一下三种类型：变压器改变抽头型交流稳压电源、大功率补偿型交流稳压电源和开关型交流稳压电源。三种电源的对比如下表格1所示^【2】。

表 1 三种稳压电源的对比

开关型稳压电源在市场上应用依旧存在很多不足之处，但因其输出的电压是可以任意调整的，因此对于其方面的研究也越来越多，开关型交流稳压电源日后成为稳压电源内的主要构成显而易见，本课题将对开关型交流稳压电源进行研究、设计、建模和仿真。

1.3 国内外研究背景

开关型交流稳压电源目前主要是应用在UPS中，本文也将从UPS的国内外研究背景侧面衬托出交流稳压电源的国内研究背景。

1.3.1国外研究背景

最先在UPS进行大规模研究的是来自法国的知名电气公司施耐德（Schneider）有限公司在2006年通过收购APC，并把之与公司的MGE部门合并,在UPS研发和生产等方面实现全球领先。此外，全球在UPS方面较领先的国家自然少不了科技强国美国，伊顿公司旗下的山特、Phoenixtec在UPS领域也名列前茅，享有良好的声誉。其中UPS里面的主要结构开关型交流稳压电源的发展趋向可以体现出以下几点：

1. 输出电能高效可靠：工业的迅速发展带动着大功率机器的使用增多，即工业用电猛增，为减小在用电方面的开支，输出电能高效和可靠的供电技术成为企业的宠儿。为实现高效率的供电能力，各类全控型（IGBT等）和半控型器件（MOSFET等）呗灵活地使用到供电设备中，实现各类电能的转换技术亦日益实现高效可靠。近年来，伴随着机器用电功率的日益增大，交流稳压电源的功率增大会带来一系列问题，开发研究小功率模块并联成大功率模块技术亦日渐成型，减小运行时大功率产生的大的损耗，提升了交流稳压电源工作的高效和可靠性。
2. 智能控制输出：伴随计算机行业的飞速发展，单片机等各类微型计算机控制系统已被灵活地应用到各个行业，通过单片机来实现对交流稳压电源输出控制也是发展现状中比较优秀的方面，ARM和FPGA等也逐渐被应用到控制输出中，实现运行的智能化，便于工作人员对运行时的实时观察和进行维护，可更方便地解决大功率并联时存在环流的问题。
3. 高频输出：对比国内所使用的50Hz的工频输出，国外使用符合其电力行业相关输出要求的高频交流稳压电源可实现运行损耗小、生产制造开支低、运行噪声小和输出效率更高等优点，获得众多交流稳压电源使用者一致好评。因此，国外众多相关企业亦把重心放在高频开发的研究和实现上，研发和生产出一系列高频的供电设备。
4. 实现环保和绿色供电：在二十一世纪，各类产品的生产和使用离不开绿色环保几字，节能减排成为评估一个产品的重要因素之一，只有做到更绿色化的产品才能适应当今社会发展的方向在众多同类产品中生存下来，故此目前大部分交流稳压电源亦日益走向更加地绿色化和环保^【3】。

1.3.2国内研究背景

在国内对交流稳压电源的开发和设计方面，最近几年，国内对于研究交流稳压电源的开发亦发重视，研发的方向分为以下两类：一类是线性谐振稳压器的研究；另一类为当前市场上应用较多的补偿型交流稳压电源。线性谐振稳压器（亦叫正弦能量分配器）输出的电压是调控电容电感值来实现控制，实现输出高质量的交流输出电压。主设计电路具有稳定、简单、电路中不含开关型器件等优点。缺点是输出电压可调节的范围小，不带负载时电能损耗与谐波电流大，加之发生振荡的概率大等。线性谐振稳压器的广泛使用因其缺点过于致命受到了限制，尤其是在需求的稳压电源功率较大时。带着改善线性谐振稳压器的缺点的目的，我国开始研究交流稳压电源中使用电力电子开关型器件（IGBT、MOS管等）和高频开关电源技术应用至交流稳压电源中，该技术也是国内如今对交流稳压电源研究的核心架构。^【4】国内各大高校的学术论文对交流稳压电源方面的研究大部分集中在对全补偿型交流稳压方面的研究，最主要涉及到新型开关型交流稳压电源也是在不间断电源里面。国内这方面的发展起始于20世纪80年代中期比国外大约迟了十年，近几年，国内UPS规模不断壮大，市场上产品的技术也不断成熟，国内许多在电源方面领先的企业例如科华恒盛、科士达、易事特、志诚冠军等UPS中交流稳压电压的研发和生产水平也达到可以和那些国外优秀的生产的UPS相媲美。其中厦门科华恒盛所做的知名UPS品牌DL31系列图片如下。