升、降压直流斩波电路及matlab仿真
目录
绪论 (3)
一．降压斩波电路 (6)
二．直流斩波电路工作原理及输出输入关系 (12)
三．D c／D C变换器的设计 (18)
四．测试结果 (19)
五．直流斩波电路的建模与仿真 (29)
六．课设体会与总结 (30)
七．参考文献 (31)
绪论
1. 电力电子技术的内容
电力电子学,又称功率电子学(Power Electronics)。它主要研究各种电力电子器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或装置，以完成对电能的变换和控制。
它既是电子学在强电(高电压、大电流)或电工领域的一个分支，又是电工学在弱电(低电压、小电流)或电子领域的一个分支，或者说是强弱电相结合的新科学。电力电子学是横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域的一个新兴工程技术学科。
电有直流(DC)和交流(AC)两大类。前者有电压幅值和极性的不同，后者除电压幅值和极性外，还有频率和相位的差别。
实际应用中，常常需要在两种电能之间，或对同种电能的一个或多个参数(如电压，电流，频率和功率因数等)进行变换。
变换器共有四种类型：
交流-直流(AC-DC)变换：将交流电转换为直流电。
直流-交流(DC-AC)变换：将直流电转换为交流电。这是与整流相反的变换，也称为逆变。当输出接电网时，称之为有源逆变；当输出接负载时，称之为无源逆变。
交-交(AC-AC)变换，将交流电能的参数(幅值或频率)加以变换。其中：改变交流电压
有效值称为交流调压；将工频交流电直接转换成其他频率的交流电，称为交-交变频。直流-直流(DC-DC)变换，将恒定直流变成断续脉冲输出，以改变其平均值。
2. 电力电子技术的发展
在有电力电子器件以前，电能转换是依靠旋转机组来实现的。与这些旋转式的交流机组比较,利用电力电子器件组成的静止的电能变换器,具有体积小、重量轻、无机械噪声和磨损、效率高、易于控制、响应快及使用方便等优点。
1957年第一只晶闸管—也称可控硅(SCR)问世后，因此,自20世纪60年代开始进入了晶闸管时代。
70年代以后，出现了通和断或开和关都能控制的全控型电力电子器件(亦称自关断型器件)，如：门极可关断晶闸管(GTO)、双极型功率晶体管(BJT/ GTR)、功率场效应晶体管(P-MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等。
控制电路经历了由分立元件到集成电路的发展阶段。现在已有专为各种控制功能设计的专用集成电路，使变换器的控制电路大为简化。
微处理器和微型计算机的引入，特别是它们的位数成倍增加，运算速度不断提高，功能不断完善，使控制技术发生了根本的变化，使控制不仅依赖硬件电路，而且可利用软件编程，既方便又灵活。
各种新颖、复杂的控制策略和方案得到实现，并具有自诊断功能，并具有智能化的功能。将新的控制理论和方法应用在变换器中。
综上所述可以看出，微电子技术、电力电子器件和控制理论则是现代电力电子技术的发展动力。
3.电力电子技术的重要作用
(1) 优化电能使用。通过电力电子技术对电能的处理，使电能的使用达到合理、高效
和节约，实现了电能使用最佳化。例如，在节电方面，针对风机水泵、电力牵引、轧机冶炼、轻工造纸、工业窑炉、感应加热、电焊、化工、电解等14个方面的调查，潜在节电总量相当于1990年全国发电量的16%，所以推广应用电力电子技术是节能的一项战略措施，一般节能效果可达10%-40%，我国已许多装置列入节能的推广应用项目。
(2) 改造传统产业和发展机电一体化等新兴产业。据发达国家预测，今后将有95%的电能要经电力电子技术处理后再使用，即工业和民用的各种机电设备中，有95%与电力电子产业有关，特别是，电力电子技术是弱电控制强电的媒体，是机电设备与计算机之间的重要接口，它为传统产业和新兴产业采用微电子技术创造了条件，成为发挥计算机作用的保证和基础。
(3) 电力电子技术高频化和变频技术的发展，将使机电设备突破工频传统，向高频化方向发展。实现最佳工作效率，将使机电设备的体积减小几倍、几十倍，响应速度达到高速化，并能适应任何基准信号，实现无噪音且具有全新的功能和用途。
(4) 电力电子智能化的进展，在一定程度上将信息处理与功率处理合一，使微电子技术与电力电子技术一体化，其发展有可能引起电子技术的重大改革。有人甚至提出，电子学的下一项革命将发生在以工业设备和电网为对象的电子技术应用领域，电力电子技术将把人们带到第二次电子革命的边缘。
4. 电力电子技术课程的学习要求
(1) 熟悉和掌握常用电力电子器件的工作机理、特性和参数，能正确选择和使用它们。
(2) 熟悉和掌握各种基本变换器的工作原理，特别是各种基本电路中的电磁过程，掌握其分析方法、工作波形分析和变换器电路的初步设计计算。
(3) 了解各种开关元件的控制电路、缓冲电路和保护电路。
(4) 了解各种变换器的特点、性能指标和使用场合。 (5) 掌握基本实验方法与训练基本实验技能。
摘要
介绍了一种新颖的具有升降压功能的DC ／DC 变换器的设计与实现，具体地分析了该DC ／DC 变换器的设计(拓扑结构、工作模式和储能电感参数设计)，详细地阐述了该DC ／DC 变换器控制系统的原理和实现，最后给出了测试结果
关键词：DC ／DC 变换器，降压斩波，升压斩波，储能电感，直流开关电源，PWM ；直流脉宽调速
一．降压斩波电路 1.1 降压斩波原理：
R
E U I E
E T
t
t t E t U M
on off on on -=
==+=000α
式中on t 为V 处于通态的时间；off t 为V 处于断态的时间；T 为开关周期；α为导通占空比，简称占空比火导通比。
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：
1） 保持开关周期T 不变，调节开关导通时间on t 不变，称为PWM 。
2） 保持开关导通时间on t 不变，改变开关周期T ，称为频率调制或调频型。 3） on t 和T 都可调，使占空比改变，称为混合型。
1.2 工作原理
1）t =0时刻驱动V 导通，电源E 向负载供电，负载电压u o=E ，负载电流i o 按指数曲线上升
i E M
2）t =t 1时刻控制V 关断，负载电流经二极管VD 续流，负载电压u o 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接的电感L 值较大
● 基于“分段线性”的思想，对降压斩波电路进行解析 ● 从能量传递关系出发进行的推导
● 由于L 为无穷大，故负载电流维持为I o 不变 ● 电源只在V 处于通态时提供能量，为E 0I on t
● 在整个周期T 中，负载消耗的能量为（R 0I T+M E 0I T ）
一周期中，忽略损耗，则电源提供的能量与负载消耗的能量相等
R
E U I E
E T
t
t t E t U M
on off on on -=
==+=000α
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
该电路使用一个全控器件V ，途中为IGBT ，也可使用其他器件，若采用晶闸管，需设置晶闸管关断的辅助电路。为在V 关断是给负载的电杆电流提供通道，设置了续流二极管VD 。斩波电路的典型用途之一个拖动直流电动机，也可以带蓄电池负载，两种情况句会出现反电动势。
在具有升降压功能的非隔离式DC ／DC 变换器中，Buck-Boost 变换器和Cuk 变换器是负极性输出，Sepic 变换器和Zeta 变换器是正极性输出，但这两个变换器结构复杂，都需要两个储能电感，这必然导致变换器的损耗增加、效率变低，且体积和质
量大 ，引。本文针对实际研究项目中提出的要求，摒弃采用上述各种变换器，设计了一种新颖的具有升降压功能和正极性输出的D C ／D C 变换器，并采用该DC ／DC 变换器研制出达到技术指标要求的直流开关电源，获得了良好的应用价值。
直流系统调速是由功率晶闸管、移相控制电路、转速电流双闭环调速电路、积分电路、电流反馈电路、以及缺相和过流保护电路，通常指人为地或自动地改变直流电动机的转速，以满足工作机械的要求。机械特性上通过改变电动机的参数或外加工电压等方法来改变电动机的机械特性，从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点，使电动机的稳定运转速度发生变化。
PWM控制技术是一中广泛应用于控制领域的技术，其原理是利用冲量相等而形状相通的窄脉冲加在具有惯性的环节时候，效果基本相通。在电力拖动系统中，调节电枢电压的直流调速是应用最广泛的一种调速方法，除了利用晶闸管整流器获得可调直流电压外，还可利用其它电力电子元件的可控性能，采用脉宽调制技术，直接将恒定的直流电压调制成极性可变，大小可调的直流电压，用以实现直流电动机电枢两端电压的平滑调节，构成直流脉宽调速系统，随着电力电子器件的迅速发展，采用门极可关断晶体管GTO、全控电力晶体管GTR、P-MOSFET、绝缘栅晶体管IGBT）等一些大功率全控型器件组成的晶体管脉冲调宽型开关放大器（Pulse Width Modulated）,已逐步发展成熟，用途越来越广。
调速通常通过给定环节，中间放大环节，校正环节，反馈环节和保护环节等来实现。电动机的转速不能自动校正与给定转速的偏差的调速系统称为开环控制系统。这种调速系统的电动机的转速要受到负载波动及电源电压波动等外界扰动的影响。电动机的转速能自动的校正与给定转速的偏差，不受负载及电网电压波动等外界扰动的影响，使电动机的转速始终与给定转速保持一致的调速系统称为闭环控制系统。这是由于闭环控制系统具有反馈环节。
IGBT是强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。由于实现一个较高的击穿电压BVDSS需要一个源漏通道，而这个通道却具有很高的电阻率，因而造成功率MOSFET具有RDS(on)数值高的特征，IGBT消除了现有功率MOSFET 的这些主要缺点。虽然最新一代功率MOSFET器件大幅度改进了RDS(on)特性，但是
在高电平时，功率导通损耗仍然要比IGBT 技术高出很多。较低的压降，转换成一个低VCE(sat)的能力，以及IGBT的结构，同一个标准双极器件相比，可支持更高电流密度，并简化IGBT驱动器的原理图。
一个晶闸管直流调速系统是由转速的给定、检测、反馈、平波电抗器、可控整流器、放大器、直流电动机等环节组成。这些环节都是根据用户要求首先被选择而确定下来的，从而构成了系统的固有部分。仅有这些固有部分所组成的系统是难以满足生产机械的全面要求的，特别是对系统动态性能的要求，有时甚至是不稳定的，为了设计一个静态，动态都适用的调速系统，尤其是达到动态性能的要求，还必须对系统进行校正。也就是在上述固有部分所组成的调速系统中另外加一个校正环节，使系统的动态性能也能达到指标的要求。本文中的双闭环可逆ＰＷＭ调速系统，采用集成控制器SG3524产生占空比可调的PWM波，它的内部包括误差放大器,限流保护环节,比较器,振荡器,触发器,输出逻辑控制电路和输出三极管等环节，是一个典型的性能优良的开关电源控制器,输出级是由ＩＧＢＴ构成的功率控制器，进而驱动它励直流电动机，达到速度控制的目的。由于电路有开关频率高的特点，所以直流脉宽调速系统与V-M系统相比，在许多方面具有较大的优越性，例如主电路线路简单，需用的功率元件少，低速性能好，稳速精度高，因而调速范围宽，开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗和发热都较少，调速装置效率和电网功率因素高，系统的频带宽、快速性能好、动态抗扰能力强等等
二．直流斩波电路工作原理及输出输入关系
2.1 升压斩波电路（Boost Chopper）
升压斩波电路
假设L 和C 值很大。
处于通态时，电源E 向电感L 充电，电流恒定1i ，电容C 向负载R 供电，输出电压0u 恒定。
断态时，电源E 和电感L 同时向电容C 充电，并向负载提供能量。 设V 通态的时间为on t ，此阶段L 上积蓄的能量为on t Ei 1 设V 断态的时间为off t ，则此期间电感L 释放能量为off t i E u 10)(- 稳态时，一个周期T 中L 积蓄能量与释放能量相等：
on t Ei 1=off t i E u 10)(-
化简得 E t T
E t t t u o f f
o f
f
o f
f
on =
+=
0 off t T ——升压比；升压比的倒数记作β ，即off
t T =β β和α的关系：a +β=1 所以输出电压为
E E u α
β
-=
=
11
1
2.2 升降压斩波电路 (buck -boost Chopper)
升降压斩波电路
V 通时，电源E 经V 向L 供电使其贮能，此时电流为1i ，同时，C 维持输出电压恒定并向负载R 供电，这时E u L =。
V 断时，L 的能量向负载释放，电流为2i 。负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，这时0u u L -=。
稳态时，一个周期T 内电感L 两端电压L u 对时间的积分为零，即
?
??=-=+=T
off on T
t off L t on L L t u Et dt u dt u dt u on
on
0)(0
)(0
所以输出电压为：
E E t T t E t t u oN on off on α
α-=-==
10 （on t 为 V 处于通态的时间，off t 为V 处于断态的时间）
三． D c ／D C 变换器的设计
3.1 变换器拓扑结构
图l 所示是设计新颖的DC ／DC 变换器的拓扑结构。该DC ／DC 变换器为前后级串联结构，前级是由T1、T3、D1、D 、I 、C 、R1、R 构成降压变换电路，后级是由T 、D 、I 、C 构成升压变换电路，其中Dz 、I 、C 均出现在前、后级变换电路中。
从图1中可以看出，采用PWM 方式控制两个主开关管T 。、Tz 存在一定的困难，因为它们的控制端不共地。为了实现两路控制信号共地，也只能选用功率晶体管。为此，在图1所示的主变换电路中增加了辅助开关管T1，且T 。由NPN 型改为PNP
型，显然T 。、T 是共地的，T 、T3是同步开关的，这就实现了两路控制信号的共地。这样，原本通过控制T 。、T 。来控制电路的工作状态，现在是通过T 、T 来控制，T 。称为降压斩波辅助开关，T 。称为升压斩波主开关、T 。称为降压斩波主开关。
工作模式的分析假设所用电力电子器件理想、电感和电容均为无损耗的理想储能元件以及不计线路阻抗，且变换器始终处于电流连续的状态。该DC ／DC 变换器有两种典型的工作模式——降压工作模式和升压工作模式，下面分别来分析这两种工作模式。1．2．1 降压工作模式当T 截止，T 以PWM 方式工作，变换器处于
降压工作模式。此时，变换器与Buck 变换器相比仅仅是多了一个二极管Dz ，而这一个二极管的加入对Buck 变换器的工作无任何影响。因此，处于降压工作模式的变换器等效于Buck 变换器，相应的电压变换关系为：
α=i
U U 0
（1）
式中：Ui ——输入电压；Uo ——输出电压； T 的占空比。
升压工作模式
当T 全导通，T 以PWM 方式工作，变换器处于升压工作模式。此时，变换器与Boost 变换器相. 比多了一个全导通的开关管T 。和一个二极管D ，
而这两个器件的加入对Boost 变换器的工作无任何 影响。因此，处于升压工作模式的变换器等效于 Boost 变换器，相应的电压变换关系为：
β
-=
11
0i U U （2） 式中：Ui ——输入电压；Uo —— 输出电压；β--- T2
的占空比。由此可见，该D C ／D C 变换器是将Buck 和Boost 两个变换器串联起来，通过对两个开关管T 、T 。的配合控制获得降压工作模式和升压工作模式，从而实现升降压功能和正极性输出。在理想情况下，变换器的电压变换关系为：
α=i
U U 0
当处于降压工作模式
β
-=
11
0i U U 当处于升压工作模式 储能电感参数的设计
由图1的拓扑结构可知，该DC ／DC 变换器只有一个储能元件—— 储能电感L ，所以L 必须能适应降压和升压两种不同的工作模式，以使变换器无论处于哪一种工作模式，L 都能存储足够的能量，从而在以PWM 方式工作的斩波开关截止时能提供给负载连续的电流。因此，L 是该DC ／DC 变换器的关键元件，其参数的选取直接影响到变换器能否正常工作。考虑最典型的情况，假设输入电压的变化范围为,~max min U U 且当
i U =max U 时，变换器处于降压工作模式；当i U =min U 时，，变换器处于升压工作模式。
所以，根据公式（1）max U ，Uo ，可以得到T1 的最小占空比min α；根据公式(2)、min U 和Uo ，可以得到T 。的最大占空比max β 。由于min α，max β分别代表了L 在两种工作模式下的极端工作状态，因此可以通过分别计算这两个工作状态下的电感量，并取其中的大者作为L 的设计参数，则L 就能同时满足两种工作模式的要求，。具体设计步骤如下：
(1)当处于极端降压工作状态：(α—min α ，β=O) 时，电感量l 的计算公式：
3.2 D C ／D C 变换器控制系统的原理和实现 控制原理
图2所示是该DC ／DC 变换器控制系统的控制
原理框图4，其应用背景是卫星储能／姿控两用飞轮能量回馈系统。控制系统采
用电压、电流双闭环串级控制结构，外环是电压环，内环是电流环。控制原理是电压给定U 与电压反馈U进行比较，得到的电压误差经电压调节器输出作为电流给定，r与电流反馈I进行比较，得到的电流误差经电流调节器输出对应PWM 波的脉冲宽度，然后经PWM 控制决定分配给哪个开关管，之后PWM波通过驱动电路驱动DC／DC变换器中相应的开关管工作
以上的双闭环控制是针对工作在PWM 方式下的开关管而言。由于变换器采用的是两个开关管的配合控制，两种不同的工作模式就对应两种不同的PWM开关方案，因此必须设计相应的控制逻辑分配单元来实现这两种开关方案，这在图2中以PWM 控制单元表示。
3.3控制实现
控制系统的设计可以采用模拟控制方案和数字控制方案，这里以模拟控制方案阐述该DC／DC变换器控制系统的实现，如图3所示。
检控制电路由两级PI调节器、PWM 波产生电路、驱动电路、故障测与保护电路等组成。两级PI调节器是控制电路的核心控制单元，两级均为带限幅输出的PI调节器，前级是电压调节器，后级是电流调节器，前后级串联构成了以输出电压为主控制对象、输出电流为副控制对象的双闭环控制系统。电压环的作用是稳定输出电压，在
输入电压或负载扰动作用下保证输出稳定。电流环是在稳态时跟随电压环，从而使系统动态响应快，调节性能好，也易于实现限流和过流保护。由于电压调节器的输出作为电流调节器的给定，故电压调节器的限幅值决定了电流调节器的最大输出
电流。此外，电流调节器的限幅值限制了最大输出电压，防止了输出电压过高的非正常状态，从而保证了系统的安全可靠。PWM波产生电路负责两种PWM开关方案的
实现，以满足变换器降压工作模式和升压工作模式的要求。由于需要产生两路控制信号，因此必须配合主变换电路进行特殊的电路设计，以解决控制逻辑的分配问题。如图3所示，电流调节器输出送到比较器IC 、IC2同相端，由一个三角波发生器产生
的三角波送到反相端，两路信号相比较叠加获得PWM 波。分析可知，两种不同
的PWM 开关方案可以通过对送到比较器IC 、IC4反相端的三角波加上不同的偏移电压和来实现。当电流调节器输出电压低于5 V时，比较器IC 与三角波有交点，输出PWM 波，该波形用于驱动T ，而比较器IC4与三角波没有交点，故无脉冲输出，T2截止；当电流调节器输出电压高于5 V时，比较器IC4与三角波有交点，输出PWM 波，该波形用于驱动T ，而比较器IC 输出高电平，T 1处于全导通状态；而且，降压工
作模式和升压工作模式的切换是平滑过渡的。这样，就得到了逻辑上合乎要求的两路控制信号，然后再经驱动电路去驱动两个开关管T1 和T2。为了提高系统的可靠性，还设计了故障检测与保护电路，包括过流保护、过压保护、过热保护等。这主要利用比较器对电流、电压、温度等的检测值与设定的保护值比较，一旦发生超限现象，立即产生相应的保护动作。
四．测试结果
根据上述控制原理和实现方案，研制出采用该DC／DC变换器作为主变换电路的直流开关电源(主要设计条件与要求：输入电压l2～4O V、输出电压28 V、额定功率200 W 及效率≥85 %等)。该直流开关电源主要指标的测试结果如下：
(1)输入电压允许范围：在输入电压为1O～4O V的范围内，输出电压保持稳定；
(2)输出电压：在5O% 负载条件下，平均输出电压为28．O1 V，输出电压稳定度≤O．04 ；
(3)电压调整率：在各种负载条件下，电源电压调整率≤O．18 ；
(4)负载调整率：以5O% 负载为基准，负载电压调整率≤O．14 ；
(5)输出电压纹波：当负载电流为3．6 A时，输出电压纹波峰一峰值(Up-p)〈=250 mV，如图4(a)；
(6)负载能力：当输出电流达到7．5 A时，输出电压仍保持稳定，对应功率≥2O0
w；
(7)效率：采用电阻性负载时，测试效率为87 %；
(8)动态响应：系统对输入电压和负载的突变能及时快速地响应，图4(b)所示为负载突变时的动态响应波形。测试结果表明，该直流开关电源具有良好的稳态性能和动态特性，各项主要技术指标达到或超过卫星储能／姿控两用飞轮能量回馈系统研制项目所规定的指标要求。
结论：
这里对一种新颖的DC／DC变换器的设计和实现进行了论述，采用该DC／DC变换器作为主变换电路的直流开关电源具有以下特点：
(1)变换电路拓扑结构简单，具有明确的工作模式，易于实现模拟或数字控制。
(2)采用电压、电流双闭环控制方式，获得较高的稳态精度和良好的动态性能。
(3)具有升降压功能，正极性输出，源效应好，能适应大范围的输入电压变化。
(4)仅有一个储能电感，具有可靠性高、效率高、体积小及质量轻等特点。
(5)功率容量500 W 以下，尤其适合作为卫星储能／姿控两用飞轮能量回馈系统、电动机制动再生能量回馈系统、风力发电系统和太阳能发电系统等电能变换系统的直流变换环节。
五．直流斩波电路的建模与仿真
5.1 仿真模型及参数设置
(1)由IGBT构成直流降压斩波电路(Buck Chop-per)的建模和参数设置
图2为由IGBT组成的Buck直流变换器仿真模型，IGBT按默认参数设置，并取消缓冲电路，即Rs=5 ΩQ，Cs=0；电压源参数取Us=200 V，E=80 V；负载参数取R=10 Ω，L=5 mH。
(2)直流降压斩波电路的仿真
打开仿真参数窗口，选择ode23tb算法，相对误差设置为1e-03，开始仿真时间设置为O，停止仿真时间设置为O.01 s，控制脉冲周期设置为O.001 s(频率为1 000Hz)，控制脉冲占空比为50％。参数设置完毕后，启动仿真，得到图3的仿真结果。
由图3可以看出，负载上电压分别为100 V，160 V，80 V，满足
5.2 直流升降压斩波电路(．Boost－Buck Chopper)的仿真升降压斩波电路输出电压平均值为：
降压直流斩波电路
电力电子技术课程设计题目：降压直流斩波电路 院（系）： 专业班级： 学号： 学生： 指导教师： 起止时间：
摘要 直流-直流变流电路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，包括直接直流电变流电路和间接直流电变流电路。直接直流电变流电路也称斩波电路，它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，一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。间接直流变流电路是在直流变流电路中增加了交流环节，在交流环节常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称带隔离的直流-直流变流电路或直-交-直电路。 直流斩波电路的种类有很多，包括六种基本斩波电路：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，利用不同的斩波电路的组合可以构成符合斩波电路，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。 关键字：直流斩波，降压斩波 第1章电路总体设计方案 1.1 设计课题任务 设计一个直流降压斩波电路。 1.2 功能要求说明 将24V直流电压降压输出并且平均电压可调，围为0-24V。 1.3 设计总体方案和设计原理 降压斩波电路的原理图以及工作波形如图1.1所示。该电路使用一个全控型器件V，图中为IGBT。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蓄电池负载等。
图1.1 降压斩波电路原理图 如图1.2中V 的栅极电压u GE 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u o =E ，负载电流i o 按指数上升。 当t=t 1时刻，控制V 关断，负载电流经二极管VD 续流，负载电压u o 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，通常是串联的电感L 值较大。 至一个周期T 结束，在驱动V 导通，重复上一周期的过程。当工作处于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等，如图1.2所示。负载电压平均值为 E E T E U α==+=on off on on t t t t o 式1.1 式中，t on 为V 处于通态的时间；t off 为V 处于断态的时间；T 为开关周期；α为导通占空比。 由式1.1可知，输出到负载的电压平均值U o 最大为E ，减小占空比α，U o 随之减小。因此将该电路称为降压斩波电路。也称buck 变换器。 负载电流平均值为 R E U I m o o -=
IGBT降压斩波电路设计
目录 摘要 (1) 1前言 (1) 2方案确定 (2) 3主电路设计 (2) 3.1 主电路方案 (2) 3.2 工作原理 (3) 3.3参数分析 (4) 4控制电路设计 (5) 4.1 控制电路方案选择 (5) 4.2 工作原理 (6) 4.3 控制芯片介绍 (7) 5驱动电路设计 (9) 5.1 驱动电路方案选择 (9) 5.2工作原理 (10) 6保护电路设计 (11) 6.1 过压保护电路 (11) 6.1.1主电路器件保护 (11) 6.1.2负载过压保护 (12) 6.2 过流保护电路 (13) 7系统仿真及结论 (14) 7.1 仿真软件的介绍 (14) 7.2仿真电路及其仿真结果 (14) 心得体会 (16) 参考文献 (17) 致谢 (18)
IGBT降压斩波电路设计 摘要：直流-直流变流电路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，包括直接直流电变流电路和间接直流电变流电路。直接直流电变流电路也称斩波电路，它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，一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。间接直流变流电路是在直流变流电路中增加了交流环节，在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称带隔离的直流-直流变流电路或直-交-直电路。直流斩波电路的种类有很多，包括六种基本斩波电路：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，利用不同的斩波电路的组合可以构成符合斩波电路，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。 关键字：IGBT 直流斩波降压斩波 1前言 随着电力电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多。伴随着人们对开关电源的进一步升级，低电压，大电流和高效率的开关电源成为研究趋势。 开关电源分为AC/DC和DC/DC，其中DC/DC变换已实现模块化，其设计技术和生产工艺已相对成熟和标准化。DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。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蓄电池负载等。 IGBT降压斩波电路就是直流斩波中最基本的一种电路，是用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路，用于直流到直流的降压变换。IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十千赫兹频率范围内，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。
基于单片机的直流斩波电路的设计说明
基于单片机的直流斩波电路的设计 本文介绍了基于单片机的直流斩波电路的基本方法，直流斩波电路的相关知识以及用单片机产生ＰＷＭ波的基本原理和实现方法。重点介绍了基于MCS 一51单片机的用软件产生PWM 信号以及信号占空比调节的方法。对于实现直流斩波提供了一种有效的途径。本次设计中以直流降压斩波电路为例。 关键词：单片机最小系统； PWM ；直流斩波： 直流降压斩波电路的原理 斩波电路的典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载，两种 情况下负载中均会出现反电动势，如图3-1中Em 所示 工作原理，两个阶段 t=0时V 导通，E 向负载供电，uo=E ，io 按指数曲线上升 t=t1时V 关断，io 经VD 续流，uo 近似为零，io 呈指数曲线下降 为使io 连续且脉动小，通常使L 值较大 数量关系 电流连续时，负载电压平均值 E E T t E t t t U on off on on o α==+= a ——导通占空比，简称占空比或导通比 Uo 最大为E ，减小a ，Uo 随之减小——降压斩波电路。也称为Buck 变换器（Buck Converter ）。 负载电流平均值 R E U I m o o -= （3-2） 电流断续时，uo 平均值会被抬高，一般不希望出现 斩波电路有三种控制方式： 1）保持开关周期T 不变，调节开关导通时间t on ，称为脉冲宽度调制或脉冲 调宽型： 2）保持导通时间不变，改变开关周期T ，成为频率调制或调频型； 3）导通时间和周期T 都可调，是占空比改变，称为混合型。
其原理图为： 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
直流斩波电路建模仿真
目录 一、降压式直流斩波电路（Buck） (1) 1 原理图 (1) 2 建立仿真模型 (1) 3 仿真波形 (5) 4 小结 (6) 二、升压式直流斩波电路（Boost） (7) 1 原理图 (7) 2建立仿真模型 (7) 3 仿真波形 (8) 4 小结 (9)
一、 降压式直流斩波电路（Buck ） 1 原理图 在控制开关IGBT 导通t on 期间，二极管VD 反偏，电源E 通过电感L 向负载R 供电，此间i L 增加，电感L 的储能也增加，导致在电感两端有一个正向电压Ul=E-u 0，左正右负，这个电压引起电感电流i L 的线性增加。 在控制开关IGBT 关断t off 期间，电感产生感应电势，左负右正，使续流二极管VD 导通，电流i L 经二极管VD 续流，u L =-u 0，电感L 向负载R 供电，电感的储能逐步消耗在R 上，电流i L 线性下降，如此周而复始周期变化。如图1-1。 + -U0E 图1 -1降压式直流斩波电路的电路原理图 2 建立仿真模型 根据原理图用MATLAB 软件画出正确的仿真电路图，如图2。
图1-2降压式直流斩波电路的MATLAB仿真模型 仿真参数，算法（solver）ode15s，相对误差（relativetolerance）1e-3，开始时间0.0结束时间2.0如图1-3。 图1-3 仿真时间参数 电源参数，电压100v，如图1-4。
图1-4 交流电源参数晶闸管参数，如图1-5。 图1-5 晶闸管参数电感参数，如图1-6。 图1-6 电感参数电阻参数，如图1-7。
图1-7 电阻参数二极管参数设置，如图1-8。 图1-8 二极管参数电容参数设置，如图1-9。 图1-9 电容参数
直流降压斩波电路的设计
直流降压斩波电路的设计 摘要: 本实验设计的是Buck降压斩波电路，采用全控型器件IGBT。根据降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动及保护电路。 关键词:降压斩波，主电路、控制电路、驱动及保护电路。 引言：直流传动是斩波电路应用的传统领域，而开关电源则是斩波电路应用的新领域，是电力电子领域的一大热点。DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。直流变换电路的用途非常广泛，包括直流电动机传动、开关电源、单相功率因数校正，以及用于其他领域的交直流电源。斩波器的工作方式有：脉宽调制方式，频率调制方式和混合型。脉宽调制方式较为通用。当今世界软开关技术使得DC/DC变换器发生了质得变化和飞跃。美国VICOR公司设计制造得多种ECI 软开关DC/DC变换器，最大输出功率有300W、600W、800W等，相应得功率密度为（6.2、10、17）W/cm3，效率为（80—90）%。日本NemicLambda公司最新推出得一种采用软开关技术得高频开关电源模块RM系列，其开关频率为200—300KHz,功率密度已达 27W/cm3，采用同步整流器（MOS-FET代替肖特基二极管），使整个电路效率提高到90%。 1设计目的 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，其中IGBT 降压斩波电路就是直流斩波中最基本的一种电路，是用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路，用于直流到直流的降压变换。IGBT是MOSFET与GTR的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，输入阻抗高，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。
直流斩波电路设计与仿真.
电力电子技术课程设计报告 姓名： 学号： 班级： 指导老师： 专业： 设计时间：
目录 1．降压斩波电路 (6) 一．直流斩波电路工作原理及输出输入关系 (12) 二．D c／D C变换器的设计 (18) 三．测试结果 (19) 四．直流斩波电路的建模与仿真 (29) 五．课设体会与总结 (30) 六．参考文献 (31)
摘要 介绍了一种新颖的具有升降压功能的DC ／DC 变换器的设计与实现，具体地分析了该DC ／DC 变换器的设计(拓扑结构、工作模式和储能电感参数设计)，详细地阐述了该DC ／DC 变换器控制系统的原理和实现，最后给出了测试结果 关键词：DC ／DC 变换器，降压斩波，升压斩波，储能电感，直流开关电源，PWM ；直流脉宽调速 一．降压斩波电路 1.1 降压斩波原理： R E U I E E T t t t E t U M on off on on -= ==+=000α 式中on t 为V 处于通态的时间；off t 为V 处于断态的时间；T 为开关周期；α为导通占空比，简称占空比火导通比。 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： 1） 保持开关周期T 不变，调节开关导通时间on t 不变，称为PWM 。 2） 3） on t i E M
1.2 工作原理 1）t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压u o=E，负载电流i o 按指数曲线上升 2）t=t1时刻控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压u o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接的电感L值较大 ●基于“分段线性”的思想，对降压斩波电路进行解析 ●从能量传递关系出发进行的推导 ●由于L为无穷大，故负载电流维持为I o不变
降压斩波电路__课程设计
辽宁工业大学 电力电子技术课程设计（论文）题目：降压直流斩波电路实验装置 院（系）：新能源学院 专业班级：电气131班 学号： 学生姓名： 指导教师：（签字） 起止时间：2011-12-26至2011-01-6
课程设计（论文）任务及评语 院（系）：新能源学院教研室：电气 目录 第1章绪论 (4)
1.1 降压直流斩波电路的基本概念 (5) 1.2 降压直流斩波电路的发展 (5) 第2章降压直流斩波斩波电路设计 2.1 降压斩波电路工作原理 (7) 2.1.1降压斩波电路（Buck Chopper） (7) 2.1.2 IGBT驱动电路选择 (8) 2.2 整流电路 (8) 2.3 斩波信号产生电路 (9) 2.3.1由分立元件组成的驱动电路 (9) 2.3.2集成驱动电路 (10) （2）电路原理图及工作原理简介 (11) 2.4 最优参数选择 (13) 2.4.1 整流电路部分 (13) 2.4.2 斩波主电路部分 (13) 2.5 生成总的电路图 (15) 2.5.1 总原理图 (15) 2.5.2 此电路的主要功能 (16) 2.6 保护电路 (16) 2.6.1 整流桥电路部分 (16) 2.6.2 驱动电路部分 (17) 第3章课程设计总结 (18) 参考文献 (18)
摘要 直流斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的 DC-DC 变换器 ,在直流传动系统、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用.随之出现了诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路 . 直流斩波技术已被广泛用于开关电源及直流电动机驱动中，使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波等领域得到了广泛的应用。 TDC-1型学习机是为了配合高等工科院校及高等专科技术学校的“电力电子”或“半导体变流技术”等课程中的直流斩波电路实验并根据当今电力电子技术的发展方向及应用而设计的新型实验装置。该学习机面板上画有原理图。各测试点均装有测试探头可以钩住的端子。测试电压及波形十分方便。使学生在实验课中安全、方便、直观地观察到各种电压、电流的波形及数据。学生实验可以更加深入了解直流斩波电路的工作原理及其典型的应用电 . 关键词：直流；电力电子；变换电路；
(完整word版)湖南工程学院2014直流降压斩波电路课程设计..
湖南工程学院应用技术学院课程设计 课程名称电力电子技术 课题名称DC-DC变换电路分析 专业电气工程 班级 学号 姓名 指导教师李祥来 2014 年月日
湖南工程学院 课程设计任务书 课程名称：电力电子技术 题目：DC-DC变换电路分析 专业班级：电气1184 学生姓名： 学号： 指导老师： 审批： 任务书下达日期2014年月日 设计完成日期2014年月日
前言 直流-直流变流电路（DC-DC Converter）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，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路，直接直流变流电路也称斩波电路（DC Chopper）,它的功能是将直流电变为另一固定电压或者可调电压的直流电，一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。间接直流变流电路是在直流变流电路中增加了交流环节，在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此，也称为带隔离的直流-直流变流电路或直-交-直电路。习惯上，DC-DC变换器包括以上两种情况，且甚至更多地指后一种情况。 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。 降压斩波电路（Buck Chopper）的设计与分析是接下来课程设计的主要任务。。
目录 一．降压斩波电路 (7) 1.1 降压斩波原理： (7) 1.2 工作原理 (8) 1.3 IGBT结构及原理 (8) 二．直流斩波电路的建模与仿真 (11) 2.1IGBT驱动电路的设计.................................... 错误！未定义书签。 2.2电路各元件的参数设定................................ 错误！未定义书签。 2.3元件型号选择 ............................................... 错误！未定义书签。 2.4仿真软件介绍 ............................................... 错误！未定义书签。 2.5仿真电路及其仿真结果................................ 错误！未定义书签。 2.6仿真结果分析 ............................................... 错误！未定义书签。三．课设体会与总结. (19) 四．附录（完整电路图） (19) 五．参考文献 (19) 六．课程设计成绩表 (19)
降压式直流斩波电路
实验一降压式直流斩波电路（BUCk ） 、原理图 在控制开关VT 导通ton 期间，二极管VD 反偏，电源E 通过电感L 向负载 R 供电，此间iL 增加，电感L 的储能也增加，导致在电感两端有一个正向电压 UI=E-U0 ,左正右负，这个电压引起电感电流iL 的线性增加。 2）在控制开关VT 关断toff 期间，电感产生感应电势，左负右正，使续流二 极管VD 导通，电流iL 经二极管VD 续流，UL=-Uo ,电感L 向负载R 供电，电 感的储能逐步消耗在R 上，电流iL 线性下降，如此周而复始周期变化。如图1-1。 iD VDZ^ c =∏ RUO 图1-1 电路图 、建立仿真模型 根据原理图用matalb 软件画出正确的仿真电路图，如图1-2 仿真参数，算法（solver ） ode15s,相对误差（relativetolerance ） 1e-3,开始 时间0结束时间10，如图1-3 IGBT iL "I ■ 图1-2 仿真电路图（截图） □C >s?r pc?h?i -rgM ∣ € 3El ：■ √Σ COr J iti∩?a ∣0υd □
图1-3 （截图） 电源参数，电压100v,如图1-4。 ??BICKk Parameters： OC VOIt?ge SOUrCe LE DC Vo??ge SCiuIee Inwat) Iiinkl Id&al DC ??Aag& sewree. PlMaff?e?ers Amphude(V): Mflβs?ement? N i Crte 图1-4 （截图） 晶闸管参数，如图1-5 图1-5 （截图）
电力电子-降压斩波电路设计..教学总结
1.引言 随着电力电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多。电子设备的小型化和低成本化使电源向轻，薄，小和高效率方向发展。开关电源因其体积小，重量轻和效率高的优点而在各种电子信息设备中得到广泛的应用。伴随着人们对开关电源的进一步升级，低电压，大电流和高效率的开关电源成为研究趋势。 开关电源分为AC/DC和DC/DC，其中DC/DC 变换已实现模块化，其设计技术和生产工艺已相对成熟和标准化。DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。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蓄电池负载等。 IGBT降压斩波电路就是直流斩波中最基本的一种电路，是用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路，用于直流到直流的降压变换。IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十千赫兹频率范围内，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。所以用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路就有了IGBT易驱动，电压、电流容量大的优点。 IGBT降压斩波电路由于易驱动，电压、电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔的发展前景，也由于开关电源向低电压，大电流和高效率发展的趋势，促进了IGBT降压斩波电路的发展。
2.方案确定 电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路，驱动电路，保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。由信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或者关断来完成整个系统的功能，当控制电路所产生的控制信号能够足以驱动电力电子开关时就无需驱动电路。 根据降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动及保护电路，设计出降压斩波电路的结构框图如图1所示。 图1降压斩波电路结构框图 在图1结构框图中，控制电路是用来产生降压斩波电路的控制信号，控制电路产生的控制信号传到驱动电路，驱动电路把控制信号转换为加在开关控制端，可以使其开通或关断的信号。通过控制开关的开通和关断来控制降压斩波电路的主电路工作。控制电路中的保护电路是用来保护电路的，防止电路产生过电流现象损害电路设备。
直流斩波PWM控制Matlab仿真
课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: 直流斩波PWM控制Matlab仿真 初始条件： 输入200V直流电压。 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、要求得到0~100V直流电压。 2、在Matlab/simulink中建立电路仿真模型； 3、对电路进行仿真； 4、得到结果并对结果进行分析； 时间安排： 课程设计时间为两周，将其分为三个阶段。 第一阶段：复习有关知识，阅读课程设计指导书，搞懂原理，并准备收集设计资料，此阶段约占总时间的20%。 第二阶段：根据设计的技术指标要求选择方案，设计计算。 第三阶段：完成设计和文档整理，约占总时间的40%。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 摘要 (1) 1 概述及设计要求 (2) 1.1 概述 (2) 1.2 设计要求 (2) 2 降压斩波电路拓扑分析 (3) 2.1 降压斩波器基本拓扑 (3) 2.2 buck开关型调整器拓扑分析 (3) 2.3 降压斩波电路的重要参数计算方法 (4) 2.3.1 buck调整器的效率 (4) 2.3.2 buck调整器的理想开关频率 (4) 2.3.3 输出滤波电感的选择 (5) 2.3.4 输出滤波电容的选择 (5) 3 电路设计 (6) 3.1 buck主电路设计 (6) 3.2 脉宽调制电路设计 (7) 3.3 MOS管驱动电路设计 (8) 3.4 系统工作总电路 (8) 4 Matlab建模仿真及分析 (9) 4.1 Matlab仿真模型的建立 (9) 4.2 Matlab仿真结果及分析 (10) 结束语 (14) 参考文献 (15)
直流降压斩波电路的设计
《电子科学与技术》课程设计报告课题：直流降压斩波电路的设计 专业电气工程及其自动化 班级 2011级三班 姓名 学号 指导教师 日期
摘要: 本实验设计的是Buck降压斩波电路，采用全控型器件IGBT。根据降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动及保护电路。 关键词:降压斩波，主电路、控制电路、驱动及保护电路。 引言：直流传动是斩波电路应用的传统领域，而开关电源则是斩波电路应用的新领域，是电力电子领域的一大热点。DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。直流变换电路的用途非常广泛，包括直流电动机传动、开关电源、单相功率因数校正，以及用于其他领域的交直流电源。斩波器的工作方式有：脉宽调制方式，频率调制方式和混合型。脉宽调制方式较为通用。当今世界软开关技术使得DC/DC变换器发生了质得变化和飞跃。美国VICOR公司设计制造得多种ECI 软开关DC/DC变换器，最大输出功率有300W、600W、800W等，相应得功率密度为（6.2、10、17）W/cm3，效率为（80—90）%。日本NemicLambda公司最新推出得一种采用软开关技术得高频开关电源模块RM系列，其开关频率为200—300KHz,功率密度已达 27W/cm3，采用同步整流器（MOS-FET代替肖特基二极管），使整个电路效率提高到90%。 1设计目的 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，其中IGBT 降压斩波电路就是直流斩波中最基本的一种电路，是用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路，用于直流到直流的降压变换。IGBT是MOSFET与GTR的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，输入阻抗高，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十千赫兹频率范围内，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。所以用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路就有了IGBT易驱动，电压、电流容量大的优点，因此发展很快。
电力电子降压斩波电路课程设计
电力电子降压斩波电路课程设计
《电力电子技术》课程设计说明书 直流降压斩波电路的设计与仿真 院、部：电气与信息工程学院 学生姓名：刘贝贝 指导教师：胡小娣职称助教 专业：电气工程及其自动化 班级：电气本1305 学号： 完成时间： 6月
湖南工学院《电力电子技术》课程设计课题任务书 学院：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化
摘要 直流斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的DC-DC 变换器,在直流传动系统、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用.随之出现了诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路. 直流斩波技术已被广泛用于开关电源及直流电动机驱动中，使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波等领域得到了广泛的应用。 关键字：直流斩波，降压斩波
ABSTRACT DC chopper as DC into another fixed voltage DC voltage or adjustable in DC converter, and DC - regenerative power transmission system, charging circuit, switch power, power electronics device and all sorts of electrical equipment transformation in ordinary application. Then appeared such as step-down chopper, booster chopper, lift pressure chopper composite chopper, etc.. the commutation circuit DC chopper technology has been widely used in switching power supply and DC driver, make its smooth acceleration control, and obtain the fast response, managing electric energy effect. All-controlling power electronics device IGBT in traction power transmission and transformation of power transmission and active filter etc widely application. Keywords: DC chopping; Buck chopper
降压斩波电路课程设计
目录 一、引言???????????????????????2 二、设计要求与方案??????????????????2 2.1 设计要求?????????????????????????..2 2.2 方案确定?????????????????????????.3 三、主电路设计????????????????????.3 3.1 主电路方案????????????????????????..3 3.2 工作原理?????????????????????????..4 3.3 参数分析?????????????????????????..5 四、控制电路设计???????????????????.5 4.1 控制电路方案选择?????????????????????..5 4.2 工作原理?????????????????????????..6 4.3 控制芯片介绍???????????????????????..7 五、驱动电路设计???????????????????.9 5.1 驱动电路方案选择????????????????????? (9) 5.2 工作原理?????????????????????????..10 六、保护电路设计???????????????????.11 6.1 过压保护电路???????????????????????..11 6.2 过流保护电路???????????????????????..12 七、系统仿真及结论???????????????????.13 八、结论????????????????????.16 九、参考文献?????????????????????.16 十、致谢???????????????????????.17
直流斩波电路课设资料
电力电子技术课程设计说明书直流降压斩波电路的设计 院、部： 学生姓名： 指导教师：职称 专业： 班级： 完成时间：
摘要 直流降压斩波电路又称为Buck变换器，它对输入电压进行降压变换。通过控制电路的占空比即通过IGBT来控制降压斩波电路的输出电压。直流斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的DC-DC变换器 ,在直流传动系统、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用.随之出现了诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路。直流斩波技术已被广泛用于开关电源及直流电动机驱动中，使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波等领域得到了广泛的应用。 首先分析了直流斩波主电路（即Buck变换器）的工作原理，计算了电路的电压电流和IGBT承受的正反向电压，按照留有裕量的选型原则，选择了IRG4PC40U型号的IGBT，并对其参数进行了介绍。利用PWM控制芯片SG3525作为触发电路的核心部件，最后利用MATLAB建立了仿真模型，设置了模型的参数，并进行了仿真。仿真结果证明了设计的正确性。 关键字：设计；仿真；直流降压斩波；Buck
目录 1 绪论 (1) 1.1 设计的背景与意义 (1) 1.2 直流斩波发展现状 (1) 1.3 本设计主要内容 (2) 2 直流斩波主电路的设计 (3) 2.1 设计原始参数 (3) 2.2 直流斩波电路原理 (3) 2.3 主电路的设计 (4) 2.3.1 直流降压斩波电路 (4) 2.3.2 直流降压斩波电路参数计算 (4) 2.3.3 主电路参数分析 (5) 3 控制电路设计 (7) 3.1 PWM控制芯片SG3525简介及特点 (7) 3.2 SG3525内部结构及工作特性 (7) 3.3 触发电路 (9) 4 仿真调试 (10) 4.1 仿真软件的介绍 (10) 4.2 仿真模型建立 (10) 4.3 仿真结果分析 (12) 结束语 (15) 参考文献 (16) 致谢 (17) 附录 (18) 附录A：元件清单 (18) 附录B：主电路CAD图 (19)
升、降压直流斩波电路及matlab仿真
目录 绪论 (3) 一．降压斩波电路 (6) 二．直流斩波电路工作原理及输出输入关系 (12) 三．D c／D C变换器的设计 (18) 四．测试结果 (19) 五．直流斩波电路的建模与仿真 (29) 六．课设体会与总结 (30) 七．参考文献 (31)
绪论 1. 电力电子技术的内容 电力电子学,又称功率电子学(Power Electronics)。它主要研究各种电力电子器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或装置，以完成对电能的变换和控制。 它既是电子学在强电(高电压、大电流)或电工领域的一个分支，又是电工学在弱电(低电压、小电流)或电子领域的一个分支，或者说是强弱电相结合的新科学。电力电子学是横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域的一个新兴工程技术学科。 电有直流(DC)和交流(AC)两大类。前者有电压幅值和极性的不同，后者除电压幅值和极性外，还有频率和相位的差别。 实际应用中，常常需要在两种电能之间，或对同种电能的一个或多个参数(如电压，电流，频率和功率因数等)进行变换。 变换器共有四种类型： 交流-直流(AC-DC)变换：将交流电转换为直流电。 直流-交流(DC-AC)变换：将直流电转换为交流电。这是与整流相反的变换，也称为逆变。当输出接电网时，称之为有源逆变；当输出接负载时，称之为无源逆变。 交-交(AC-AC)变换，将交流电能的参数(幅值或频率)加以变换。其中：改变交流电压
有效值称为交流调压；将工频交流电直接转换成其他频率的交流电，称为交-交变频。直流-直流(DC-DC)变换，将恒定直流变成断续脉冲输出，以改变其平均值。 2. 电力电子技术的发展 在有电力电子器件以前，电能转换是依靠旋转机组来实现的。与这些旋转式的交流机组比较,利用电力电子器件组成的静止的电能变换器,具有体积小、重量轻、无机械噪声和磨损、效率高、易于控制、响应快及使用方便等优点。 1957年第一只晶闸管—也称可控硅(SCR)问世后，因此,自20世纪60年代开始进入了晶闸管时代。 70年代以后，出现了通和断或开和关都能控制的全控型电力电子器件(亦称自关断型器件)，如：门极可关断晶闸管(GTO)、双极型功率晶体管(BJT/ GTR)、功率场效应晶体管(P-MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等。 控制电路经历了由分立元件到集成电路的发展阶段。现在已有专为各种控制功能设计的专用集成电路，使变换器的控制电路大为简化。 微处理器和微型计算机的引入，特别是它们的位数成倍增加，运算速度不断提高，功能不断完善，使控制技术发生了根本的变化，使控制不仅依赖硬件电路，而且可利用软件编程，既方便又灵活。 各种新颖、复杂的控制策略和方案得到实现，并具有自诊断功能，并具有智能化的功能。将新的控制理论和方法应用在变换器中。 综上所述可以看出，微电子技术、电力电子器件和控制理论则是现代电力电子技术的发展动力。 3.电力电子技术的重要作用 (1) 优化电能使用。通过电力电子技术对电能的处理，使电能的使用达到合理、高效
直流降压斩波电路的设计
直流降压斩波电路的设计
直流降压斩波电路的设计 一、设计目的 直流斩波电路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。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。设计目的如下： （1）培养文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。 （2）培养综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。 （3）通过对直流降压斩波电路的设计，掌握直流降压斩波电路的工作原理，综合运用所学知识，进行直流降压斩波电路和系统设计的能力 （4）培养运用知识的能力和工程设计的能力。 （5）提高课程设计报告撰写水平。 二、设计任务 2.1、设计任务 要求设计降压斩波电路的主电路、控制电路、驱动及保护电路，稳压直流电源15V和直流电压100V的设计 2.2、设计要求 对直流降压电路的基本要求有以下几点： （1）输入直流电压：100V （2）输出电压范围：50V~80V （3）最大输出电流：5A （4）开关频率：40KHz （5）L：1mH 2.3、设计步骤 （1）根据给出的技术要求，确定总体设计方案 （2）选择具体的元件，进行硬件系统的设计 （3）进行相应的电路设计，完成相应的功能 （4）进行调试与修改 （5）撰写课程设计说明书
三、设计方案选择及论证 斩波电路有三种控制方式 （1）脉冲宽度调制（PWM）：开关周期T不变，改变开关导通时间Ton。 （2）频率调制：开关导通时间不变，改变开关周期T。 （3）混合型：开关导通时间和开关周期T都可控，改变占空比。 本次设计采用的是脉宽调制的方法，开关选用全控型器件IGBT，IGBT降压斩波电路是直流斩波中最基本的一种电路，是用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路，用于直流到直流的降压变换。IGBT是MOSFET与GTR的复合器件。它集中了电力MOSFET和GTR的优点，既有MOSFET易驱动的特点，输入阻抗高，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十千赫兹频率范围内，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。所以用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路就有了IGBT易驱动，电压、电流容量大的优点，因此发展很快。 电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路，驱动电路，保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。由信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或者关断来完成整个系统的功能，当控制电路所产生的控制信号能够足以驱动电力电子开关时就无需驱动电路。 四、总体电路设计 根据降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动及保护电路，设计出降压斩波电路的结构框图如图1所示。 图1 压斩波电路结构框图 在图1结构框图中，控制电路是用来产生降压斩波电路的控制信号，控制电路产生的控制
降压式直流斩波电路
实验一降压式直流斩波电路（Buck） 一、原理图 在控制开关VT导通ton期间，二极管VD反偏，电源E通过电感L向负载R供电，此间iL增加，电感L的储能也增加，导致在电感两端有一个正向电压Ul=E-u0，左正右负，这个电压引起电感电流iL的线性增加。 2)在控制开关VT关断toff期间，电感产生感应电势，左负右正，使续流二极管VD导通，电流iL经二极管VD续流，uL=-u0，电感L向负载R供电，电感的储能逐步消耗在R上，电流iL线性下降，如此周而复始周期变化。如图1-1。 图1-1 电路图 二、建立仿真模型 根据原理图用matalb软件画出正确的仿真电路图，如图1-2。 图1-2 仿真电路图（截图） 仿真参数，算法（solver）ode15s，相对误差（relativetolerance）1e-3，开始时间0结束时间10，如图1-3。
图1-3 （截图）电源参数，电压100v，如图1-4。 图1-4 （截图）晶闸管参数，如图1-5。 图1-5 （截图）
电感参数，如图1-6。 图1-6 （截图）电阻参数，如图1-7。 图1-7 （截图）二极管参数设置，如图1-8。
图1-8 （截图） 电容参数设置，如图1-9。 图1-9 （截图） 三、仿真参数设置 设置触发脉冲占空比α分别为20%、50%、70%、90%。与其产生的相应波形分别如图1-10图1-11图1-12图1-13。在波形图中第一列波为输出电压波形，第二列波为输入电压波形。
图1-10 α=20%（截图） 图1-11 α=50%（截图）
图1-12 α=70%（截图） 图1-13 α=90%（截图） 四、小结 （1）在降压式直流斩波电路（Buck）中，电感和电容值设置要稍微大一点。 （2）注意VT的导通和关断时间，电容的充放电规律和电感的作用。 （3）输出电压计算公式：U0=DE。 实验二升压式直流斩波电路（Boost）
直流斩波电路的MATLAB仿真实验
直流斩波电路的MATLAB 仿真实验 降压式直流斩波电路 一、实验内容 降压斩波原理： R E U I E E T t t t E t U M on off on on -= ==+=000α 式中on t 为V 处于通态的时间；off t 为V 处于断态的时间；T 为开关周期；α为导通占空比，简称占空比火导通比。 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： （1）保持开关周期T 不变，调节开关导通时间on t 不变，称为PWM 。 （2）保持开关导通时间on t 不变，改变开关周期T ，称为频率调制或调频型。 （3）on t 和T 都可调，使占空比改变，称为混合型。 t t t O O O b) T E i G t on t off i o i 1i 2I 10 I 20t 1 u o O O O t t t T E E c) i G i G t on t off i o t x i 1i 2 I 20 t 1 t 2 u o E M E V + -M R L VD a) i o E M u o i G 图1 降压斩波电路原理图
2 二、实验原理 (1)t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压u o=E，负载电流i o按指数曲线上升 (2)t=t1时刻控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压u o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接的电感L值较大 三、实验过程 1、仿真电路图 图2 降压斩波的MATLAB电路的模型 2、仿真模型使用模板的参数设置 IGBT参数的设置如图
图3 Diode参数的设置如图 图4
IGBT直流降压斩波电路设计设计直流降压IGBT降压斩波电路
目录 1设计原理分析 (1) 1.1总体结构分析 (1) 1.2主电路的设计 (1) 1.3触发电路的选型 (2) 1.4驱动电路选型 (3) 1.5整流滤波电路 (5) 2. 设计总电路图及参数 (6) 2.1设计总电路图 (6) 2.2 元件参数计算 (8) 3. 元器件清单 (10) 小结 (11) 参考文献 (11)
IGBT 直流降压斩波电路的设计 1设计原理分析 1.1总体结构分析 直流斩波电路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。它在电源的设计上有很重要的应用。一般来说，斩波电路的实现都要依靠全控型器件。在这里，我所设计的是基于IGBT 的降压斩波短路。 直流降压斩波电路主要分为三个部分，分别为主电路模块，控制电路模块和驱动电路模块。电路的结构框图如下图（图1）所示。 图1 电路结构框图 1.2主电路的设计 主电路是整个斩波电路的核心，降压过程就由此模块完成。其原理图如图2所示。 图2 主电路原理图 如图，IGBT 在控制信号的作用下开通与关断。开通时，二极管截止，电流io 流过大 i E V + - M R L VD a)i o E M u o i G 电源 触发电路 驱动电路 主电路 整流滤波电路
电感L ，电源给电感充电，同时为负载供电。而IGBT 截止时，电感L 开始放电为负载供电，二极管VD 导通，形成回路。IGBT 以这种方式不断重复开通和关断，而电感L 足够大，使得负载电流连续，而电压断续。从总体上看，输出电压的平均值减小了。输出电压与输入电压之比α由控制信号的占空比来决定。这也就是降压斩波电路的工作原理。 降压斩波的典型波形如下图所示。 图3 降压电路波形图 图2中的负载为电动机，是一种放电动式负载。反电动势负载有电流断续和电流连续两种工作状态。分别入图3中b ）和a ）所示。 无论哪一种情况，输出电压的平均值都与负载无关，其大小为： （1-1） T on 表示导通的时；T off 表示截止的时间 ；α表示导通时间占空比。 对于输出电流，当0U >E 时电流连续，输出电流平均值大小为： （1-2） 当Uo