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。

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。

2 设计任务与要求

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Buck降压电路的基本要求有以下几点：

1.输入直流电压：U d=100V

2.开关频率40KHz

3.输出电压范围50V~80V

4.输出电压纹波：小于1%

5.最大输出电流：5A（在额定负载下）

6.具有过流保护功能，动作电流：6A

7.具有稳压功能

8.效率不低于70%

3 设计内容

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 电路框图

在图1结构框图中，控制电路是用来产生IGBT 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IGBT 控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号。通过控制IGBT 的开通和关断来控制IGBT 降压斩波电路的主电路工作。保护电路是用来保护电路的，防止电路产生过电流、过电压和欠电压等现象损害电路设备。

3.1 设计方案的选定与说明

3.2 降压斩波电路

3.2.1 降压斩波电路原理

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； 为导通占空比，简称占空比或导通比。降压斩波电路的占空比小于1。

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

但是普遍采用的是脉冲宽调制工作方式。因为采用频率调制工作方式，容易产生谐波干扰，而且滤波器设计也比较困难。此电路就是采用脉冲宽调制控制IGBT 的通断。

i E M

3.3 降压斩波电路主电路设计

3.3.1 BUCK降压斩波主电路

在电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路称为主电路。IGBT降压斩波电路的主电路图如下图2所示。它是一种降压型变换器，其输出电压平均值U，U。该电路使用一个全控型器件V，为IGBT。在V关断时，为了总是小于输入电压

d

给负载中电感电流提供通道，设置了续流二极管VD。

图2 降压斩波主电路图

3.3.2主电路元器件参数选择

主电路中需要确定参数的元器件有直流电源、IGBT、二极管、电感、电容、电阻值，其参数选择如下说明：

(1) 对于电源，因为题目要求输入直流电压为100V，所以该直流稳压电源可直接作为系统电源。

(2)IGBT 由图2易知当IGBT截止时，回路通过二极管续流，此时IGBT两端承受最大正压为100V；而当 =1时，IGBT有最大电流，其值为5A。故需选择集电极最大连续电流c I>5A，反向击穿电压B vceo>100v的IGBT。如果考虑2倍的安全裕量需选

B》200V的IGBT。

择集电极最大连续电流c I》10A，反向击穿电压vceo

(3)二极管 当α=1时，其承受最大反压100V ；而当α趋近于1时，其承受最大电流趋近于5A ，故需选择Vc >100v,I >5A 的二极管。考虑2倍的安全裕量： min U =21u X =200V m in I =1x It =2x5=10A

(4)电感 选择大电感L ，使得电路能够续流，此时的临界电感为：

L =0U （d U —o U ）/2f d U I 。设输出电压为80V ，

则L =80x （100—80）/2x1000x40x100x5=0.04mH

所以电感L >=0.04mH ，取L =0.1mH 。

(5) 电容 选择的电容既要使得输出的电压纹波小于1%，也不能取的太大，否则会使电路的速度变得很慢。电容的选择：也取输出电压为80V 时来算

C =0U （d U —o U ）/8L Δc U ff d U

=80x （100—80）/8x0.1mHx0.01x40Kx40Kx100=12.5uF

这里取C =13uF 。

(6)电阻R l 因为输出电压为50V —80V 时，而输出的最大电流为5A 。所以由欧姆定律R=U/I 可得负载电阻值为最小取值在10Ω。

3.4 降压斩波电路控制电路的设计

3.4.1控制电路及器件选择

3.4.1.1 因为斩波电路有三种控制方式，又因为PWM 控制技术应用最为广泛，所以采用PWM 控制方式来控制IGBT 的通断。

3.4.1.2 SG3525芯片

它是一款专用的PWM 控制集成电路芯片，它采用恒频调宽控制方案，内部包括精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。

SG3525是定频PWM 电路，采用16引脚标准DIP 封装。其各引脚功能如图4所示，内部框图如图5所示。

图4 SG3525的引脚

图5 内部框图

SG3525各引脚具体功能：

（1）引脚1：误差放大器反向输入端。在闭环系统中，该引脚接反馈信号。在开环系统中，该端与补偿信号输入端（引脚9）相连，可构成跟随器。

（2）引脚2：误差放大器同向输入端。在闭环系统和开环系统中，该端接给定信号。根据需要，在该端与补偿信号输入端之间接入信号不同的反馈网络。

（3）引脚3：振荡器外接同步信号输入端。该端接外部同步脉冲信号可实现外电路同步。

（4）引脚4：振荡器输出端。

（5）引脚5：振荡器定时电容接入端。

（6）引脚6：振荡器定时电阻接入端。

（7）引脚7：振荡器放电端。该端与引脚5之间外接一只放电电阻，形成放回路。

（8）引脚8：软启动电容接入端。

（9）引脚9：PWM信号输入端。

（10）引脚10：外部关断信号输入端。

（11）引脚11：输出端A。

（12）引脚12：信号地。

（13）引脚13：输出级偏置电压接入端。

（14）引脚14：输出端B。

（15）引脚15：偏置电源接入端。

（16）引脚16：基准电源输出端。

SG3525芯片特点如下：

（1）工作电压范围：8-35v。

（2） 5.1V微调基准电源

（3）振荡器频率工作范围：100Hz-500kHz。

（4）具有振荡器外部同步功能

（5）死区时间可调。

（6）内置软启动电路。

（7）具有输入欠电压锁定功能。

（8）具有PWM锁存功能，禁止多脉冲。

（9）逐个脉冲关断。

（10）双路输出（灌电流/拉电流）：Ma(峰值)

其11和14脚输出两个等幅、等频、相位互补、占空比可调的PWM信号。脚6、脚7 内有一个双门限比较器，内设电容充放电电路，加上外接的电阻电容电路共同构成SG3525 的振荡器。振荡器还设有外同步输入端(脚3)。脚1 及脚2 分别为芯片

内部误差放大器的反相输入端、同相输入端。该放大器是一个两级差分放大器。根据系统的动态、静态特性要求，在误差放大器的输出脚9和脚1之间一般要添加适当的反馈补偿网络，另外当10脚的电压为高电平时，11和14脚的电压变为10输出。

3.4.2控制电路原理

由于SG3525的振荡频率可表示为 ：

)

37.0(1d t t R R C f += 式中:t C , t R 分别是与脚5、脚6相连的振荡器的电容和电阻；d R 是与脚7相连的放电端电阻值。根据任务要求需要频率为40kHz ，所以由上式可取t C =1μF, t R =10Ω,d R =6.2Ω。可得f=39.1kHz ，基本上等于实际40 kHz 即满足要求。

SG3525有保护的功能，可以通过改变10脚电压的高低来控制脉冲波的输出。因此可以将驱动电路输出的过流保护电流信号经一电阻作用，转换成电压信号来进行过流保护。当驱动电路检测到过流时发出电流信号，由于电阻的作用将10脚的电位抬高，从而13脚输出低电平，而当其没有过流时，10脚一直处于低电平，从而正常的输出PWM 波。

由此可以得出控制电路的电路图如图6所示：

图6 控制电路图

3.5 驱动电路原理与设计

3.5.1本实验采用光电耦合式驱动电路

该电路双侧都有源。其提供的脉冲宽度不受限制，较易检测IGBT的电压和电流的状态，对外送出过流信号。另外它使用比较方便，稳定性比较好。但是它需要较多的工作电源，其对脉冲信号有1μs的时间滞后，不适应于某些要求比较高的场合

3.5.2 驱动电路工作分析：

驱动电路的电路图如图7所示：

图7 驱动电路原理图

如图7所示，IGBT降压斩波电路的驱动电路提供电气隔离环节。光耦合器由发光二极管和光敏晶体管组成，封装在一个外壳内。本电路中采用的隔离方法是，先加一级光耦隔离，再加一级推挽电路进行放大。采用推挽电路进行放大的原因是因为驱动IGBT的电压叫高，约为12V左右，而SG3525芯片提供的电压只有5V左右，直接连入无法驱动IGBT。并且推挽式电路简单实用，故用推挽式进行电压放大。IGBT 是电压控制型器件，在它的栅极-发射极间施加十几V的直流电压，只有μA级的漏电流流过，基本上不消耗功率。但IGBT的栅极-发射极间存在着较大的寄生电容（几千至上万pF），在驱动脉冲电压的上升及下降沿需要提供数安电流，才能满足开通和关断的动态要求，这使得它的驱动电路也必须输出一定的峰值电流。

3.6保护电路原理与设计

在电力电子电路中，除了电力电子器件参数选择合适、驱动电路设计良好外，采用合适的过电压、过电流、dt

di/保护也是必要的。

du/保护和dt

3.6.1 过电压保护电路：

过压保护要根据电路中过压产生的不同部位，加入不同的保护电路，当达到—定电压值时，自动开通保护电路，使过压通过保护电路形成通路，消耗过压储存的电磁能量，从而使过压的能量不会加到主开关器件上，保护了电力电子器件。

本次设计的电路要求输出电压为50V—80V，所以当输出电压设定时，一旦出现过电压，为了保护电路和器件，应立刻将电路断开，及关断IGBT的脉冲，使电路停止工作。因为芯片SG3525的引脚10端为外部关断信号输入端，所以可以利用SG3525的这个特点进行过压保护。当引脚10端输入的电压等于或超过8V时，芯片将立刻锁死，输出脉冲将立即断开。所以可以从输出电压中进行电压取样，并将取样电压通过比较器输入10端，从而实现电压保护。

如图6所示：取样电压的方法是在U。端串联两个电阻再通过在电阻中分得的电压连入比较器的正端，与连入负端的基准电压（5V）进行比较。正常状态下，取样电压小于基准电压，此时比较器输出的是负的最大值，芯片正常工作，当出现过电压是，取样电压高于基准电压，此时输出高电平15V，在通过电阻分压得到5V的高电平送入芯片的10端，使其锁死，IGBT脉冲断开，电路断开，从而对电路实现过压保护。

设计的过压保护电路图如图8所示：

图8 过压保护电路原理图

3.6.2过电流保护电路

当电力电子电路运行不正常或者发生故障时，可能会发生过电流。当器件击穿或短路、触发电路或控制电路发生故障、出现过载、直流侧短路、可逆传动系统产生环流或逆变失败，以及交流电源电压过高或过低、缺相等，均可引起过流。由于电力电子器件的电流过载能力相对较差，必须对变换器进行适当的过流保护。

本次设计要求具有过流保护功能，在电流达到6A时动作。因为前面说过，SG3525的引脚10端在输入一个高电平时具有自锁功能，所以仍然可以利用这个方法进行过流保护。主要思想是将过电流转化为过电压。具体的做法是在干路上串联一个很小的功率电阻，再在这个小电阻上并联一个大电阻，从而进行过电流与过电压的转化。将转化的电压连入比较器于一个基准电压(取0.6V)相比较，就是在基准5.1V经过电阻分压得到0.6V,再将输出经降压后得到5V后连入SG3525的10端。在正常状态下连入的电压小于基准电压，此时，输出一个负的最大值，芯片不会锁死，正常工作。而当过电流时，转化的电压高于基准电压，此时输出一个高电平，芯片的10端锁死，IGBT脉冲断开，电路断开，从而对电路实现过流保护。

设计的过流保护电路如图9所示：

图9 过电流保护原理电路图

3.6.3 IGBT 的保护

IGBT 如果不采取保护，它很容易损坏。一般认为IGBT 要原因有两种：一是IGBT 退出饱和区而进入了放大区，使得开关损耗增大；二是ＩＧＢＴ发生短路，产生很大的瞬态电流，从而使IGBT 损坏。下面是对IGBT 进行设计的保护电路。RC 串联电路可以对IGBT 进行过电压保护，而反向二极管可以对IGBT 进行过电流保护。在无缓冲电路的情况下，IGBT 开通时电流迅速上升，di/dt 很大；关断时du/dt 很大，并出现很大的过电压。在有缓冲电路的情况下；V 开通时C5通过R34向V 放电，使c i 先上一个台阶，以后因有i L ，c i 上升速度减慢；V 关断时负载电流通过VD 向C5分流，减轻了V 的负担，抑制了du/dt 和过电压。VD 和R34的作用是在V 关断时，给i L 提供释放储能的回路。如图11所示：

图11 IGBT 保护电路

3.7设计稳压直流电源15V 和直流电压100V

题目只给直流电压d U =100V ，而运算放大器和SG3525芯片需要15V 的工作电压。如图12所示，先用变压器将220V 降压为22V 的交流电，再经过桥式整流得到直流电压。通过滤波电容滤波后，用三端集成稳压器稳压成15V 的电压输出。其中变压器匝数比为220V/24V,电容C1=100uF 并且耐压50V ，三端集成稳压器型号为7815。选择二极管型号为IN4003。同时再将220V 通过变压器降压后，再通过桥式整流，再接滤 波电容滤波后，即可得到直流电压d U =100V 。

图12 稳压15V电路4 元器件清单

结束语

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，驱动电路模块，除了上述主要模块之外，还必须考虑电路中电力电子器件的保护，以及控制电路与主电路的电气隔离。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。但以 IGBT为功率器件的直流斩波电路在实际应用中需要注意以下问题:（1）系统损耗的问题；2）栅极电阻；（3）驱动电路实现过流过压保护的问题。此斩波电路中IGBT的驱动信号由集成脉宽调制控制器SG3525产生，由于它简单可靠及使用方便灵活，大大简化了脉宽调制器的设计及调试。

回顾起此次电力电子课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而

且培养了我的自学能力，特别是对PWM控制技术的学习。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中我发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。

参考文献

[1] 周克宁.电力电子技术.北京：机械工业出版社,2004

[2] 黄家善.电力电子技术.北京：机械工业出版社

[3] 王兆安、黄俊.电力电子技术.第四版。北京：机械工业出版社，2000

[4] 李宏.电力电子设备用器件与集成电路应用指南.（1~4册）北京：机械工业出版

社,2001

[5] 王维平.现代电力电子技术及应用.南京：东南大学出版社,1999

[6] 石玉等.电力电子应用技术题例与电路设计指导.北京：机械工业出版社

[7] 叶斌.电力电子应用技术及装置.北京：铁道出版社，1999

[8] 谢福、张礼.电力交流器电路.北京：机械工业出版社，2008.10

[9] 赵良炳.现代电力电子技术基础.北京:清华大学出版社,1995

[10] 丁道.电力电子技术.北京:航空工业出版社,1992

[11] 王水平.MOSFET/IGBT驱动集成电路及应用.邮电出版社，2009

[12] .Phillips，Signals, Systems, and Transforms(Third Edition)，机械工业出版社

[13] Walrand. Communication Networks —A First Course.机械工业出版社，1999

[14] Wh as L. Floyd，数字基础，科学出版社，2003.3

[15] C ales, Digital Image Processing. Second Edition.北京电子工业出版社，2002

致谢

通过这次课程设计，让我学到了很多，使我对书本上的知识掌握得更加牢固，同时也使我了解到同学之间的合作和老师对我的帮助对完成任务的重要性。在此，我十分感谢老师和同学在整个课设过程中给予我的帮助和鼓励，谢谢你们！

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