直流斩波器

第4章 直流-直流变换电路

直流-直流变换器是将一种直流电压变换成另一种符合负载要求的直流电压的电力电子装置。其工作原理是利用电力电子器件的高速的开关性能，将直流电首先变换成脉冲列，然后经滤波电路得到满足负载要求的直流电，所以又叫直流斩波器（Copper ）。

4.1直流斩波器的基本电路

直流斩波器的基本电路有降压型（Buck ）、升压型（Boost ）和升-降压型（Buck-Boost ）三种基本形式，但实际应用中对上述三种基本电路进行适当地改进和组合还会形为多种新的电路形式。在本章的分析中，对电路做以下假设：（1）忽略电路的漏电感、杂散电阻等参数；（2）认为电力电子开关器件和与之配合的二极管是理想的，即导通时压降为0、阻断时漏电流为0、开关过程瞬间完成；（3）滤波电路的电磁时间常数远大于电子开关的工作周期，认为负载电压在一个开关周期中为常数。

4.1.1 降压型（Back ）斩波电路

降压型斩波电路的主电路结构如图4-1所示，图中S 为电力电子开关，可用全控型电力电子器件来实现，也可用晶闸管加适当的换流电路来实现。电力电子开关按照一定的规律周期性地开通和关断，其工作周期为T ，开关接通的时间为T on ，关断的时间为T off ，

off on T T T += （4.1）

T on 与T 的比值为占空比D

T T D on =

（4.2）

图4-1 降压型斩波器主电路

VD 为续流二极管，与电子开关交替工作。L 为储能电感，C 为滤波电容，R 为负载电阻，E 为直流电源。根据假设电容C 和负载电阻R 构成的时间常数远大于电力电子开关的工作周期，负载电压U O 在一个工作周期中为常数。

在S 闭合期间，电源U 通过S 、L 向负载供电，续流二极管因承受反压而关断。二极管两端的电压u VD =U ，电感两端的电压u L =U-U O ，滤波电容被充电。电感电流i L 上升，根据基尔霍夫定律，回路电压方程为

O L U U dt

di L ?= （4.3） 设t =0时S 闭合，初始条件为i L （t =0）=I Lmin ，则（4.3）的解为

min L O L I t L

U U i +?= 到t =T on =DT 时S 关断，电路进入续流状态，由于电感的储能作用续流二极管VD 导通，为i L 提供回路，此时负载靠电容的放电和电感的能量释放获取电压，所以电感电流下降，此时的回路电压方程为

O L U dt

di L ?= （4.4） 设在S 闭合转为断开的瞬间（即t =DT ）电感电流为i L （t =DT ）=I Lmax ，则式（4.4）的解为

max )(L O L I DT t L

U i +??= 储能电感上的电流为三角波，在电路稳定工作状态时电感电流在开关闭合的瞬间从最小值开始线性上升，到开关断开的瞬间达到最大值，而后又从最大值开始线性下降到最小值。因此，在一个周期中电感电流的变化规律为

???+?+=)()1(max min max min max min DT t T D I I I t DT I I I i L L L L L L L T t DT DT t ≤<≤≤0 （4.5） 由式（4.3）、（4.4）可看出储能电感上的电压为矩形波，如图4-2所示。根据电感上无直流电压成分这一原则，波形的正面积与负面积应相等，即

T D U DT U U O O )1()(?=? （4.6）

由此可得出负载电压与电源电压的关系为

DU U O = （4.7）

因设定滤波电容的容量足够大，负载电阻的电流无交流成分，其数值为

R

U I O O =

（4.8） I O 也就是电感电流的平均值，即 2

min max L L O I I I += 由式（4.5）得出电感电流的峰-峰值I PP 为

DT D L

U I PP )1(?=

（4.9） I PP 随D 变化的曲线如图4-3。

图4-2 Buck 电路的波形 图4-3 I PP 与D 的关系

如果I PP 很大，在S 断开期间电感电流下降很快，在S 尚未再度开通时i L 已下降到0，此后的一段时间i L 保持0值，电路出现电流断续现象，对电路中各电量会有一定的影响，此时各电量的波形如图4-4所示。图中示出了二极管两端的电压，该电压经电路右侧的LC 滤波后为负载电压U O ，所以其平均值即为U O 。可见电流断续比电流连续时U O 有所增大。电感电流连续的临界值（平均值）I LB 为

DT D L

U I I PP LB )1(221?== （4.10） 在D =0.5时达到最大值，就是说在D =0.5时电流最容易断续。如果令电流断续时电感电流平均值（也就是负载电流平均值I O ）与I LB 的比值为k ，不难推出电流断续时负载电压与D 和k 的关系为

k

D D DU U O )1(?+= （4.11）

根据式（4.11）做出电流断续时负载电压与占空比的关系曲线如图4-5。

图4-4电流断续时各电量的波形图4-5电流断续时负载电压与占空比的关系

4.1.2 升压型（Boost）斩波电路

升压型斩波器的主电路如图2-6所示。可以看出，升压电路和降压电路的拓扑结构是相同的，只是两者S、L、VD的位置不同。

图4-6 Boost电路

S闭合时，电源、电感、S形成回路，S两端的电压为0，电源向电感输送电能，电感电流上升。由于S的闭合二极管VD两端的电压为－U O，VD阻断，C通过R形成放电回路，供给负载电压。S断开，切断了电感的充电回路，由于电感中的电流不能突变，电感、电源、二极管和负载形成回路。电感两端出现感应电压，方向左负右正，该电压与电源顺向串联与负载连接，使得电容两端的电压即负载电压高于电源电压，所以该电路叫做升压型斩波器。假设电容的容量足够大，在S断开电源和电感给电容充电时，电容电压的变化可忽略，而在S接通电容向负载放电时电容电压的变化也可忽略，这样电容两端的电压将保持在大于电源电压的数值上。电路工作时各电量的波形如图4-7所示。

仍设电子开关S闭合的时间为T on，电子开关断开的时间为T off。闭合时电感电压U L=U，S断开时U L=U－U O，U L的波形为矩形波。电感电压不可能出现直流成分，U L波形的正面

积与负面积应相等，即UT on =（U － U O ）T off 。或UDT =（U O － U ）（1－D ）T ，由此得出负载电压与电源电压的关系为

D

U U O ?=

1 （4.12） U O 与U 的关系曲线如图4-8。

图4-7 Boost 电路的波形

图4-8 Boost 电路U O 与D 的关系

如果电路处于稳定状态，开关闭合时电感电流i L 上升，开关断开时i L 下降，i L 的变化规律为

???+=t D L

U U I t L U I i O L L L )1(max min T t DT DT t ≤<≤≤0 （4.13） 注意到开关闭合前瞬间电流为I Lmin ，开关关断前瞬间电流为最大值I Lmax 。根据上式可得出电感电流i L 的峰-峰值为

L

DUT I I I L L PP =

?=min max （4.14） I Lmin =0时电流临界连续，临界电流I LB 为 L

DUT I I PP LB 221== （4.15） 在一个开关周期的不同时段，电感电流分别流过开关和二极管，在电感临界连续时二极管电流和开关电流的波形如图4-9所示。由电路结构可看出，二极管的电流平均值就是负载电流平均值，在临界连续时，二极管电流I VD 为一三角形，其平均值I OB 为三角形的面积除以开关周期T ，即

L

UT D D I OB 2)1(?= （4.16）

图4-9 电流临界连续时的电流波形

Boost 电路在电感储能不够大时也会出现电流断续的现象，有关电量的波形如图4-10所示。在T on 期间，S 闭合，开关两端电压u S =0，电感电压u L =U 。在T 1期间，电感电流衰减，二极管导通，u S =U O ，电感电压u L =U － U O 。在T 2期间，电感电流已衰减到零并保持零值，u S =0，u L =0。可计算出此时U O 与U 的关系为

U I D I D U OB

O O )/)1(1(?+= （4.17） 如果令k=I O /I OB ，做出电流断续时U O 与U 的关系曲线如图4-11。

图4-10 电流断续时的波形

图4-11 电流断续时U O 与U 的关系曲线

降压型斩波器主电路器件的参数选择可遵循以下原则：

（1）电力电子开关S 在VD 导通时S 承受的电压为U O ，U O 可作为选择电子开关电压参数的依据，在D 较大时U O 比电源电压大得多。电子开关的最大电流瞬时值为I Lmax ，由波形图可看出

PP O L I I I 2

1max += （4.18） I PP 由式（4.15）得出，I PP 与电路参数有关，I O 由负载电压和电阻决定。

（2）二极管VD 在S 导通时VD 承受的电压为U O ，所以U O 也是选择二极管电压参数的依据。二极管的最大电流瞬时值也为I Lmax ，式（4.15）也是选择二极管电流参数的依据。

（3）电感L 可以从两个方面选择电感。其一，把最小连续电流平均值作为选择电感的依据，由式（4.15）可看出，如果要求临界连续电流为I LB ，电感必须满足

LB

I DUT L 2≥ （4.19） 还可从限制电流波动的角度选择电感值，电流的波动由电流的峰-峰值来衡量，根据式（4.14），如果要求电流的波动值不大于I PP ，电感应满足

PP

I DUT L ≥ （4.20） （4）电容C 电容的大小决定负载电压的波动程度，因此负载的电压波动作为选择电容的依据。在S 导通期间，负载靠电容放电在维持电流，设在整个S 导通期间（持续时间为DT ）电容电压亦即负载电压下降了ΔU ，并假设负载电流I O 在此期间恒定，则

DT I C

U O 1=? 根据上式可确定电容的数值，ΔU 与I O 和D 均有关，考虑在最严重的情况下仍能保证电压的波动符合要求，电容的容量应满足

U

T D I C O ?≥max max （4.21） 4.1.3 升-降压型（Buck-Boost ）斩波电路

升-降压型（Buck-Boost ）斩波电路主电路图如图4-12所示。在与升压和降压电路相同的拓扑结构上S 、L 、VD 的位置又发生了变化。仍定义开关S 的工作周期为T ，S 闭合的时间为T on ，S 断开的时间为T off 。在S 闭合期间，电源通过开关与电感形成回路，电感电流上升，在图4-12中该电流的方向是顺时针的。此时二极管承受反压阻断，负载电流由电容放电提供。S 断开时，由于电感电流不能突变，电流通过负载和二极管形成回路，向电容充电和供给负载以电能，在图4-12中，电流的方向是反时针的。由此可看出电容电压的极性上负下正。因此该电路又叫做极性反转型斩波器。电感电压和电流的波形如图4-13所示。

图4-12 升-降压型斩波器主电路

图4-13 升-降压型斩波器波形

电感电压不可能有直流成分，即u L 波形的正负面积相等

T D U UDT O )1(?=

负载电压与电源电压的关系为

U D

D U O ?=1 （4.22） 负载电压与电源电压的关系曲线如图4-14所示。

图4-14负载电压与电源电压的关系曲线

由图4-14可看出，当D <0.5时，负载电压小于电源电压；D >0.5时负载电压大于电源电压。既可升压又可降压。

升降压型斩波器在电感储能不够大时也会出现电流断续的现象，其分析方法和对电路造成的影响与降压型电路相似，不再赘述。

由上面对Boost 和Buck-Boost 电路的分析可知，在D 接近1时负载电压趋于无穷大，

但实际上这是不可能的。导致上述结论的原因是在分析中忽略了回路中的电阻。实际上在输出电压较大时回路电阻是不能忽视的，尽管这个电阻可能很小。下面以降压型斩波器为例对含有回路电阻的电路进行分析。将回路电阻表示为R 1，如图4-15所示。

图4-15 含有电阻的Boost 电路

将回路总的杂散电阻等效为R 1，其它参数不变。当S 闭合时回路电压方程为

on pp L L T I L R i U dt

di L ≈?=1 （4.23） S 闭合时回路电压方程为

off

pp o L L T I L U R i U dt di L ?≈??=1 （4.24） 由此可得

)()(11R i U T U R i U T L on o L off ?=??? （4.25）

假设i L 波动很小，在整个开关过程期间i L =I L ，可得出

D

R I U U L O ??=11 （4.26） I L 是电感电流的平均值，也是电源电流的平均值，负载电流的平均值为I O =U O /R ，一般情况下杂散电阻R 1上消耗的能量比负载消耗的能量要小得多，如果忽略R 1上消耗的能量，根据能量守恒的原则，电源输出功率与负载消耗的功率相等，即

O O L I U UI =

由此得出

R

D U I O L )1(?= （4.27） 将式（4.27）代入式（4.26）并整理可得出U O 与U 的关系为

R

R D D U O /)1(112+??= （4.28） 根据式（4.28）做出U O 与U 的关系曲线如图4-16。图中K=R 1/R ，表示杂散电阻相对于负载电阻的大小。可见K 越大对电路的输出性能的影响越严重。

图4-16 U O 与U 的关系曲线

4.1.4 丘克（Cuk ）电路

丘克电路如图4-17所示。电源端和负载端分别串接了电感L 1和L 2，电感量很大，使得电源电流i L1和负载电流i L2为恒定值，在以下的讨论中将电源和负载都看成具有恒流特性i L1=I i ；i L2=I O 。。该电路的储能元件为电容C ，它的作用相当于Buck-Boost 电路中的储能电感。

图4-17 丘克电路

在0

t I C

U u O C 1max ?= （4.29） 在DT

)(1min DT t I C

U u i C ?+= （4.30） 负载电流通过二极管形成回路。电容电流i C =-I i 。二极管电流为负载电流和电源电流之和。各主要电量的波形如图4-18。

图4-18 丘克电路的波形

电容电流为矩形波，0

i O I D

D I ?=1 （4.31） 如果电路无损耗，输入功率等于输出功率，U O I O =UI i 。则输入电压和输出电压的关系为 U D D U O ?=

1 （4.32） 可见丘克电路与Buck-Boost 电路输入电压和输出电压的关系是相同的，丘克电路在电源和负载端都加了大电感，保证了电源电流和负载电流无波动。

电力电子技术报告(5) ,实验五 直流斩波电路

实验五直流斩波电路(设计性)的性能研究 一．实验目的 熟悉三种斩波电路（buck chopper 、boost chopper 、buck-boost chopper)的工作原理，掌握这三种斩波电路的工作状态及波形情况。 二．实验设备及仪器 1 电力电子教学试验台主控制屏 2 MMCL-22组件 3 示波器 4 万用表 三．实验方法 按照面板上各种斩波器的电路图，取用相应的元件，搭成相应的斩波电路即可. 1. SG3525性能测试 先按下开关s1 （1）锯齿波周期与幅值测量(分开关s2、s3、s4合上与断开多种情况）。测量“1”端。记录不同频率时锯齿波的周期及幅值。 （2）输出最大与最小占空比测量。测量“2”端。 2．buck chopper (1)连接电路。 将UPW(脉宽调制器)的输出端2端接到斩波电路中IGBT管VT的G端, 4端接到斩波电路中IGBT管VT的E端。分别将斩波电路的1与3，4与12，12与5，6与14，15与13，13与2相连，照面板上的电路图接成buck chopper斩波器。 (2)观察负载电压波形。 经检查电路无误后,按下开关s1、s8，用示波器观察VD1两端12、13孔之间电压，调节upw的电位器rp，即改变触发脉冲的占空比，观察负载电压的变化，并记录电压波形 (3)观察负载电流波形。 用示波器观察并记录负载电阻R4两端波形 (4)改变脉冲信号周期。 在S2、S3、S4合上与断开多种情况下,重复步骤(2)、(3) (5)改变电阻、电感参数。 可将几个电感串联或并联以达到改变电感值的目的，也可改变电阻，观察并记录改变电路参数后的负载电压波形与电流波形，并分析电路工作状态。 3．boost chopper 将UPW(脉宽调制器)的输出端2端接到斩波电路中IGBT管VT的G端, 4端接到斩波电路中IGBT管VT的E端。 （1）照图接成boost chopper电路。 电感和电容任选,负载电阻r选r4或r6。 实验步骤同buck chopper。 4．buck-boost chopper

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

直流斩波器工作原理

直流斩波器工作原理 直流斩波器(D.C. Chopper)又称为截波器，它是将电压值固定的直流电，转换为电压值可变的直流电源装置，是一种直流对直流的转换器(DC to DC Converter)已被被广泛使用，如直流电机之速度控制、交换式电源供应器(Switching-Power-Supply)等。 二.基本原理 直流斩波器乃利用功率组件对固定电压之电源做适当之切割以达成负载端电压改变之目的。若其输出电压较输入之电源电压低，则称为降压式(Buck )直流斩波器，若其输出电压较输入之电源电压高，则称为升压式(Boost)直流斩波器；如图1(a)所示为直流斩波器基本电路图，图1(b)所示为负载电压波形，可看出当直流斩波器导通(Ton)时，负载端之电压Vo等于电源电压Vs，当直流斩波器截止(Toff)时，负载端之电压Vo为0，如此适当的控制直流斩波器可使直流电源断续的出现在负载测，只要控制直流斩波器的导通时间，即 图1.1直流斩波器基本原理 可改变负载的平均电压。 由图1.1(b)可看出输出电压之峰值等于电源电压Vs，而输出电压之平均值Vo 随Ton之时间而变。而最常见之改变方式为 1.周期T固定，导通时间Ton改变，称脉波宽度调变(Pulse-width Modulation PWM)。 2.导通时间Ton固定，周期T改变，称频率调变(Frequency Modulation FM)。

3.周期T及导通时间Ton 同时改变，即波宽调变及频率调变混合使用。 在实际应用中，因直流斩波器常需在负载端接上滤波电感及滤波电容，若频率改变过大对电感及电容影响大，因此 多数采用脉波宽度调变。 直流斩波器依负载电压及负载电流极性来区分可分为下列三种︰ 1. 单象限直流斩波器。 2. 两象限直流斩波器。 3. 四象限直流斩波器。 如图1.2(a)所示为单象限直流斩波器示意图，其负载电压及负载电流皆为正；如图1.2(b)所示负载电压为正，负载电流有正有负称两象限直流斩波器；若负载电压有正有负，负载电流亦有正有负，称四象限直流斩波器如图1.2(c)所示。本系统可依接线方式改变，达成上述三种直流斩波器。

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 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

PWM直流斩波电路分析及测试

实验四 PWM直流斩波电路分析及测试 一．实验目的 1．掌握Buck—Boost变换器的工作原理、特点与电路组成。 2．熟悉Buck—Boost变换器连续与不连续工作模式的工作波形图。 3．掌握Buck—Boost变换器的调试方法。 二．实验内容 1．连接实验线路，构成一个实用的Buck—Boost变换器。 2．调节占空比，测出电感电流i L处于连续与不连续临界状态时的占空比D，并与理论值相比较。3．将电感L增大一倍，测出i L处于连续与不连续临界状态时的占空比D，并与理论值相比较。4．测出连续与不连续工作状态时的V be、V ce、V D、V L、i L、i C、i D等波形。 5．测出直流电压增益M=V O/V S与占空比D的函数关系。 6．测试输入、输出滤波环节分别对输入电流i S与输出电流i O影响。 三．实验线路 四．实验设备和仪器 1．MCL-08直流斩波及开关电源实验挂箱 2．万用表

3. 双踪示波器 五．实验方法 1．检查PWM 信号发生器与驱动电路工作是否正常 连接有关线路，观察信号发生器输出与驱动电路的输出波形是否正常，如有异常现象，则先设法排除故障。 2．电感L=1.48mH ，电感电流i L 处于连续与不连续临界状态时的占空比D 测试 将“16”与“18”、“21”与“4”、“22”与“5”、“19”与“6”、“1”与“4”、“9”与“12”相连，即按照以下表格连线。 16 18 21 4 22 5 19 6 1 4 9 12 合上开关S1与S2、S3、S4，用示波器观察“7”与“13”（即i L ）之间波形，然后调节RP1使i L 处于连续与 不连续的临界状态，记录这时候的占空比D 与工作周期T 。 3．L=1.48mH ，测出处于连续与不连续临界工作状态时的V be (“5”～“6”)、V ce (“4”～“6”)、V D (“9”～“8”)、i L (“7”～“13”)、i C (“6”～“7”)、i D (“8”～“7”)等波形 调节RP1，使i L 处于连续与不连续临界工作状态，用示波器测出GTR 基-射极电压V be 与集-射极电压V ce ；二极管VD 阴极与阳极之间电压V D ；电感L 3两端电压V L ；电感电流i L ；三极管集电极电流i C 以及二极管电流i D 等波形。 4．L=1.48mH,测出连续工作状态时的V be 、V ce 、V D 、i L 、i C 、i D 等波形 调节RP1左旋到底，使i L 处于连续工作状态，用双踪示波器观察上述波形。 5．L=1.48mH,测出不连续工作状态时的V be 、V ce 、V D 、i L 、i C 、i D 等波形 调节RP1右旋到底，使i L 处于不连续工作状态，用双踪示波器观察上述波形。 6．L=3.07mH ，i L 处于连续与不连续临界状态时的占空比D 测试 将开关S2断开，观察i L 波形，调节RP1，使i L 处于连续与不连续的临界状态，记录这时候的占空比D 与工作周期T 。 7．L=3.07mH ，测出连续工作状态时的V be 、V ce 、V D 、i L 、i C 、i D 等波形 调节RP1，使i L 处于连续工作状态，测试方法同前。 8．L=3.07mH ，测出不连续工作状态时的V be 、V ce 、V D 、i L 、i C 、i D 等波形 9．测出M=V O /V S 与占空比D 的函数关系 （1）L=1.48mH ，占空比D 从最小到最大范围内，测试5～6个D 数据，以及与此对应的输出电压V O 。(占空比D 用示波器观察, V O 、V S 用万用表测量，V s (V cc ～“14”)、V o (“12”～“15”)【红色为临界时的数值】 （2）L=3.07mH ，测试方法同上。 10．输入滤波器功能测试(断开电源S 1 开关再接线) 有与没有输入滤波器时，电源电流（即15～14两端）波形测试(用示波器AC 档观察)。 D 0.18 0.34 0.41 0.53 0.60 0.68 0.71 0.75 0.83 Vo （V ） -8.32 -15.43 -18.82 -22.26 -25.24 -29.06 -29.91 -33.45 -33.50 M=Vo/Vs -0.555 -1.029 -1.255 -1.484 -1.683 -1.937 -1.994 -2.230 -2.300 D 0.16 0.23 0.37 0.45 0.50 0.60 0.68 0.75 0.83 Vo （V ） -6.15 -9.18 -12.58 -14.83 -16.84 -19.19 -26.96 -31.16 -33.84 M=Vo/Vs -0.410 -0.612 -0.839 -0.989 -1.123 -1.279 -1.797 -2.077 -2.256

直流斩波电路设计

电力电子课程设计直流斩波电路的设计 系、部：电气与信息工程学院学生姓名：刘宗泉 指导教师：肖文英职称副教授专业：自动化 班级： 1102 班 完成时间： 2014年5月28日

摘要

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。习惯上，DC-DC变换器包括以上两种情况。 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。 利用不同的基本斩波电路进行组合，可构成复合斩波电路，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。 直流斩波电路广泛应用于直流传动和开关电源领域，是电力电子领域的热点。全控型器件绝缘栅双极晶体管（Insulated-Gate Bipolar,IGBT）综合了电力晶体管（Giant Transistor,GTR）和电力场效应管（Power Field Effect,MOSFET）的优点，具有良好的特性。目前已取代了原来GTR和一部分电力MOSFET的市场，应用领域迅速扩展，成为中小功率电力电子设备的主导器件。 本课程设计使用全控型器件IGBT做降压斩波电路控制器件；SG3525作为控制芯片，EXB841作为驱动芯片讨论降压斩波主电路、控制电路、驱动电路和保护电路的原理与设计。 关键词：IGBT；降压斩波电路；SG3525；EXB841

实验四·直流斩波电路BUCK电路

实验四直流降压斩波电路 一实验目的 1.理解降压斩波电路的工作原理及波形情况，掌握该电路的工作状态及结果。 2.研究直流降压斩波电路的全过程 3.掌握降压斩波电路MATLAB的仿真方法，会设置各模块的参数。 二预习内容要点 1. 降压斩波电路工作的原理及波形 2. 输入值输出值之间的关系 三实验内容及步骤 1.降压斩波电路(Buck Chopper)的原理图如图 2.1所示。 图中V为全控型器件，选用IGBT。D为续流二极管。由图4-12b中V的栅极电压波形UGE可知，当V处于通态时，电源Ui向负载供电，UD=Ui。当V处于断态时，负载电流经二极管D续流，电压UD近似为零，至一个周期T结束，再驱动V导通，重复上一周期的过程。负载电压的平均值为: 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，简称占空比或导通比(α=ton/T)。由此可知，输出到负载的电压平均值UO最大为Ui，若减小占空比α，则UO随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。 图2.1

2.（1）器件的查找 以下器件均是在MATLAB R2017b环境下查找的，其他版本类似。有些常用的器件比如示波器、脉冲信号等可以在库下的Sinks、Sources中查找；其他一些器件可以搜索查找 （2）连接说明 有时查找出来的器件属性并不是我们想要的例如：示波器可以双击示波器进入属性后进行设置。 （3）参数设置 1.双击直流电源把电压设置为200V。负载电动势20V。’ 2.双击脉冲把周期设为0.001s，占空比设为30％，40%，80%，（可多设几组）延迟角设为30度，由于属性里的单位为秒，故把其转换为秒即，30×0.02/360； 3.双击负载把电阻设为10Ω，电感设为0.1H； 4.双击示波器把Number of axes设为3，同时把History选项卡下的Limit data points to last前面的对勾去掉； 5.晶闸管和二极管参数保持默认即可 四仿真及其结果

直流斩波器

第4章 直流-直流变换电路 直流-直流变换器是将一种直流电压变换成另一种符合负载要求的直流电压的电力电子装置。其工作原理是利用电力电子器件的高速的开关性能，将直流电首先变换成脉冲列，然后经滤波电路得到满足负载要求的直流电，所以又叫直流斩波器（Copper ）。 4.1直流斩波器的基本电路 直流斩波器的基本电路有降压型（Buck ）、升压型（Boost ）和升-降压型（Buck-Boost ）三种基本形式，但实际应用中对上述三种基本电路进行适当地改进和组合还会形为多种新的电路形式。在本章的分析中，对电路做以下假设：（1）忽略电路的漏电感、杂散电阻等参数；（2）认为电力电子开关器件和与之配合的二极管是理想的，即导通时压降为0、阻断时漏电流为0、开关过程瞬间完成；（3）滤波电路的电磁时间常数远大于电子开关的工作周期，认为负载电压在一个开关周期中为常数。 4.1.1 降压型（Back ）斩波电路 降压型斩波电路的主电路结构如图4-1所示，图中S 为电力电子开关，可用全控型电力电子器件来实现，也可用晶闸管加适当的换流电路来实现。电力电子开关按照一定的规律周期性地开通和关断，其工作周期为T ，开关接通的时间为T on ，关断的时间为T off ， off on T T T += （4.1） T on 与T 的比值为占空比D T T D on = （4.2） 图4-1 降压型斩波器主电路

VD 为续流二极管，与电子开关交替工作。L 为储能电感，C 为滤波电容，R 为负载电阻，E 为直流电源。根据假设电容C 和负载电阻R 构成的时间常数远大于电力电子开关的工作周期，负载电压U O 在一个工作周期中为常数。 在S 闭合期间，电源U 通过S 、L 向负载供电，续流二极管因承受反压而关断。二极管两端的电压u VD =U ，电感两端的电压u L =U-U O ，滤波电容被充电。电感电流i L 上升，根据基尔霍夫定律，回路电压方程为 O L U U dt di L ?= （4.3） 设t =0时S 闭合，初始条件为i L （t =0）=I Lmin ，则（4.3）的解为 min L O L I t L U U i +?= 到t =T on =DT 时S 关断，电路进入续流状态，由于电感的储能作用续流二极管VD 导通，为i L 提供回路，此时负载靠电容的放电和电感的能量释放获取电压，所以电感电流下降，此时的回路电压方程为 O L U dt di L ?= （4.4） 设在S 闭合转为断开的瞬间（即t =DT ）电感电流为i L （t =DT ）=I Lmax ，则式（4.4）的解为 max )(L O L I DT t L U i +??= 储能电感上的电流为三角波，在电路稳定工作状态时电感电流在开关闭合的瞬间从最小值开始线性上升，到开关断开的瞬间达到最大值，而后又从最大值开始线性下降到最小值。因此，在一个周期中电感电流的变化规律为 ???+?+=)()1(max min max min max min DT t T D I I I t DT I I I i L L L L L L L T t DT DT t ≤<≤≤0 （4.5） 由式（4.3）、（4.4）可看出储能电感上的电压为矩形波，如图4-2所示。根据电感上无直流电压成分这一原则，波形的正面积与负面积应相等，即 T D U DT U U O O )1()(?=? （4.6） 由此可得出负载电压与电源电压的关系为

直流斩波电路原理实验报告

实验报告 课程名称：控制系统数字仿真与CAD 实验名称：直流斩波电路原理实验专业：电力牵引与拖动 班级：电牵一班 时间： 2017.5.09 指导教师：叶满园

直流斩波电路性能研究 1.实验目的和要求 (1)加深理解斩波器电路的工作原理。 (2)掌握斩波器主电路、触发电路的调试步骤和方法。 (3)熟悉斩波器电路各点的电压波形。 2.实验原理 本实验采用脉宽可调的晶闸管斩波器，主电路见下页。其中VT1为主晶闸管，VT2为辅助晶闸管,C和L1构成振荡电路,它们与VD2、VD1、L2组成VT1的换流关断电路。当接通电源时，C经L1、VD1、L2及负载充电至+Ud0，此时VT1、VT2均不导通，当主脉冲到来时，VT1导通，电源电压将通过该晶闸管加到负载上。当辅助脉冲到来时，VT2导通，C通过VT2、L1放电，然后反向充电，其电容的极性从+Ud0变为-Ud0，当充电电流下降到零时，VT2自行关断，此时VT1继续导通。VT2关断后，电容C通过VD1及VT1反向放电，流过VT1的电流开始减小，当流过VT1的反向放电电流与负载电流相同的时候，VT1关断；此时，电容C继续通过VD1、L2、VD2放电，然后经L1、VD1、L2及负载充电至+Ud0，电源停止输出电流，等待下一个周期的触发脉冲到来。VD3为续流二极管，为反电势负载提供放电回路。 斩波主电路原理图 从以上斩波器工作过程可知，控制VT2脉冲出现的时刻即可调节输出电压的脉宽,从而可达到调节输出直流电压的目的。VT1、VT2的触发脉冲间隔由触发电路确定。

实验接线如下图所示，电阻R用D42三相可调电阻，用其中一个900Ω的电阻；励磁电源和直流电压、电流表均在控制屏上。 直流斩波器实验线路图 3.主要仪器设备 4.实验内容及步骤 实验内容： (1)直流斩波器触发电路调试。 (2)直流斩波器接电阻性负载。 实验步骤： (1)斩波器触发电路调试 调节DJK05面板上的电位器RP1、RP2，RP1调节锯齿波的上下电平位置，而RP2为调节锯齿波的频率。先调节RP2，将频率调节到200Hz～300Hz之间，然后在保证三角波不失真的情况下，调节RP1为三角波提供一个偏置电压（接近电源电压），使斩波主电路工作的时候有一定的起始直流电压，供晶闸管一定的维持电流，保证系统能可靠工作，将DJK06上的给定接入，观察触发电路的第二点波形，增加给定，使占空比从0.3调到0.9。

直流斩波电路工作原理

直流斩波电路工作原理及输出输入关系 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 αβ -==1110

升降压斩波电路 (buck -boost Chopper) 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 00)(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）

实验五 直流斩波电路的性能研究(六种典型线路)

实验五 直流斩波电路的性能研究（六种典型线路） 一、实验目的 (1)熟悉直流斩波电路的工作原理。 (2)熟悉各种直流斩波电路的组成及其工作特点。 (3)了解PWM 控制与驱动电路的原理及其常用的集成芯片。 二、实验所需挂件及附件 DJK01电源控制屏、DJK09单相调压与可调负载、DJK20直流斩波电路、D42三相可调电阻、双踪示波器（慢扫描）、万用表。 三、实验线路及其原理 1、主电路 (1)降压斩波电路(Buck Chopper) 降压斩波电路(Buck Chopper)的原理图及工作波形如图1所示。图中V 为全控型器件，选用IGBT 。D 为续流二极管。图1(a)中的V 的栅极电压波形U GE 可知，当V 处于通态时，电源U i 向负载供电，U D =U i 。当V 处于断态时，负载电流经过二极管D 续流，电压U D 近似为零，至一个周期T 结束，再驱动V 导通，重复上一周期的过程。负载电压的平均值为： i i on i off on on o aU U T t U t t t U ==+= 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，a 为导通占空比，简称占空比或导通比（a =t on /T ）。由此可知，输出到负载的电压平均值U o 最大为U i ，若减小占空比a ，则U o 随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。 图1 降压斩波电路的原理图及波形 (2)升压斩波电路(Boost Chopper) 升压斩波电路的(Boost Chopper)原理图及工作波形如图2所示。电路也使用一个全控型的器件V 。由图2(b)中V 的栅极电压波形U GE 可知，当V 处于通态时，电源U i 向电感L 1充电，充电电流基本恒定为I 1，同时电容C 1上的电压向负载供电，因C 1值很大，基本保持输出电压U o 为恒定值。设V 处于通态的时间

直流斩波器

总述 直流斩波器广泛应用于生产、生活等实际情况当中，从中国大面积，多人口，低技术，少能源等国情出发，大力发展直流电技术，结合电力电子技术，这对改善我国科技现状水平，提高经济效益将起着重要作用。 电力投资的持续增长，因此直流斩波器在电力电子行业有着巨大的发展潜力，它的传统领域和新领域节前景非常广阔。 直流斩波器（DC Chopper）是一种把恒定直流电压变换成为另一固定电压或可调电压的直流电压，从而满足负载所需的直流电压的变流装置。也称为直接直流-直流变换器（DC/DC Converter）。它通过周期性地快速通、断，把恒定直流电压斩成一系列的脉冲电压，而改变这一脉冲列的脉冲宽度或频率就可实现输出电压平均值的调节。直流斩波器除可调节直流电压的大小外，还可以用来调节电阻的大小和磁场的大小。直流传动、开关电源是斩波电路应用的两个重要领域，前者是斩波电路应用的传统领域后者则是斩波电路应用的新领域。直流斩波器的种类较多，包括6种基本斩波器：降压斩波器（Buck Chopper）、升压斩波器（Boost Chopper）、升降压斩波器(Boost-Buck Chopper)、Cuk斩波器、Sepic斩波器和Zeta斩波器，前两种是最基本的类型。本设计为直流降压斩波器的设计。

设计总体思路、基本原理及其框图降压斩波电路的设计思想是将电网供电压为三相的交流电变为输出电压U0在50-200V之间可调的电压。其中用控制电路来实现IGBT管的通断，调节PWM波的输出来改变控制角ɑ，从而调节占空比的大小，进而来调节输出电压的大小。控制电路采用集成芯片SG3525来设计。SG3525集成芯片包含了保护电路，驱动电路，只需要将斩波主电路和同步信号产生电路加入其中即可。 另外，采用IGBT作为控制开关，其速度相当高，开关损耗小，在电压1000V以上，IGBT的开关损耗只有GTR的十分之一，与电力MOSFET相当。在相同的电压和电流的情况下，IGBT的安全电压较大，而且具有耐压脉冲。IGBT的通态压降比MOSFET要小，特别是在电流较大的区域。IGBT输入的阻抗高。 总体框图如下：

直流斩波器PWM控制方式

V直流斩波器(D.C. Chopper)又称为截波器，它是将电压值固定的直流电，转换为电压值可变的直流电源装置，是一种直流对直流的转换器(DC to DC Converter)已被广泛使用，如直流电机之速度控制、交换式电源供应器(Switching-Power-Supply)等。 直流斩波是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为DC/DC变换。 斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式，Ts（周期）不变，改变Ton（通用，Ton为开关每次接通的时间），二是频率调制方式，Ton不变，改变Ts（易产生干扰）。 其具体的电路由以下几类： 1、Buck电路：降压斩波器，其输出平均电压Uo小于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相同。 2、Boost电路：升压斩波器，其输出平均电压Uo大于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相同 3、Buck-Boost电路：降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相反，电感传输。 4、Cuk电路：降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相反，电容传输。 用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源)，同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

当今软开关技术使得DC/DC发生了质的飞跃，美国VICOR公司设计制造的多种ECI软开关DC/DC变换器，其最大输出功率有300W、600W、800W等，相应的功率密度为(6、2、10、17)W/cm^3，效率为(80-90)%。日本NemicLambda公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列，其开关频率为(200-300)kHz，功率密度已达到27W/cm^3，采用同步整流器(MOS-FET代替肖特基二极管)，是整个电路效率提高到90%。 直流斩波器又称直流调压器，是利用开关器件来实现通断控制，将直流电源电压断续加到负载上，通过通断时间的变化来改变负载上的直流电压平均值，将固定电压的直流电源变成平均值可调的直流电源，亦称直流－直流变换器[2]。它具有效率高、体积小、重量轻、成本低等优点，现广泛应用于地铁、电力机车、城市无轨电车以及电瓶搬运车等电力牵引设备的变速拖动中。 直流斩波器的输出电压平均值可以通过改变占空比，即通过改变开关器件导通或关断时间来调节，常用的改变输出平均电压的调制方法有以下三种： (1)脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)。开关器件的通断周期T保持不变，只改变器件每次导通的时间，也就是脉冲周期不变，只改变脉冲的宽度，即定频调宽。 (2)脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation，简称PFW)。开关器件每次导通的时间不变，只改变通断周期T或开关频率，也就是只改变开关的关断时间，即定宽调频，称为调频。

直流斩波器方案

直流斩波器方案报告 概述 1.1任务来源 本任务是根据某系统综合设计要求，研制直流斩波器。 1.2产品功能、用途、组成 该直流斩波器是将输入的440VDC-710VDC直流电转换为电压230V(175-320V)，额定电流150A(峰值电流215A)的直流电,再经输出滤波后为设备供电。 主要技术指标要求 1.3输入 1.3.1输入要求 电压：440VDC-710VDC额定：610VDC 1.3.2接插件刻字 a.电源壳体表面不应有明显的凹痕、划伤、变形和污染。表面涂层应均匀、无凝结、脱落及磨损。金属零、部件不应有锈蚀和机械损伤。电源表面各项标识应简明、规范、清晰、牢固； b.插在引线端附近刻上输入、输出标识，用红漆标注； 1.4输出特性 1）电源端输出电压额定：230VDC； 2）输出电压范围:175-320VDC 3）额定输出电流：150A(峰值电流215A)； 4）效率大于等于95％；

5）负载稳定度：≤1%； 6）冷却方式：自然风冷； 7）MTBF:≥5000h； 8）保护功能：电源模块应具有输入过压、欠压保护功能，输出过压保护功能，有过流保护功能，过热保护功能； 9）电磁兼容：要求设计和试验； 10）隔离要求：输入，输出可以隔离也可以不隔离； 11）散热要求：自然风冷散热； 1.5环境适应要求 工作环境：0℃～+50℃； 存储温度：-25℃～+85℃； 相对湿度：不大于90%（+25℃）。 1.6可靠性要求 a.存储寿命：10年（含生产周期2年）； b.通电寿命：不小于10000h； c．一次连续通电时间：不小于10h。 1.7结构要求 长×宽×高≤430*620*550mm。重量<135KG。 直流斩波器采用铝合金和不锈钢金属外壳，功率散热器件贴有金属外壳内表面，通过铝合金金属外壳自然散热。金属外壳外表面表面做氧化处理，不应带有尖角，注意人身安全。 电源上的各个插座位置应保证电缆方便正常插拔，有电压、电流数码显示，电压调节旋钮，外部模拟电压（0-5V）调节接口(175-320V)。 1.8元器件使用要求 对所使用的元器件，原材料必须百分之百进行入厂复验，为了保证产品的质量，对不能进行二次筛选和测试的器件采用随同部组件、分机、随机逐级进行考核和筛选。未完成上述规定要求的元器件、原材料不得装机使用。同时，需对元

直流斩波电路的仿真分析与实现

天津理工大学 自动化学院课程设计报告题目：直流斩波电路的仿真分析与实现 学生姓名学号 届2011级班级电气3班 指导教师杜明星专业电气工程及其自动化

说明 1. 课程设计文本材料包括设计报告、任务书、指导书三部分，其中 任务书、指导书由教师完成。按设计报告、任务书、指导书顺序装订成册。 2. 学生根据指导教师下达的任务书、指导书完成课程设计工作。 3. 设计报告内容建议主要包括：设计概述、设计原理、设计方案分析、软硬件具体设计、调试分析、总结以及参考资料等内容。 4. 设计报告字数应在3000-4000字，图纸设计应采用电子绘图。文 字规范，正文采用宋体、小四号，1.25倍行距。 5.课程设计成绩由平时表现（30%）、设计报告（40%）和答辩成绩（30%） 组成。 课程设计评语及成绩汇总表 成绩平时成绩报告成绩答辩成绩 总评成绩 课程设计 评语

课程设计任务书、指导书 课程设计题目：直流斩波电路的仿真分析与实现 Ⅰ.课程设计任务书 一、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作量）1．课程设计的内容 完成Buck电路与Boost电路的仿真分析与设计。 2．课程设计的要求 1）技术参数：（BUCK电路）输入直流电压为42V，输出直流电压为12V，输出电流为3A，最大输出纹波电压为50mV，工作频率f ＝100Hz。（BOOST电路）输入直流电压为24V，输出直流电压为54V，输出电流为10A，最大输出纹波电压为200mV，工作频率f＝100Hz。 2）主功率器件采用MOSFET管，计算并选择主电路的元器件，给出清单； 3）设计MOSFET的驱动电路及控制电路； 4）绘制总的电路原理图； 5）要求负载为具有反电动势的阻感负载； 6）改变功率开关器件的导通占空比，得出正确的斩波波形（要求至少取3组数据，且数据具有广泛的代表性）； 7）通过分析仿真波形，总结仿真波形与教材理论波形的区别与联系；8）改变负载中R和L值，要求至少取三组以上数值，并分别仿真得

西安交通大学-电力电子技术-第五版-王兆安-第3章-直流斩波电路

第3章直流斩波电路 3.1基本斩波电路 3.2复合斩波电路和多相多重斩波电路 本章小结

第3章直流斩波电路·引言 直流斩波电路（DC Chopper） 将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。 也称为直流--直流变换器（DC/DC Converter）。 一般指直接将直流电变为另一直流电，不包括直 流—交流—直流。 电路种类 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。 复合斩波电路——不同结构基本斩波电路组合。 多相多重斩波电路——相同结构基本斩波电路组合。

3.1基本斩波电路 3.1.1降压斩波电路 3.1.2升压斩波电路 3.1.3升降压斩波电路和Cuk斩波电路3.1.4Sepic斩波电路和Zeta斩波电路

电路结构 全控型器件若为晶闸管，须有辅助关断电路。 续流二极管 负载出现的反电动势 典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载。 降压斩波电路（Buck Chopper)

工作原理 c)电流断续时的波形 E V + -M R L VD i o E M u o i G t t t O O O b)电流连续时的波形 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 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 a) 电路图 图3-1降压斩波电路得原理图及波形 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。t =t 1时控制V 关断，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。通常串接较大电感L 使负载电流连续且脉动小。动画演示。

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

实验五 直流斩波电路实验报告

实验报告 课程名称电力电子技术实验报告 实验名称实验五直流斩波电路（设计性）的性能研究 班级电气4班姓名李晓英梁琦季中元 实验日期实验地点光电实验室 评定成绩评阅教师 --------- -----实验报告要目----- --------- 1实验目的要求 2 实验仪器、设备 3 实验线路、原理框图 4 实验方法步骤 5 实验的原始数据和分析 6 实验讨论

实验五 直流斩波电路(设计性)的性能研究 一．实验目的 熟悉六种斩波电路（buck chopper 、boost chopper 、buck-boost chopper 、 cuk chopper 、 sepic chopper 、 zeta chopper)的工作原理，掌握这六种斩波电路的工作状态及波形情况。 二．实验内容 1．SG3525芯片的调试。 2．斩波电路的连接。 3．斩波电路的波形观察及电压测试。 三．实验设备及仪器 1．电力电子教学试验台主控制屏； 2．现代电力电子及直流脉宽调速组件(NMCL-22) 3．示波器（自备）； 4．万用表（自备） 四．实验电路图如下 五．实验方法 按照面板上各种斩波器的电路图，取用相应的元件，搭成相应的斩波电路即可。 1． SG3525性能测试 用示波器测量，PWM 波形发生器的“1”孔和地之间的波形。调节占空比调节旋钮，

测量驱动波形的频率以及占空比的调节范围。 频率：9.10KHZ 占空比的调节范围：9.58%~84.3% 2．buck chopper (1)连接电路。 将PWM波形发生器的输出端“1”端接到斩波电路中IGBT管VT的G端, 将PWM 的“地”端接到斩波电路中“VT”管的E端,再将斩波电路的（E、5、7），（8、11），(6、12)相连，最后将15V直流电源U1的“+”正极与VT的C相连，负极“-”和6相连。（照电路图接成buck chopper斩波器。） （2）观察负载电压波形。 经检查电路无误后,闭合电源开关，用示波器观察VD两端5、6孔之间电压，调节PWM 触发器的电位器RP1，即改变触发脉冲的占空比，观察负载电压的变化，并记录电压波形。 E=5V α=9.86% 负载电压理论值为：0.493V 实际值为：0.5V α=51.5% 负载电压理论值为：2.575V 实际值为：2.6V α=84.5% 负载电压理论值为：4.225V 实际值为：4.2V 负载电压随着占空比的增大而增大。但是因为是降压斩波，所以当占空比基本上接近为1，为最大84.4%时，其平均电压仍然是小于直流输入电压平均值。 （4）观察负载电流波形。 用示波器观察并记录负载电阻R两端波形 因为是纯阻性负载，所以其电流波形与电压波形完 全相同，只是幅值不同。在负载电压为正时，即从0~t on 时，电流慢慢增加，到t off期间，虽然负载电压为0，但 是因为是大电感，的存在，可以阻止电流立刻降为0， 从而慢慢降低，使得电流连续。