基于单片机集成电路的桥式可逆斩波电路
湖南科技大学
信息与电气工程学院《电力电子技术课程设计报告》
题目：基于单片机集成电路的桥式可逆降压斩波仿真
专业：电气工程及其自动化
班级：13级电气三班
姓名：陈美林
学号：1304010330
指导教师：郭小定
2016年 6 月 17日
信息与电气工程学院课程设计任务书
2015 — 2016 学年第 2 学期
专业：电气工程及其自动化班级：13级电气三班学号：1304010330 姓名：陈美林
课程设计名称：电力电子技术课程设计
设计题目：基于单片机集成电路的桥式可逆降压斩波仿真（电源：220V，电机48V,4A,IGBT）
完成期限：自 2016 年 6 月 14 日至 2016 年 6 月 17 日共 1 周
设计依据、要求及主要内容
一、设计依据
设计参数：输出电压48V、电流4A
二、要求及主要内容
1．主电路、保护电路、控制电路设计；
2．主电路元件的参数计算与选择；
3．计算整流变压器参数、选择其容量和规格；
4．主电路中过电压过电流保护电路的选择及相应电路元件的计算与选择；
5．绘制主电路、保护电路、控制电路设计电气系统原理图；
6．写出课程设计报告。其中设计报告要包括有设计的目的，设计原理，设计参数的计算，元器件选型，器件表，电路图的设计说明以及设计的心得等；设计报告3000字以上；
指导教师（签字）：
批准日期：2016 年 6月 1日
评语：成绩：
评阅人：日期：
摘要
本次电力电子技术课程设计的题目是基于单片机集成电路的桥式可逆斩波电路仿真设计（电源：220V，电机48V,4A,IGBT）。以单片机为核心的桥式可逆斩波电路实现直-直电压的斩波控制，有利于提高变换器的功率密度和功率效率。文章给出其工作模态和工作原理，讨论了三种P W M调制策略，并指出单性调制策略可降低开关损耗。斩波开关元件采用电力电子器件I G B T。系统具有控制灵活、外围器件少、结构简单、精度高、可靠性高等特点，通过仿真得到了验证。
直流斩波电路是城市轨道交通车辆电力牵引系统中广泛应用的电力电子电路，主要用于构成驱动直流电机的调压调速主电路和辅助电路的前级。直流斩波基本电路主要有：降压斩波电路、升压斩波电路、再生斩波电路、多象限斩波电路、多相多重斩波电路和G T O斩波电路等。而桥式可逆斩波电路的特点，具有反应速度快、效率高、开关元件承受反压小的特点。本文给出了桥式可逆斩波电路详细的分析和仿真。
关键词：斩波器直-直变换器微控制器
目录
1、目的与意义 (5)
2、原理 (6)
2.1设计要求 (6)
2.2设计方案................................... 错误！未定义书签。
2.3电路拓扑图 (6)
2.3.1主电路 (6)
2.3.2控制电路 (7)
2.3.3驱动电路 (8)
2.3.4保护电路 (8)
3、器件选型 (9)
3.1 555定时芯片简述 (9)
3.2主电路参数计算 (10)
3.2.1占空比 (10)
3.2.1主电路 (10)
3.2.2 IGBT (10)
4.1仿真平台 (12)
4.1.1仿真平台 (12)
4.1.2仿真过程 (12)
4.2仿真波形 (12)
4.2.1输入电压、输出电压 (12)
4.2.2波形输出 (13)
5、心得体会 (15)
6、参考文献 (16)
7、附录 (17)
7.1器件表 (17)
7.2主电路 (18)
7.3控制电路 (18)
7.4驱动电路 (19)
7.5保护电路 (19)
7.6总电路图 (20)
1、目的与意义
电力电子技术是一门新兴技术，它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而成的，已成为现代电气工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课，在培养本专业人才中占有重要地位。
电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术。电力电子技术是应用于电力领域的电子技术。具体的说，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。所用的电力电子器件均用半导体制成，故也称为电力半导体器件。电力电子技术所变换的“电力”，功率可以大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下。信息电子技术主要用于信息处理，而电力电子技术则主要用于电力变换。
随着电力电子技术应用的不断发展，对电力电子器件性能指标和可靠性的要求也日益苛刻。具体而言，要求电力电子器件具有更大的电流密度、更高的工作温度、更强的散热能力、更高的工作电压、更低的通态压降、更快的开关时间，而对于航天和军事应用，还要求有更强的抗辐射能力和抗振动冲击能力。
电力电子课程设计的目的在于进一步巩固和加深所学的电力电子基础知识。使学生能综合运用相关课程的基本知识，培养学生检索文献的能力，特别是利用网络检索需要的文献资料，培养学生综合分析问题、发现问题，解决问题的能力。。以及方案选择等。树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意提高分析和解决实际问题的能力；迅速准确的进行工程计算的能力，计算机应用能力；用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。
通过课程实际使学生认识到理论与实践相结合的重要性，只靠从书本上学到的知识是远远不够的，显示的生活中需要更为丰富的知识，只有把硕学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在在课程设计工程中查阅资料，了解查阅资料的重要性，鼓励他们克服心理上的不良情绪，不断的学习和解决难题，不断磨练学生意志的过程。通过课程设计是学生所学的基础理论知识得到巩固，并使学生可以运用所学理论知识解决实际问题的初步训练。进一步提高学生的分析、综合能力以及工程设计中分析设计的基本能力，为今后的毕业设计做必要的准备，并为毕业后的工作学习打下了很好的基础。
2、原理
2.1设计要求
利用可关断晶闸管（IGBT）、电源电压：1000V、电机电压220V,电流600A
2.2电路拓扑图
2.2.1主电路
桥式可逆斩波电路原理图，如图二所示。设电动机感应电动势为EM，电感电流正方向为A→B。桥式可逆斩波电路包括四个工作模态。
图二：主电路
1、工作模态1
斩波器工作在第一象限，VT4始终处于导通状态，VT3为关断状态。VT1导通，VT2关断。电动机工作于第一象限作正转电动运行，同时给电感L充电，电路作为降压斩波器运行。VT1关断时，电流不能突变，导致VD2导通，电感向电动机供电。
2、工作模态2
斩波器工作在第三象限，VT2始终处于导通状态，VT1于关断状态。VT3导通，VT4关断。电动机工作于第三象限做反转电动运行，同时给电感L充电，电路作为降压斩波器运行。工作原理与第一象限运行时完全相同。VT3关断时，电流不能突变，导致VD4导通，电感向电动机供电。
3、工作模态3
斩波器工作在第二象限，VT4始终处于导通状态，VT3于关断状态。VT2导通，VT1关断。电动机工作于第二象限正转再生制动运行，速方向不变，电流改变方向，同时给电感L充电，电路作为降压斩波器运行。VT2关断时，电流不能突变，导致VD1导通，EM与UL叠加向直流电源反馈能量。
4、工作模态4
斩波器工作在第四象限，电动机作为反转再生制动时，电流反向，VT4导通，EM首先向电感L充
电。当VT4关断时，又因为电感电流不能突变，导致VD3导通，EM与UL叠加向直流电源反馈能量，工作原理和第二象限完全相同。
5、控制方式
桥式可逆斩波电路从控制方式上区分有双极性调制、单极性调制和受限单极性调制三种方式。主要基于双极性调制开关损耗较大，受限单极性调制当电动机电流较小的时候会出现电流断续现象。而单极性调制方式具有开关损耗少，而且很少出现电流断流现象。对于单极性调制方式，四个开关器件中VT1和VT2工作于互补的PWM方式，处导通状态；VT3和VT4则根据电动机的转向采取不同的驱动信号，电动机正转时，VT4导通，VT3关断；电动机反转时，VT3导通，VT4关断。由于减少了VT3和VT4的开关次数，开关损耗减少，故在此采用单极性调制方式。
2.2.2控制电路
控制电路需要实现的功能是产生控制信号，用于控制斩波电路中主功率器件的通断，通过对占空比的调节达到控制输出电压大小的目的。
555定时器设计的方案
555定时器是一种应用纪委广泛的中规模集成电路，改电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容原件就可以构成单稳触发器。
根据555定时器的这种原理改变阈值电压的值使之输出高电平或低电平，就可以产生仿真电路图，如图三所示：
图三：控制电路
2.3.3驱动电路
一般电气隔离采用光隔离或磁隔离。光隔离一般采用光耦合器，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。
驱动电路原理
控制电路所输出的信号通过TLP521光耦合器实现电气隔离，在经过推挽电路进行放大，从而把输出的控制信号放大。如图四所示：
图四：驱动电路
2.3.4保护电路
阻容保护：当达到一定电压值时，自动开通保护电路，使过压保护电路形成通路，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，保护了电力电子设备。
为了达到保护效果，可以使用阻容保护电路来实现。将电容并联在回路中，当电路中出现电压尖峰电压时，电容两端电压不能突变的特性，可以有效地抑制电路中的过压。与电容串联的电阻能消耗到部分过压能量，同时抑制电路中的电感与电容产生的振荡，过电压保护电路图如图五所示：
图五：过电压保护电路图
3、器件选型
3.1 555定时芯片简述
555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图如右图所示。
它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3
555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为低电平。
它的各个引脚功能如下：
1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
2脚：低触发端TR。
3脚：输出端Vo
4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
6脚：高触发端TH。
7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 ~ 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 ~ 18V。一般用5V。
在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如表所示。
555定时器的功能表
清零端 高触发端TH
低触发端TR
Q 放电管T 功能 0 × × 0 导通 直接清零 1 0 1 x 保持上一状态
保持上一状态
1 1 0 1 截止 置1 1 0 0 1 截止 置1 1
1
1
导通
清零
3.2主电路参数计算
3.2.1占空比
占空比是指高电平在一个周期之内所占的时间比率。方波的占空比为50%，占空比为0.5，说明正电平所占时间为0.5个周期。
3.2.1主电路
E
E t t t U off
on on α=+=
R E U I M
-00=
3.2.2 IGBT
可关断晶闸管也属于PNPN 四层三端器件，其结构及等效电路和普通晶闸管相同，因此图1仅绘出IGBT 典型产品的外形及符号。大功率IGBT 大都制成模块形式。
尽管IGBT 与SCR 的触发导通原理相同，但二者的关断原理及关断方式截然不同。这是由于普通晶闸管在导通之后即外于深度饱和状态，而IGBT 在导通后只能达到临界饱和，所以IGBT 门极上加负向触发信号即可关断。IGBT 的一个重要参数就是关断增益，βoff ，它等于阳极最大可关断电流IATM 与门极最大负向电流IGM 之比，有公式
βoff =IATM/IGM
βoff 一般为几倍至几十倍。βoff 值愈大，说明门极电流对阳极电流的控制能力愈强。很显然，βoff 与昌盛 的hFE 参数颇有相似之处。 1．判定IGBT 的电极
将万用表拨至R ×1档，测量任意两脚间的电阻，仅当黑表笔接G 极，红表笔接K 极时，电阻呈低
阻值，对其它情况电阻值均为无穷大。由此可迅速判定G、K极，剩下的就是A极。
2．检查触发能力
首先将表Ⅰ的黑表笔接A极，红表笔接K极，电阻为无穷大；然后用黑表笔尖也同时接触G极，加上正向触发信号，表针向右偏转到低阻值即表明IGBT已经导通；最后脱开G极，只要IGBT维持通态，就说明被测管具有触发能力。
3．检查关断能力
现采用双表法检查IGBT的关断能力，如图2(b)所示，表Ⅰ的档位及接法保持不变。将表Ⅱ拨于R ×10档，红表笔接G极，黑表笔接K极，施以负向触发信号，如果表Ⅰ的指针向左摆到无穷大位置，证明IGBT具有关断能力。
4．估测关断增益βoff
进行到第3步时，先不接入表Ⅱ，记下在IGBT导通时表Ⅰ的正向偏转格数n1；再接上表Ⅱ强迫IGBT 关断，记下表Ⅱ的正向偏转格数n2。最后根据读取电流法按下式估算关断增益：
βoff=IATM/IGM≈IAT/IG=K1n1/ K2n2
式中K1—表Ⅰ在R×1档的电流比例系数；
K2—表Ⅱ在R×10档的电流比例系数。
βoff≈10×n1/ n2
此式的优点是，不需要具体计算IAT、IG之值，只要读出二者所对应的表针正向偏转格数，即可迅速估测关断增益值。
注意事项：
（1）在检查大功率IGBT器件时，建议在R×1档外边串联一节1.5V电池E′，以提高测试电压和测试电流，使IGBT可靠地导通。
（2）要准确测量IGBT的关断增益βoff，必须有专用测试设备。但在业余条件下可用上述方法进行估测。由于测试条件不同，测量结果仅供参考，或作为相对比较的依据。
4、仿真
4.1仿真平台
4.1.1仿真平台
Multisim是一款著名的电子设计自动化软件，与NI Ultiboard同属美国国家仪器公司的电路设计软件套件。是入选伯克利加大SPICE项目中为数不多的几款软件之一。Multisim在学术界以及产业界被广泛地应用于电路教学、电路图设计以及SPICE模拟。
NI Multisim软件是一个专门用于电子电路仿真与设计的EDA工具软件。作为 Windows 下运行的个人桌面电子设计工具，NI Multisim 是一个完整的集成化设计环境。NI Multisim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。学员可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。
工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE 仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
NI Multisim软件绝对是电子学教学的首选软件工具。NI Multisim软件是一个专门用于电子电路仿真与设计的EDA工具软件。作为 Windows 下运行的个人桌面电子设计工具，NI Multisim 是一个完整的集成化设计环境。NI Multisim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。学员可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。NI Multisim软件绝对是电子学教学的首选软件工具。
4.1.2仿真过程
第一步：添加原器件
第二步：根据已经设计好的图纸，在电路中将各个原器件连接好线，完成电路连接。
第三步：启动仿真，观察运行状态，由仿真中出现的问题来排查线路错误，故障。
第四步：观察输出波形，调整器件参数，从而使仿真运行在最佳状态。
4.2仿真波形
4.2.1输入电压、输出电压
如图六、图七所示
图六、输出电压图七、输出电流4.2.2波形输出
1、占空比为75%的波形，如图八所示
图八：占空比为75%的波形
2、输出波形，如图九所示
图九：输出波形
3、总波形，如图十所示
图十：输
出波形
5、心得体会
理论的学习使我们掌握了有关近现代的电力电子器件的原理和功能。随着科技的不断发展进步电力电子器件也同我们的生活息息相关，在我们的生活中扮演的角色也越来越重要。对于一个电路的设计，首先应该对它的理论知识很了解，这样才能设计出性能好的电路。整流电路中，开关器件的选择和触发电路的选择是最关键的，开关器件和触发电路选择的好，对整流电路的性能指标影响很大。
在做电力电子课程设计的过程中我们更能认真和全面的对所学知识有一个全面和系统更深刻的了解和掌握。在这个过程中我们认真的查阅了大量的资料和工具书增长了我们的知识，开阔了我们的视野，是一种让学生更加接近社会和生活的有效方法。这就要求我们在学习和生活得过程中每个人都要学会应用资源和我们自身的优势，让自己有能面对任何苦难都不认输的豪情。还要有过硬的技术水平，在走出大学的时候能让自己成为有用之人。不要自己成为大学包装的绣花枕头。通过课程设计让自己明白自己所差的还很多很多，在接下来的日子里一定要努力学习以备将来走入社会能不让人用轻飘飘的眼神看自己。也用自己的所学来证明自己的尊严和人格。
在这次设计中，由于我们知识的欠缺，设计的并不详细，知识的衔接也不理想，错误应该是有的，但我们已经努力了，设计中错误的地方希望老师能谅解，加以指点。
6、参考文献
[1]王兆安，黄俊主编.电力电子技木.第四版.北京：机械工业出版社，
[2]王云亮主编.电力电子技术.第一版.北京：电子工业出版社，
[3]梁廷贵主编.现代集成电路实用手册可控硅触发电路分册.北京：科学技术文献出版社，
[4]刘雨棣主编.电力电子技木及应用.西安：西安电子科技大学出版社，
[5]张石安，张炜主编.电力电子技木基础.北京：电子工业出版社，
[6]曲学基，于明扬主编.电力电子整流技术及应用。北京：电子工业出版社，
[7]丁道宏，电力电子技术[M].北京：航天工业出版社.1995
[8]赵良炳编著.现代电力电子技术基础.北京：清华大学出版社，1995.5
[9]郑忠杰主编.晶闸管变流技术.北京：机械工业出版社，1995.10
[10]黄俊主编.半导体交流技术.北京：机械工业出版社1980.7
7、附录
7.1器件表
器件表
序号名称型号个数
1 电阻电阻器1kΩ 5
2 电阻电阻器500Ω 1
3 电阻电阻器0.5Ω 1
4 电源DC_POWER 1
5 二极管1N5402 5
6 二极管1N4148 2
7 电感电感器200mH 1
8 晶体管_PNP MJ15025 1
9 晶体管_NPN MJ15024 1
10 VCC 240V 1
11 光耦合器TLP521-1 1
12 555定时器555_VIRTUAL 1
13 电位器10kΩ 1
14 电容器1uF 1
15 电容器25uF 1
16 电容器30uF 1
17 示波器双踪示波器 1
18 万用表万用表 2
19 电动机1200V 1 7.2主电路
主电路
7.3控制电路
控制电路
7.4驱动电路
驱动电路7.5保护电路
过电压保护电路图
7.6总电路图
实验2 直流斩波电路的性能研究(六种典型线路)
实验二 直流斩波电路的性能研究 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。 三、实验线路及原理 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6-1所示。图中V 为全控型器件，选用IGBT 。D 为续流二极管。由图6-1b 中V 的栅极电压波形U GE 可知，当V 处于通态时，电源U i 向负载供电，U D =U i 。当V 处于断态时，负载电流经二极管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： 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，简称占空比或导通比(α=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α，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。 (a)电路图 (b)波形图 图6-1 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(Boost Chopper)的原理图及工作波形如图6-2所示。电路也使用一个全控型器件V 。由图6-2b 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 为恒值。设V 处于通态的时间为t on ，此阶段电感L 1上积蓄的能量为U i I 1t on 。当V 处于断态时U i 和L 1共同向电容C 1充电，并向负载提供能量。设V 处于断态的时间为t off ，则在此期间电感L 1释放的能量为(U O -U i ) I 1t on 。当电路工作于稳态时，一个周期T 内电感L 1积蓄的能量与释放的能量相等，即： i i on i off on on o aU U T t U t t t U ==+= U GE U D t t t U O t on t off T U i - +- + U
电力电子技术I-实验1-直流斩波电路
课程名称：电力电子技术指导老师：马皓成绩：__________________实验名称：直流斩波电路的研究实验类型：_________________同组学生姓名：___________一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 * 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的 1、熟悉六种直流斩波电路（Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk、Sepic、Zeta）的工作原理与 特点； 2、掌握六种直流斩波电路在负载电流连续工作时的工作状态以及负载波形。 二、实验内容 1、分别按照六种直流斩波电路的结构分别连接对应的试验电路； 2、分别观察六种不同直流斩波电路在电路不同占空比的PWN波时的工作情况，并记录负载 电压，与理论值进行比较，分析实验结果。 、 三、主要实验设备与仪器 1、MPE-I电力电子探究性实验平台 2、NMCL-22H直流斩波电路 3、NMCL-22H-CK直流斩波电路插卡
4、NMCL-50数字直流表 5、示波器 四、实验线路 1、Buck chopper降压斩波电路 （1）将PWN波形发生器的占空比调节电位器左旋到底（使占空比最小），输出端“VG-T”端接到斩波电路中IGBT管VT的”G“端，将PWN的”地“接到斩波电路中IGBT的”E“端，按照下图接成Buck chopper斩波器； （2）检查电路无误后，闭合电源开关，用示波器观察PWN输出波形，调节PWN触发器的电位器RP1，即改变触发脉冲的占空比记录占空比10%~80%实际负载电压，观察PWN占空比分别为10%、50%、80%下的负载电压波形。 ` 2、Boost chopper升压斩波电路 （1）按照下图接成Boost chopper电路，电感电容任选，负载电阻为R； （2）参照Buck chopper斩波电路，改变触发脉冲的占空比记录占空比10%~80%实际负载电压； （3）观察PWN占空比分别为10%、50%、80%下的负载电压波形。 3、Buck-Boost chopper升压斩波电路
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。
直流斩波电路实验三
实验四 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专用PWM 控制芯片SG3525。 二、预习内容 （1）什么是斩波电路？其应用范围有哪些？ （2）了解IGBT 的特性。 （3）了解直流斩波电路的工作原理。 三、实验设备及挂件 1）设备列表
四、实验电路原理示意图及流程图 1)实验线路原理示意图图X－1 图X-1实验线路原理示意图 2) 实验电路流程框图X-2 图X-2 实验电路流程图 五、实验内容 1、控制与驱动电路测试 2、六种典型电路测试 1）降压斩波电路(Buck Chopper) ； 2）升压斩波电路(Boost Chopper)； 3）升降压斩波电路(Boost-Buck Chopper)； 4）Cuk斩波电路； 5）Sepic斩波电路； 6) Zeta斩波电路；
六、注意事项 1）示波器测量时的共地问题。当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，各探头接至被测信号，只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号，而不发生意外。（建议测量主电路各点信号及U GE 时用一个探头） 2）每当做完一个电路时，必须关掉所有电源，方可拆掉线路和接新的实验电路。 3）注意电解电容的正负极性。 4）整流输出电压<45伏。 七、实验步骤与方法 1、控制与驱动电路的测试 1)不接主电路，把万用表放在电压档。用正极插在Ur 孔，负极插在地，示波器的地线和 万用表的地线夹在一起。 2）将DJKO1电源的钥匙打在开（不按启动开关），开启DJK20 控制电路电源开关。 3)调节PWM 脉宽调节电位器改变Ur ，用双踪示波器分别观测SG3525 的第11 脚与第14 脚的波形，观测输出PWM 信号的变化情况，记录占空比并填入表1中。PWM 与11 脚、14脚不共地。 4)用示波器分别观测A 、B 和PWM 信号的波形，记录其波形、频率和幅值，并填入。 5)用双踪示波器的两个探头同时观测11 脚和14 脚的输出波形，调节PWM 脉宽调节电位器，观测两路输出的PWM 信号有什麽不同？
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
实验四 直流斩波电路实验
实验四直流斩波电路实验 一．实验目的 1．加深理解斩波器电路的工作原理 2．掌握斩波器的主电路，触发电路的调试步骤和方法。 3．熟悉斩波器各点的波形。 二．实验内容 1．触发电路调试 2．斩波器接电阻性负载。 3．斩波器接电阻—电感性负载。 三．实验线路与原理 本实验采用脉宽可调逆阻型斩波器。其中VT1为主晶闸管，当它导通后，电源电压就加在负载上。VT2为辅助晶闸管，由它控制输出电压的脉宽。C和L1为振荡电路，它们与VT2、VD1、L2组成VT1的换流关断电路。斩波器主电路如图4-14所示。接通电源时，C经VD1，负载充电至+Udo，VT1导通，电源加到负载上，过一段时间后VT2导通，C和L1产生振荡，C上电压由+Vdo变为-Vdo，C经VD1和VT1反向放电，使VT1、VT2关断。 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，从而达到调压的目的，VT1、VT2的脉冲间隔由触发电路决定。 四．实验设备及仪器 1．MCL系列教学实验台主控制屏。 2．MCL—18组件（适合MCL—Ⅱ)或MCL—31组件（适合MCL—Ⅲ）。 3．MCL—33组件或MCL—53组件（适合MCL—Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ）。 4．MCL—06组件或MCL—37 5．MEL—03三相可调电阻器(或自配滑线变阻器450 ，1A) 6．双踪示波器 7．万用表
五．注意事项 1．斩波电路的直流电源由三相不控整流桥提供，整流桥的极性为下正上负，接至斩波电路时，极性不可接错。 2．实验时，每次合上主电源前，须把调压器退至零位，再缓慢提高电压。 3．实验时，若负载电流过大，容易造成逆变失败，所以调节负载电阻，电感时，需注意电流不可超过0.5A。 4．若逆变失败，需关断主电源，把调压器退至零位，再合上主电源。 5．实验时，先把MCL-18的给定调到0V，再根据需要调节。 六．实验方法 1．触发电路调试 打开MCL—06面板右下角的电源开关（或接人MCL—37低压电源）。 调节电位器RP，观察“2”端的锯齿波波形，锯齿波频率为100Hz左右。 调节“3”端比较电压（由MCL-18给定提供），观察“4”端方波能否由0.1T连续调至0.9T（T为斩波器触发电路的周期）。 用示波器观察“5”、“6”端脉冲波形，是否符合相位关系。 用示波器观察输出脉冲波形，测量触发电路输出脉冲的幅度和宽度。 2．斩波器带电阻性负载 按图2-14实验线路连好斩波器主电路，接上电阻负载（可采用两只900Ω电阻并联），并调节电阻负载至最大，并将触发电路的输出G1、K1、G2、K2分别接至VT1、VT2的门极和阴极。 三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏U、V、W输出电压至线电压为110V。用示波器观察并记录触发电路“1”、“2”、“4”、“5”、“6”端及U G1K1、U G2K2的波形，同时观察并记录输出电压u d=f（t），输出电流id=f（t），电容电压u c=f （t）及晶闸管两端电压u VT1=f（t）的波形，并注意各波形间的相位关系。 调节“3”端电压，观察在不同τ（即U G1K1和U G2K2脉冲的间隔时间）时u d的波形，并记录U d和τ数值，从而画出U d=f(τ/T)的关系曲线。其中τ/T为占空比。 注意负载电阻不可以太小，否则电流太大容易造成斩波失败。 3．斩波器带电阻，电感性负载 断开电源，将负载改接成电阻电感。然后重复电阻性负载时同样的实验步骤。 六．实验报告 1．整理记录下的各波形，画出各种负载下U=f(τ/T)的关系曲线。 2．讨论分析实验中再现的各种现象。
第3章直流斩波电路答案
第3章直流斩波电路 填空题： 1.直流斩波电路完成得是直流到________的变换。 2.直流斩波电路中最基本的两种电路是________和________。 3.斩波电路有三种控制方式：________、________和________。 4.升压斩波电路的典型应用有________和________等。 5.升降压斩波电路呈现升压状态的条件为________。 斩波电路电压的输入输出关系相同的有________、________和________。 斩波电路和Zeta斩波电路具有相同的输入输出关系，所不同的是：________的电源电流和负载电流均连续， ________的输入、输出电流均是断续的，但两种电路输出的电压都为________极性的。 8.斩波电路用于拖动直流电动机时，降压斩波电路能使电动机工作于第________象限，升压斩波电路能使电动机工作于第________象限，________电路能使电动机工作于第1和第2象限。 9.桥式可逆斩波电路用于拖动直流电动机时，可使电动机工作于第________象限。 10.复合斩波电路中，电流可逆斩波电路可看作一个________斩波电路和一个________斩波电路的组合；多相多重斩波电路中，3相3重斩波电路相当于3个________斩波电路并联。
简答题： 11.画出降压斩波电路原理图并简述其工作原理。 12.画出升压斩波电路原理图并简述其基本工作原理。 13.试分别简述升降压斩波电路和Cuk斩波电路的基本原理，并比较其异同点。 14.试绘制Speic斩波电路和Zeta斩波电路的原理图，并推导其输入输出关系。 15.分析题图3-15a所示的电流可逆斩波电路，并结合题图3-15b的波形，绘制出各个阶段电流流通的路径并标 明 电 流 方 向。 16.对于题图3-16所示的桥式可逆斩波电路，若需使电动机工作于反转电动状态，试分析此时电路的工作情况，
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
实验五-直流斩波电路的性能研究实验报告-第五组
实验五-直流斩波电路的性能研究实验报告-第五组
XXX学院实验报告 学院：专业：班级：成绩： 姓名：学号：组别：组员： 实验地点：实验日期：指导教师签名： 验（序号）项目名称：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 序号型号备注 1 DJK01 电源控 制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。 2 DJK09单相调 压与可调负载 3 DJK20 直流斩 波电路 4 D42 三相可调 电阻 预习情况正常操作情况正常考勤情况正常数据处理情况正常
5 慢扫描示波器自备 6 万用表自备 三、实验线路及原理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 4-12 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： 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， 简称占空比或导通比(α=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α，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。
直流斩波电路工作原理
直流斩波电路工作原理-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
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 off off off 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 αα-=-== 10 （on t 为 V 处于通态的时间，off t 为V 处于断态的时间）
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）
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
直流斩波电路
第3章直流斩波电路 主要内容：降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路的结构与工作原理。 重点：降压斩波电路、升压斩波电路的结构与工作原理。 难点：升压斩波电路的工作原理 基本要求：掌握降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路的结构与工作原理，了解复合斩波电路的结构与工作原理。 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，也称为直接直流直流变换器（DC/DC Converter）。 直流斩波电路的种类 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，其中前两种是最基本的电路。 复合斩波电路——不同基本斩波电路组合 多相多重斩波电路——相同结构基本斩波电路组合 1 基本斩波电路 重点：最基本的2种——降压斩波电路和升压斩波电路。 (1) 降压斩波电路 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E m所示。为使i o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 （3-1） a——导通占空比，简称占空比或导通比 U o最大为E，减小a，U o随之减小——降压斩波电路。也称为Buck变换器。 负载电流平均值I=U d/R （3-2） 电流断续时，U o平均值会被抬高，一般不希望出现 斩波电路三种控制方式 a 脉冲宽度调制（PWM）或脉冲调宽型——T不变，调节t on，应用最多 b 频率调制或调频型——t on不变，改变T c 混合型——t on和T都可调，使占空比改变
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 2 升压斩波电路 (1) 升压斩波电路的基本原理 工作原理:
实验二、基于Simulink的直流斩波电路的仿真实验报告
自动化（院、系）自动化专业112 班组电力电子技术课实验二、基于Simuilink的直流斩波电路仿真实验 一、实验目的 (1)加深理解直流斩波电路的工作原理。 (2)学会应用Matlab的可视化仿真工具Simulink以及元器件的参数设置。 二、实验内容 2.1理论分析 2.1.1直流降压斩波电路 直流降压斩波电路原理图如图1(a)所示。图中用理想开关S代表实际的电力电子开关器件；R为纯阻性负载。当开关S在ton时间接通时，加到负载电阻上的电压Uo等于直流电源Ud。当开关S在toff时间断开时,输出电压为零,直流变换波形如图1(b)所示。输出电压平均值为：Uo=ton/Ts*Ud= D*Ud(1) 式中：ton为斩波开关S在一个周期内的导通时间；toff为斩波开关S在一个周期内的关断时间；Ts为斩波周期,Ts= ton+toff；D为占空比，D = ton/Ts。由此可见，改变导通占空比D，就能够控制斩波电路输出电压Uo的大小。由于D是在0~1之间变化的系数，因此输出电压Uo总小于输入电压Ud，即为降压输出。
（院、系）专业班组课2.1.2直流升降压斩波电路 升降压斩波电路输出电压平均值为：Uo=-ton/toff*Ud=-D/（1-D）*Ud 式中：负号表示输出电压与输入电压反相。当D =0.5时，Uo=Ud；当D>0.5时，Uo>Ud，为升压变换;当D<0.5时，Uo 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 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。 实验9 直流斩波电路实验 一、实验目的 (1) 加深理解斩波器电路的工作原理; (2) 掌握斩波器的主电路，触发电路的调试步骤和方法; (3) 熟悉斩波器各点的波形。 图4－11 直流斩波电路 二、实验线路及原理 本实验采用脉宽可调逆阻型斩波器。其中VT1为主晶闸管，当它导通后，电源电压就加在负载上。VT2为辅助晶闸管，由它控制输出电压的脉宽。C和L1为振荡电路，它们与VT2、VD1、L2组成VT1的换流关断电路。斩波器主电路如图4-11所示。接通电源时，C经VD1，负载充电至+U do，VT1导通，电源加到负载上，过一段时间后VT2导通，C和L1产生振荡，C上电压由+V do变为-V do，C经VD1和VT1反向放电，使VT1、VT2关断。 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，从而达到调压的目的，VT1、VT2的脉冲间隔由触发电路决定。 三、实验内容 (1) 触发电路调试 (2) 斩波器接电阻性负载。 (3) 斩波器接电阻—电感性负载。 四、实验设备 (1) MCL现代运动控制技术实验台主控屏； (2) MCL—18组件； (3) MCL—06组件； (4) 滑线变阻器； (5) 双踪记忆示波器； (6) 数字式万用表 五、预习要求 (1)阅读电力电子技术教材中有关斩波器的有关内容，弄清脉宽可调斩波器的工作原理。 (2)学习本教材§3-5有关斩波器及其触发电路的有关内容，掌握斩波器及其触发电路工作原理及调试方法。 六、思考题 (1) 直流斩波器有那几种调制方式?本实验中的斩波器为何调制方式? (2) 本实验采用的斩波器中的电容C起什么作用? 七、实验方法 1、触发电路调试 打开MCL—06面板右下角的电源开关。调节电位器RP，观察“2”端的锯齿波波形，锯齿波频率为100Hz左右。调节“3”端比较电压（由MCL-18给定提供），观察“4”端方波能否由0.1T连续调至0.9T（T为斩波器触发电路的周期）。用示波器观察“5”、“6”端脉冲波形，是否符合相位关系。用示波器观察输出脉冲波形，测量触发电路输出脉冲的幅度和宽度，判断是否符合图3-15所示的相位关系。 2、斩波器带电阻性负载 (1) 按图4-11实验线路连好斩波器主电路，接上电阻负载（可采用两只900Ω电阻并联），并调节电阻负载至最大，并将触发电路的输出G1、K1、G2、K2分别接至VT1、VT2的门极和阴极。 (2) 三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏U、V、W输出电压至线电压为110V。用示波器观察并记录触发电路“1”、“2”、“4”、“5”、“6”端及U G1K1、U G2K2的波形，同时观察并记录输出电压u d=f（t），输出电流i d=f（t），电容电压u c=f（t）及晶闸管两端电压u VT1=f（t）的波形，并注意各波形间的相位关系。 调节“3”端电压，观察在不同τ（即U G1K1和U G2K2脉冲的间隔时间）时u d的波形，并记录U d和τ数值与下表中，从而画出U d=f(τ/T)的关系曲线。其中τ/T为占空比。注意负载电阻不可以太小，否则电流太大容易造成斩波失败。 注意负载电阻不可以太小，否则电流太大容易造成斩波失败。 3、斩波器带电阻，电感性负载 断开电源，将负载改接成电阻电感。然后重复电阻性负载时同样的实验步骤。 八、实验报告 (1) 整理记录下的各波形，画出各种负载下U=f(τ/T)的关系曲线。 (2) 讨论分析实验中再现的各种现象。 九、注意事项 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 实验三 直流斩波电路的性能研究 1．实验目的 （1）熟悉直流斩波电路中的降压斩波电路（Buck Chopper ）和升压斩波电路(Boost Chopper)的工作原理。 （2）掌握这两种基本斩波电路的工作状态和波形情况。 （3）了解PWM 控制与驱动电路的原理及其常用的集成芯片。 2.预习要点 1）控制与驱动电路 控制电路以SG3525为核心构成，SG3525为美国Silicon General 公司生产的专用PWM 控制集成电路，它采用恒频脉宽调制控制方案，内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。 0.01m F PWM 脉宽 图1 控制及驱动电路图 调节PWM 脉宽调节电位计，在VT-G 和接地两端之间可输出一个占空比D 可调的矩形波（即PWM 信号）。它适用于各开关电源、斩波器的控制。 2）直流斩波器电路原理（使用一个探头观测波形） （1）降压斩波电路（Buck Chopper ） 降压斩波电路的原理图如图2所示。 +U i -L 1 +U o - 图 2 降压斩波电路的原理图 负载电压的平均值为： i i on i off on on o DU U T t U t t t U ==+= 上式中，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，D 为导通占空比，简称占空比或 导通比（D=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D ，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。 （2）升压斩波电路（Boost Chopper ） 升压斩波电路的原理图及工作波形如图3所示。 +U i -+U o - 图 3 升压斩波电路的原理图实验四·直流斩波电路BUCK电路
直流斩波电路原理实验报告
实验4直流斩波电路实验
基于单片机的直流斩波电路的设计
实验三 直流斩波电路的性能研究