降压斩波电路1

一、 降压斩波电路

1、主电路

降压斩波电路(Buck Chopper)的原理图及工作波形如图1-1所示。图中V 为全控型器件，选用MOS 管。D 为续流二极管。由图2-17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。

图中R 由直流电机电枢代替，励磁线圈固定接DC24V ，可实现电机调速。电机参数如下：

电机型号：36SZ01 额定功率：5W 额定电压：DC24V 电枢电流：0.55A 励磁电流：0.32A

_

+i

U +

O

U

图1-1 降压斩波电路的原理图

图1-1降压斩波电路图中各器件选型为：

MOS 管型号：IRF510A （100V/5.6A ） 续流二极管D ：DR200（50V/2A ） L ：取39mH C ：36uF

2、隔离驱动

图1-2是一种采用光耦合隔离的由V 2、V 3组成的驱动电路。当控制脉冲使光耦关断时，光耦输出低电平，使V 2截至，V 3导通，MOSFET 在DZ1反偏作

i

i on i off on on o aU U T

t

U t t t U ==+=

用下关断。当控制脉冲使光耦导通时，光耦输出高电平，使V 2导通，V 3截至，经V CC 、V 2、R G 产生的正向驱动电压使MOS 管开通。光耦选择高速光耦6N137。电源+V CC 可由DC/DC 芯片提供。

图1-2 驱动电路图

V

2：9013 V 3：9012

3、模拟控制

降压斩波电路的模拟控制采用PWM 控制芯片SG3525组成的PWM 发生电路输出PWM 控制信号，控制MOS 管的导通和关断。图1-3给出了该芯片的引脚功能及应用电路。

（a ）SG3525的引脚

(b) SG3525的应用电路 图1-3 PWM 控制芯片SG3525

４．PWM 脉冲调制器电路原理图

_+

A1

U R _+

A2

R1

R3R1

R

C

U O1

U O2

（1）当UR=0V 时的波形图（占空比为50%）

图1-4

（2）当UR变化，则占空比必然变化，UR增大，Uo1变宽。

５．UR电压的产生

（1）由题目要求决定，例如手动产生UR电压，可用电阻分压器给出。

（2）若给定UR是一个波形，则应设计相应的积分电路控制给出上图波形。（3）二者兼容，可用纽子开关手动选择。

控控3525控控控控控

图1-5

６．模拟反馈控制

图1-6为降压斩波电路双闭环反馈控制电路图。其中内环为电流环，外环为电压环。

图1-6 降压斩波电路双闭环反馈控制电路图

电压取样：在强电中一般使用电压变送器或传感器加调理电路，低电压一般用分压电阻取样。

电流取样：在强电中一般用电流变送器或传感器，低电压中一般用串联电阻取样。

７．数字控制

（1）一般在使DSP芯片时由于速度快，可选带有PWM产生的芯片；

（2）MSP430也可以直接产生PWM波形，即由A/D采集主回路电压、电流后，直接运算后产生PWM波形；

（3）如果使用MCS-51芯片，可采用A/D采集主回路的电压和电流信号，然后

经运算后由D/A 输出UR 送到SG3525产生闭环的PWM 波形 。而电流短路保护则应硬件直接封锁PWM 波，限流保护仍由单片机承担。

鉴于学生的知识结构，选择模式（3），选择传感器或变送器采样方式。 图1-7给出了采用数字控制方式的降压斩波电路双闭环反馈控制电路图。MCS-51单片机与上位机通过RS232串口连接，可在线调试。

图1-7 降压斩波电路双闭环反馈控制电路图

二、升压斩波电路

1、主电路

升压斩波电路(Boost Chopper)

升压斩波电路(Boost Chopper)的原理图如图2-1所示。图中V 为全控型器件，选用MOS 管。D 为续流二极管。

输入电压i U 取0~15V 直流电压，输出直流电压15~36V ，电流2A 。

_

i

U

图2-1 Boost 升压斩波电路原理图

图2-1中各器件选型：

MOS 管型号：IRF510A （100V/5.6A ） 续流二极管D ：DR200（50V/2A ） L ：8.2mH C1、C2：36uF

Boost 升压斩波电路有电感电流连续和电感电流断续两种工作状态，当电路

工作于电感电流连续模式时，电路的工作波形如图2-2所示。

L

i V

i 12

U 0

图2-2 Boost 升压斩波电路电感电流连续工作时的波形

如上图所示，Boost 升压斩波电路工作于电感电流连续模式时，电路在一个开关周期内相继经历了两个开关状态，其各时段的工作状态描述如下：

0t -1t 时段：开关MOS 管导通，电压i U 向电感L 充电，电感电流不断增大，续流二极管D 此时处于关断状态，同时电容C2上的电压向负载供电。

1t -2t 时段：开关MOS 管关断，续流二极管D 导通，整流电压i U 和电感L 通过续流二极管D 共同向电容C2充电，并向负载提供能量，电感电流不断减小。

Boost 升压斩波电路工作于电感电流连续模式时有：

i i off o U D

U t T U -==11 （2-1）式中：

T ——MOS 管的一个开关周期；

on t ——MOS 管在一个开关周期内处于通态的时间；

off t ——MOS 管在一个开关周期内处于断态的时间； D ——占空比，T

t D on

=

。 由式（2-9）可知，当占空比1→D 时，∞→o U ，所以应避免占空比D 过于接近1，以免斩波电路输出电压过高造成电路损坏。