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。

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。

图2.1

（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

降压斩波仿真电路图

仿真波形及分析

占空比为40％

占空比为60％

占空比为80％

占空比80%

图2.2仿真波形图占空比

从图中可以看出输出电压随占空比的变化而变化其关系为U0=ɑU i

五、实验总结

IGBT的门极驱动条件密切地关系到他的静态和动态特性。门极电路的正偏压uGS、负偏压-uGS和门极电阻RG的大小，对IGBT的通态电压、开关、开关损耗、承受短路能力及du/dt电流等参数有不同程度的影响。其中门极正电压uGS的变化对IGBT的开通特性，负载短路能力和duGS/dt电流有较大的影响，而门极负偏压对关断特性的影响较大。同时，门极电路设计中也必须注意开通特性，负载短路能力和由duGS/dt电流引起的误触发等问题。根据上述分析，对IGBT

驱动电路提出以下要求和条件：

(1)由于是容性输出输出阻抗；因此IBGT对门极电荷集聚很敏感，驱动电路必须可靠，要保证有一条低阻抗的放电回路。

(2)用低内阻的驱动源对门极电容充放电，以保证门及控制电压uGS有足够陡峭的前、后沿，使IGBT的开关损耗尽量小。另外，IGBT开通后，门极驱动源应提供足够的功率，使IGBT不至退出饱和而损坏。

(3)门极电路中的正偏压应为+12～+15V；负偏压应为-2V～-10V。

(4)IGBT 驱动电路中的电阻RG对工作性能有较大的影响，RG较大，有利于抑制IGBT 的电流上升率及电压上升率，但会增加IGBT 的开关时间和开关损耗；RG 较小，会引起电流上升率增大，使IGBT 误导通或损坏。RG的具体数据与驱动电路的结构及IGBT 的容量有关，一般在几欧～几十欧，小容量的IGBT 其RG值较大。

(5)驱动电路应具有较强的抗干扰能力及对IGBT 的自保护功能。IGBT 的控制、驱动及保护电路等应与其高速开关特性相匹配，另外，在未采取适当的防静电措施情况下，IGBT的G～E极之间不能为开路。IGBT驱动电路分类驱动电路分为：分立插脚式元件的驱动电路；光耦驱动电路；厚膜驱动电路；专用集成块驱动电路。本文设计的电路采用的是专用集成块驱动电路。IGBT驱动电路分析随着微处理技术的发展(包括处理器、系统结构和存储器件)，数字信号处理器以其优越的性能在交流调速、运动控制领域得到了广泛的应用。一般数字信号处理器构成的控制系统，IGBT驱动信号由处理器集成的PWM模块产生的。而PWM接口驱动能力及其与IGBT的接口电路的设计直接影响到系统工作的可靠性。