积复励直流电机斩波器设计和研究
直流斩波电路建模仿真实训报告新颖完整
直流斩波电路建模仿真实训报告新颖完整直流斩波电路是一种常用的电路拓扑，可用于将直流电转换为可调节的脉冲电压输出。
其在电力电子领域有着广泛的应用，例如交流电压变换、电流控制等。
本文将对直流斩波电路进行建模仿真，并详细介绍其原理和性能特点。
一、直流斩波电路的原理直流斩波电路主要由稳压电源、开关器件（如功率MOS管）、电流传感器、电感、电容、负载等组成。
稳压电源提供稳定的直流电压作为输入，开关器件通过控制开关时间和频率来调节输出波形。
电流传感器用于感应电流变化并反馈给控制电路，使控制电路能够根据需要来调整开关器件的导通时间，以达到输出波形的调节目的。
电感和电容则用来平滑输出波形。
直流斩波电路的工作原理是通过开关器件的周期性导通和截止来实现对直流电压的切割，进而产生脉冲电压输出。
当开关器件导通时，输入电压被加到负载上，电流开始增加；而当开关器件截止时，负载上的电流被切断，负载上的电压下降，电流开始减小。
通过改变开关器件的导通和截止时间，可以改变输出脉冲的宽度和频率。
二、直流斩波电路的性能特点1.可调节输出：直流斩波电路能够灵活地调节输出脉冲的宽度和频率，从而实现对输出脉冲电压的精确控制。
2.高效能转换：直流斩波电路能够将输入直流电转换为高频脉冲电压输出，具有高效的能量转换特性，可以提高系统的能量利用率。
3.电压稳定性好：直流斩波电路通过电感和电容来平滑输出波形，从而提高输出电压的稳定性，在脉动和噪声方面有较好的表现。
4.小型化设计：直流斩波电路由于结构简单，元件少，可以实现小型化设计，满足电子设备对体积的要求。
三、直流斩波电路的建模仿真首先，在LTspice中绘制直流斩波电路的原理图，包括稳压电源、开关器件、电流传感器、电感、电容、负载等。
然后，设置元件的参数，例如输入电压、负载电阻、开关器件的导通时间和截止时间等。
接下来，设置仿真的条件，例如仿真时间、步长等。
进行仿真分析时，可以观察直流斩波电路的输出波形，例如输出脉冲的宽度、频率、占空比等。
直流斩波电路基础与分析报告
I1 ton
I2
t o ff
由上式得：
I2
toff ton
I1
1
I1
EI1 Uo I2
其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器。
电力电子技术
3-20
3.1.3升降压斩波电路和Cuk斩波电路
2) Cuk斩波电路
V通时，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路有电流。 V断时，E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路有电流。 输出电压的极性与电源电压极性相反。 电路相当于开关S在A、B两点之间交替切换。
电力电子技术
3-26
3.2.1 电流可逆斩波电路
电路结构
V1和VD1构成降压斩波电路，电动 机为电动运行，工作于第1象限。
V2和VD2构成升压斩波电路，电动 机作再生制动运行，工作于第2象限。
必须防止V1和V2同时导通而导致的 电源短路。
工作过程（三种工作方式) 图3-7 电流可逆斩波电路及波形
第3种工作方式：一个周期内交替地作为降压斩波电路和升压 斩波电路工作。
Ri1
EM
当V处于断态时，设电动机电枢电流为i2，得下式：
L
d i2 dt
Ri2
EM
E
当电流连续时，考虑到初始条件，近似L无穷大时电
枢电流的平均值Io，即
Io
m
b
E R
EM
R
bE
该式表明，以电动机一侧为基准看，可将直流电源电
压看作是被降低到了bE。
电力电子技术
3-15
3.1.2 升压斩波电路
如图3-3c，当电枢电流断续时：
动画演示
电力电子技术
图3-4 升降压斩波电路及其波形
a）电路图
直流电动机斩波调速系统设计
直流电动机斩波调速系统设计摘要长期以来，直流电机以其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。
特别随着计算机在控制领域和高开关频率、全控型第二代电力半导体器件的发展，以及脉宽调制(PWM直流调速技术的应用，直流电机得到广泛应用。
目前, 市场上用的最多的IGBT 直流斩波器, 它是属于全控型斩波器，它的主导器件采用国际上先进的电力电子器件IGBT ，由门极电压控制，从根本上克服了晶闸管斩波器及GTR 斩波器的缺点。
本次课程设计采用集成脉宽调制器以及调节器构成转速、电流双闭环的直流调速系统，转速环将电动机的的转速转化为电压信号与电压给定相比较，经转速调节器作用产生电流调节器的给定信号。
电枢电流反馈信号与转速调节器的输出信号经电流调节器作用产生控制信号。
因此需要设计电流检测、转速检测电路，以及ACR 和ASR 的模型。
此外主电路要求设计驱动电路、保护电路和直流斩波电路，降压斩波电路，通过控制可控器件的占空比来控制输出电压的大小。
主电路中的可控性器件通过集成脉宽调制器控制，来控制其开通和关断。
最终形成直流电动机斩波调速系统。
关键词：斩波电路转速调节器电流调节器脉宽调制器保护和检测电路1 概述电力电子技术在现代化社会的建设中的应用起着重要作用并得到飞跃性的发展。
直流斩波器作为一种电力电子器件，也必定随着直流电的广泛应用而显得异常重要。
直流斩波器广泛应用于生产生活等时机情况当中，从我国国情出发，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。
因此研究直流斩波器有着深远的意义，它不仅能够大大改善各种机车的调速系统，为其提高安全、快速、低损耗的调速装置，还可以为世界能源危机带来曙光，解决能源带来的各种问题。
鉴于上述情况，本次课设要求设计直流电动机斩波调速系统，加深我们队斩波调速系统的理解。
斩波电路通过控制电路导通比来控制输出端电压大小，用来控制直流电动机时，电枢电压的改变可方便调节电动机转速。
电力电子课程设计直流斩波电路优秀设计
课程设计汇报课题名称：直流斩波电路旳设计电力电子技术课程设计任务书系：电气与信息工程系年级：专业：自动化直流斩波电路旳功能是将直流电变为另一种固定旳或可调旳直流电，也称为直流-直流变换器（DC/DC Converter），直流斩波电路一般是指直接将直流变成直流旳状况，不包括直流-交流-直流旳状况；直流斩波电路旳种类诸多：降压斩波电路，升压斩波电路，这两种是最基本电路。
此外尚有升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路，Zeta斩波电路。
斩波器旳工作方式有：脉宽调制方式（Ts不变，变化ton）和频率调制方式（ton不变，变化Ts）。
本设计是基于SG3525芯片为关键控制旳脉宽调制方式旳升压斩波电路和降压斩波电路，设计分为Multisim仿真和Protel两大部分构成。
Multisim重要是仿真分析，借助其强大旳仿真功能可以很直观旳看到PWM控制输出电压旳曲线图，通过设置参数分析输出与电路参数和控制量旳关系，运用软件自带旳电表和示波器能直观旳分析多种输出成果。
第二部分是硬件电路设计，它通过Protel等软件设计完毕。
关键字：直流斩波；PWM；SG35251 直流斩波主电路旳设计 (1)1.1 直流斩波电路原理 (1)直流降压斩波电路 (1)直流升压斩波电路 ........................................... 错误!未定义书签。
1.2 主电路旳设计.............................................................. 错误!未定义书签。
直流降压斩波电路 ........................................... 错误!未定义书签。
直流降压斩波电路参数计数 ........................... 错误!未定义书签。
直流升压斩波电路 ........................................... 错误!未定义书签。
直流斩波电路的仿真分析与实现设计方案
直流斩波电路的仿真分析与实现设计方案Ⅰ.课程设计任务书Ⅱ.课程设计指导书Buck电路与Boost电路的仿真分析与设计一、降压斩波电路设计1.设计要求与方案1.1设计要求利用MOSFET设计一降压变流器。
输入电压E42V，输出电压Ud12V，输出电流为3A，最大输出纹波电压为50mV，工作频率f＝100Hz。
负载电阻为10Ω电感2mH。
1.2设计方案电力电子器件在实际应用中一般是由控制电路、驱动电路、保护电路及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路电子器件的导通或者关断来完成整个系统的功能。
根据MOSFET降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动电路及保护电路其结构框图如图1-1所示。
在图1-1结构框图中控制电路用来产生MOSFET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MOSFET 控制端与公共端之间可以使其开通或关断的信号。
通过控制MOSFET的开通和关断来控制MOSFET降压斩波电路工作。
控制电路中保护电路是用来保护电路防止电路产生过电流、过电压现象而损坏电路设备。
2 降压斩波主电路设计2.1 电力MOSFET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。
MOSFET 降压斩波电路的主电路图如下图2-1所示。
该电路使用一个全控型器件—电力MOSFET，且为了给负载中的电感电流提供通道设置有续流二极管VD。
电路通过在电力MOSFET管的控制端输入控制信号以得到所需要的输出电压，实现降压。
2.2 电路原理分析直流降压斩波电路使用一个全控型的电压驱动器件MOSFET，用控制电路和驱动电路来控制MOSFET 的导通或关断。
当t0时，MOSFET 管被激励导通，电源E 向负载供电，负载电压为Ud=E ，负载电流io 按指数曲线上升；当t=t1时，控制MOSFET 关断，负载电流经二极管VD 续流，负载电压Ud 近似为零负载，电流呈指数曲线下降。
直流斩波电路的建模与仿真
基于MATLAB 的升压－降压式变换器的仿真一、摘要直流斩波电路就是将直流电压变换成固定的或可调的直流电压，也称DC/VC 变换.使用直流斩波技术，不仅可以实现调压功能，而且还可以达到改善网侧谐波和提高功率因素的目的。
直流斩波技术主要应用于已具有直流电源需要调节直流电压的场合。
直流斩波包括降压斩波电路、升压斩波电路和升降压斩波电路.而利用升压--降压变换器,既可以实现升压,也可以实现降压。
二、设计目的通过对升压—降压（Boost —Buck ）式变换器电路理论的分析，建立基于Simulink 的升压-降压式变换器的仿真模型,运用绝缘栅双极晶体管（IGBT ）对升压－降压进行控制，并对工作情况进行仿真分析与研究。
通过仿真分析也验证所建模型的正确性。
三、设计原理升压-降压式变换器电路图如右图所示。
设电路中电感L 值很大,电容C 值也很大，使电感电流L i 和电容电压0u 基本为恒值。
设计原理是：当可控开关V 出于通态时，电源经V 向电感L 供电使其贮存能量，此时电流为1i ，方向如图1—1中所示。
同时，电容C 维持输出电压基本恒定并向负载R 供电。
此后，使V 关断，电感L 中贮存的能量向负载释放，电流为2i ，方向如图1—1中所示。
可见,负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，因此该电路也称作反极性斩波电路.稳定时，一个周期T 内电感L 两端电压L u 对时间的积分为零则 ： 00=⎰dt u T L当V 处于通态期间时，E u L =；而当V 处于端态期间时,=L u 0u -。
于是，=on Et off t U 0，所以输出电压为：E E t t U off on βα==其中β=1—α,若改变导通比α，则输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。
当0〈α<0。
5时为降压，当0.5<α〈1时为升压,如此可以实现升压—降压的变换，该电路称作升降压斩波电路即升降压变换器。
图中给出了电源电流1i 和负载电流2i 的波形,设两者的平均值分别为1I 和2I ， 当电流脉动足够小时，有=21I I offon t t 可得如下11002I I t t I n ff αβ== 如果V 、VD 为没有损耗的理想开关时，则: =1EI 20I U ， 其输出功率和输入功率相等，可将其看作直流变压器。
积复励直流电机斩波器设计和研究
周 新 民 （ ９ ５ ： ， 学 硕 士 ， 教 授 ， 要 研 究 领 域 为 电力 电子 及 电力 传 动 技 术 １ ６一） 男 工 副 主
・
５６ ９ ・
武 汉 理 工 大学 学 报 （ 交通 科 学 与 工 程 版 ）
２１ 年 ００
第 ３ ４卷 第 ３期 ２１ ０ ０年 ６月
武 汉理 工大 学 学报 （ 交通 科 学与 工程 版）
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＷ ｕ ａ ｎｖ ｒ ｉ ｆＴｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｒ ａ ｏ ｈ ｎ Ｕ ｉｅ ｓｔ ｏ ｃ ｎ ｌｇ ｙ
（ ａ ｓ ｏ ｔｔ ｎＳｃｅ ｃ Ｔｒ ｎ ｐ ｒａｉ ｉｎ ｅ＆ Ｅｎ ｉｅｒｎ ） ｏ ｇｎ ｅ ｉｇ
流 斩 波 器 能够 满 足 起 重 机 各 种 工 况 的要 求 ．
关 键 词 ： 复 励 电机 ； 波 器 ； 重 机 积 斩 起
中 图 法分 类 号 ： ６ ． Ｕ２ ６ ２
Ｄ Ｉ１ ． ９ ３ｊｉ ｎ １ ０—８ ３ ２ １ ． ３ ０ ２ Ｏ ：０ ３ ６ ／．ｓ ． ０ ６ ２ ２ ． ０ ０ ０ ． ４ ｓ
的产 品主要 是 采用 积 复励 的直 流 电机 ． 混 合 动 在 力 技术 应 用 之前 ， 用 的发 电机一 采 电动 机 系统 ， 进 行 调 速． 进 一 步提 高 节 能 指标 ， 时减 少 排 放 ， 为 同 国 内外 均 在研究 起 重机 械混 合动 力技 术应 用 ．
本 文 研 究 的 背 景 是 直 流 驱 动 的 轮 胎 式 起 重 机
Ｖｏ１ ４ Ｎｏ． ．３ ３
Ｊ ｎ ０ ０ ｕ ｅ２ １
积 复励 直 流 电机 斩 波 器 设 计 和研 究
实验三 直流斩波电路的性能研究
实验三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工作特点。
3.了解PWN控制与驱动电路的原理机器常用的集成芯片。
二.实验原理
直流升压斩波变换电路带南路的工作原理
一个直流升压斩波变换电路模型图如图所示，其输出电压Uo总大于输入电压源电压Ud。
当开关S闭合时，二极管受电容C上电压影响反向断开，于是将输出级隔离，由输入端电源向电感供应能量。
当开关S断开时，二极管正向导通，输出级吸收来自电感与输入端电源的能量。
在进行稳态分析时，假定输出滤波器足够大，以确保以恒定的输出电压Uo（t）=Uo。
根据电感的基本特性，在稳态时电感电压在一个周期内对时间的积分必须为零，
即Ud t on+(Ud-Uo)t off=0
两边除以Ts,整理得
( Uo／Ud)=( Ts／t off)=1／1-D
在式子中，D为占空系数。
当输入电压Ud保持不变时，改变D即可改变输出电压Uo。
其实验电路如图所示。
三，实验仿真
直流升压斩波变换电路仿真
启动MATLAB6.1进入SIMULINK后新建文档，绘制直流升压斩波变换电路模型图如图所示。
双击各个模块，在出现的对话框内设置相应的参数。
1，直流电压源参数设置：直流电压源电压为100V
2，电阻，带内容参数设置：C=0.7*0.00001F,L=10Mh,R=10欧姆
3，脉冲发生器模块的参数设置:在本次实验中设置为1V，周期为0.002S，脉宽为20％
设置好各模块参数后，单击工具栏的START命令仿真。
双击示波器模块，得
到仿真结果。
实验十 直流斩波电路实验
L=3.2mH，连续与不连续临界工作状态时的 iC、iD 波形
L=3.2mH，连续与不连续临界工作状态时的 VD 波形 L=3.2mH，连续工作状态时的 VL、iL 波形 L=3.2mH，连续工作状态时的 Vbe、Vce 波形
L=3.2mH，连续工作状态时的 iC、iD 波形 L=3.2mH，连续工作状态时的 VD 波形 L=3.2mH，不连续工作状态时的 VL、iL 波形
M=f(D)
3
2.5
2
M
1.5
1
0.5
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
D
L=1.6mL 时 M=f(D)曲线
M=f(D)
3
2.5
2
M
1.5
1
0.5
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
D
六、 实验结果分析
1.试对 Buck‐Boost 变换器的优缺点作一评述。 降压/升压变换器主要有以下特点： （1） 降压/升压变换器工作在不连续模式，其输入电流和输出电流都经过
四、 实验内容与步骤
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 iL 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 iL 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 Vbe、Vce、VD、VL、iL、iC、iD 等波 形。 5.测出直流电压增益 M=VO/VS 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 iS 与输出电流 iO 影响。
直流斩波电路的设计.
直流斩波电路的设计摘要：本文主要介绍的是直流斩波电路的设计，通过对直流源，控制电路，驱动电路和保护电路的设计完成整个直流斩波电路的设计。
关键词：直流斩波；控制；驱动；保护引言直流斩波器(DC 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/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。
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：降压斩波器（Buck Chopper电路），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。
升压斩波器（Boost Chopper电路），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降压或升压斩波器（Buck-Boost Chopper电路）降压或升压斩波器（Cuk Chopper电路）Sepic斩波电路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，前者的应用是逐渐萎缩，而后者的应用方兴未艾、欣欣向荣，是电力电子领域的一大热点。
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)%。
3直流斩波电路原理实验报告
实验报告课程名称：现代电力电子技术实验项目：直流斩波电路原理实验实验时间：实验班级：总份数：指导教师：朱鹰屏自动化学院电力电子实验室二〇〇年月日广东技术师范学院实验报告学院：自动化学院专业：电气工程及其自动化班级：成绩：：学号：组别：组员：实验地点：电力电子实验室实验日期：指导教师签名：实验〔二〕项目名称：直流斩波电路原理实验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,从而可到达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。
斩波器触发电路和原理可参见实验一内容。
实验接线如下列图所示，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。
直流斩波电路的设计课程设计
目录1 选题背景1．1 Buck电路的发展状况、基本原理及应用 (1)1．2基本设计任务 (1)1.2.1 基本要求 (1)1.2.2 设计步骤 (1)1.2.3设计方法 (2)2 设计方案论证 (2)3 各主要电路及部件工作原理 (2)3.1控制电路 (2)3.1.1 SG3525芯片介绍 (2)3.2驱动电路 (6)3.3降压斩波主电路.........................................................................................4原理总图...............................................................................................................5 元器件清单...........................................................................................................6设计结果与分析...................................................................................................7设计体会及今后的改进意见...............................................................................7.1 体会..........................................................................................................错误!未定义书签。
7.2 本方案特点及存在的问题......................................................................错误!未定义书签。
IGBT直流斩波电路的设计1解读
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触发电路的设计 (2)1.4驱动电路设计 (3)1.5保护电路分析 (5)2仿真分析与调试 (6)2.1建立仿真模型 (6)2.2仿真结果分析 (8)3确定实际参数 (11)心得体会 (13)参考文献 (14)附录：..................................................... 错误！未定义书签。
IGBT 直流斩波电路的设计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 电路结构框图除了上述主要结构之外，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器隔离。
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E M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 ；A 表示导通时间占空比。
直流斩波电路的性能研究
直流斩波电路的性能研究一、实验原理与容：直流斩波电路〔DC Chopper〕的功能是将直流电变为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〕。
目前比拟根本的和较为常用的直流斩波电路有以下几种：一）降压斩波电路〔Buck Chopper〕1、电路图如下：2、降压斩波电路原理：在t=0时驱动V导通，电源E向负载供电，负载u o=E，负载电流i o按指数曲线上升。
当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，通常串接L值较大的电感。
只一个周期T完毕，再驱动V导通，重复上一周期过程。
当电路工作于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等U o的值与占空比〔alpha〕成正比。
3、典型应用：拖动直流电机，带蓄电池负载二〕升压斩波电路〔Boost Chopper〕1、电路图如下：2、升压斩波电路的原理：假设电路中电感L很大，电容C很大。
当V导通，电源E向L充电，充电电流根本恒定位为I1，同时电容C上的电压向负载R供电，由于C值很大，根本保持输出电压u o位恒值，记为U o。
当V关断的时候电源与电感L同时对电容C充电，并且向负载R提供能量。
当电路工作稳定时，有如下方程：U o=(t on+t off)E/t off=TE/t off由上式可知，输出电压高于电源电压。
3、典型应用：直流电动机传动，单项功率因数校正〔Power Factor Correction—PFC〕电路，用于其他交直流电源中三〕升降压斩波电路〔Boost-Buck Chopper〕1、电路图如下：2、升降压斩波电路原理：假设电感L很大，电容C很大，致使电感电流i L和电容典雅即负载电压u o根本为恒值。
V导通，L充电，有电流i1。
同时有电容C维持输出电压根本恒定并向负载R供电。
V关断，电感L向负载提供其所储存的能量，此时有电流i2。
直流斩波电路的性能研究_5
目录一、buck斩波电路工作原理 (1)二、硬件调试 (3)2.1、电源电路 (3)2.1.1 工作原理： (3)2.2 buck斩波电路 (5)2.3、控制电路 (6)2.4、驱动电路 (7)2.5 过压保护电路 (9)2.5.1 主电路器件保护 (9)2.5.2 负载过压保护 (9)2.5.3 过流保护电路 (10)2.6 元器件列表 (12)三、总结 (12)四、参考文献 (13)一、buck斩波电路工作原理直流斩波电路（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。
全控型器件选择绝缘栅双极晶体管（IGBT）综合了GTR和电力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。
所以，此课程设计选题为：设计使用全控型器件为电力MOSFET的降压斩波电路。
主要讨论电源电路、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。
1.1主电路工作原理图1.1 BUCK斩波电路电路图直流降压斩波主电路使用一个Power MOSFET IRF640N控制导通。
基于UC3842 的直流斩波变换器研究与设计
Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2020年第21期·19·文章编号：2095－6835（2020）21－0019－02基于UC3842的直流斩波变换器研究与设计＊孙强1，徐嘉成1，郭晓钰1，李丹丹1，吴亚辉2，杜艳红1，吕海英1（1.天津农学院工程技术学院，天津300384；2.国网天津市电力公司宝坻供电分公司，天津301800）摘要：随着时代的发展，信息技术愈发成熟，开关电源在手机、电脑等各种电子产品和机器设配中应用越发广泛。
在各式开关电源系统中，直流斩波系统具有体积小、质量轻以及成本低等突出优势。
因此设计一款频率高、效率高、绿色环保又安全可靠的直流斩波系统在当前环境下具有现实意义。
设计了一款基于UC3842调制模块的BUCK 型直流斩波系统，其包含误差放大器、PWM 锁存器、PWM 比较器和欠压锁定等单元。
在研究设计中，直流输入端电压为75V ，可以在直流输出端得到电压为36V 的稳定输出，驱动方便，电路简单，较容易实现。
关键词：PWM ；直流斩波；UC3842；Buck 中图分类号：TM46文献标志码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2020.21.007直流斩波系统有体积小、质量轻、电路简单以及效率高等方面的优点，因此在便携式的电子产品、航空航天、电力电子器件以及工业控制等领域中得到广泛应用[1]。
早期的电源一般都是工频整流线性电源，其体积大、功率小、能量密度低，且效率仅有30%～40%。
但随着现代电力电子器件的发展，现有的直流斩波系统（DC-DC 开关电源）以MOSFET 为开关器件，其工作频率为300～500kHz 。
高频化使开关电源的效率提高，体积减小，能量密度增大，已经成为电源发展的趋势，同时高频化也可使经济效益达到最大化[2-3]。
1直流斩波系统原理直流斩波系统是目前电源中最重要的一种，它实现了输入端一种等级的直流到输出端另一种等级的直流的转化。
基于Simulink的直流斩波电路的建模与仿真
基于Simulink 的直流斩波电路的建模与仿真摘要：直流—直流变流电路的功能是将直流电变为另一种固定电压或者可调电压的直流电，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 ），它的功能之将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。
间接直流变流电路是在直接直流变流电路增加了交流环节。
根据电力电子技术的原理，加到负载上的时间即开关导通时间on t 与输出脉冲电压周期T 之比叫做占空比D 。
下面主要介绍降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，buck 斩波电路。
关键词：Matlab/Simulink 直流斩波电路 建模与仿真1直流斩波电路的工作原理 1.1降压斩波电路若斩波器的开关导通时间on t ，关断时间off t ，则开关工作周期T=on t +off t 。
定义占空比为D=on t /T(D<1) ,则输入电压Uo=D*Us 。
这就是降压式斩波电路的调压原理。
1.2升压斩波电路若斩波器的开关导通时间on t ，关断时间off t ，则开关工作周期T=on t +off t 。
定义占空比为D=on t /T ，定义升压比为S U U 0=α。
根据电力电子技术原理，理论上电感储能与释放能量相等，有S S offO U U t T U β1==,还有，D+β=1。
由此可见，当Us 一定时，改变β就可以调节Uo 。
1.3升降压斩波电路若斩波器的开关导通时间on t ，关断时间off t ，则开关工作周期T=on t +off t 。
定义占空比为D=on t /T ，根据电力电子技术原理，则升降压斩波电路有输出电压SSonon Soffon O UDDUt T t Ut t U -=-==1。
由此可见，当Us 一定时，改变D 就可以调节Uo 。
1.4 Cuk 斩波电路其降压变换与升压变换的原理与Buck-Boost 斩波器相同。
2.直流斩波电路的建模与仿真2.1降压斩波电路（1）仿真模型及参数设置电源电压Us=220v ，Em=50v ；电阻设为500Ω，电感为10H ；触发脉冲的幅值为5，周期为0.02，脉冲宽度设为40。
直流斩波3525
实验八 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5 慢扫描示波器 5 万用表三．实验线路及原理1．主电路① 降压斩波电路（Buck Chopper ）降压斩波电路的原理图及工作波形如图3-13所示。
图中V 为全控型器件，选用IGBT 。
D 为续流二极管。
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：i i i U U Ttt t t U α==+=on off on on o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 为开关周朝，α为导通占空比，简称占空比或导通比。
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。
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3-14所示。
电路也使用一个全控型器件V 。
当V 处于通态时，电源U i 向电感L l 充电，充电电流基本恒定为I 1，同时电容C l 上的电压向负载供电，因C l 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 l（a ）电路图 （b ）波形图 图3-13 降压斩波电路的原理图及波形上积累的能量为U i I 1t on 。
当V 处于断态时U i 和L l 共同向电容C l 充电，并向负载提供能量。
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本文研究的背景是直流驱动的轮胎式起重机 混合动力系统. 在基于超级电容的轮胎式起重机 混合动力系统中 ,开发了积复励直流电机调速用 的斩波器 ,额定功率 60 kW.
5 实验结果与分析
1) 起升电动工况下斩波器的运行 试验条 件为直流母线电压 416 VDC ,电枢电流 192 A .
电枢电压的波形基本为方波 ,如图 8 所示. 工 作频率 2 k Hz ,没有明显的电压尖峰.
图 8 正向电动运行时电枢电压波形
起升电动工况 (正转) 下 , I GB T Q4 为主要工 作管 ,该管电压波形如图 9 所示. 电压尖峰约 600 V ,高出工作电压 200 V . 此 192 A 电流负载已达 到该型起重机重载时起动电流值. 当电流较小时 , Q4 电压尖峰更低 ,如电枢电流 100 A 条件下 ,电 压尖峰在 500 V 左右.
第 34 卷 第 3 期 2010 年 6 月
武汉理工大学学报 (交通科学与工程版) J o urnal of Wuhan U niversit y of Technology
( Transpo rtatio n Science & Engineering)
Vol. 34 No . 3 J une 2010
电枢被加上反向电压 ,基本为方波 ,电枢电压 方波电压冲击很小 ,如图 10 所示.
图 12 下放制动 (回馈) 时 Q1 电压波形
图 13 下放制动 (回馈) 时 Q3 电压波形
6 结 束 语
图 10 反向电动时电枢电压波形
下降电动工况 (反转) 下 , I GB T Q2 为主要工 作管 ,该管电压波形如图 11 所示.
2) 下降电动工况下斩波器运行 下降电动
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武汉理工大学学报 (交通科学与工程版)
2010 年 第 34 卷
良好 ,电压尖峰小 ,在 500 V 左右.
图 9 正向电动运行时 IGB T Q4 电压波形
工况实际上与起升工况很类似 ,但下降电动工况 一般是需要换钢丝绳时才用 ,电机需要的功率比 较小. 这里实验条件为直流母线电压 314 V ,电流 约 100 A.
第 3 期
周新民 ,等 :积复励直流电机斩波器设计和研究
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B T 和功率 MOSFET 设计的驱动模块 ,适用于 1 200 V ,1 700 V 电压等级的 I GB T 管驱动 ,提供 两路驱动信号 ,具有短路保护功能 ,工作频率可达 100 k Hz , 电 气 绝 缘 电 压 可 达 4 000 V , 提 供 ±15 V的驱动电压和 ±15 A 的峰值电流[3] .
1 积复励电机的特点及对驱动装置 的要求
复励直流电机的励磁绕组由串励绕组和他励 绕组构成 ,两者产生的磁场是同向增强的 ,为积复 励电机. 积复励直流电机的相关参数有如下关系 :
E = CeΦn
Φ = K1 Ia + Ka I f 他 M = CMΦI a 额定运行时 ,一般他励磁场占 30 % ,串励磁场占 70 % . 负载轻时 ,电枢电流 Ia 较小 ,磁场主要由 他励绕组产生 ,磁场较弱. 因此同样的电枢电压 , 电机转速比较高 ,输出转矩较小. 而在重载情况 下 ,电枢电流 Ia 较大 ,串励绕组产生的磁场加强 , 他励绕组产生的磁场不变 ,输出转矩加大. 因此 , 积复励电机融合了串励电机低速时启动转矩大 , 轻载时高速运行的特点 ,又避免了轻载高速飞车 的可能. 特别适合起重机运行工况 ,即重载大转矩 启动 ,重载低速运行 ,轻载时可高速运行 ,以保证 作业的安全和效率. 直流电机的调速器可采用整流器或斩波器. 鉴于超级电容混合动力系统对能量回收及再利 用 、超级电容储能特点 ,驱动器应采用斩波器. 积 复励直流电机的斩波器应保持其中串励绕组的电 流流向不变. 设计的斩波器要适合轮胎吊的工况. 在起重 机中 ,起升机构的动作主要包括电动起升 、回馈下 放两种工作状态 ,另外在空钩下放时 ,应能实现电 动下放工作状态. 因此斩波器应可实现在 1 ,2 ,4 象限运行. 从控制上讲 ,就是要实现起升电动 、下 放回馈 、下放电动 3 个不同的工况.
以起升机构驱动用斩波器为例 ,系统中起升电 机额定参数为 400 V ,55 kW ,150 A. 为此 ,以起升 机构积复励直流电机为控制对象 ,设计了适合起重 机 3 种工况运行要求的斩波器电路 ,如图 2 所示.
图 4 起升机构制动下放运行时斩波器工作原理图
在电机运行于下放电动工况时 ,Q1 、Q3 互补 PWM 控制 ,Q2 直通 ;Q4 关断. (手柄下降方向 ,Q1 通时 ,经其 D 续流) 如图 5 所示 ,其中实线表示 Q4 导通时电流流向 ,虚线表示 Q4 关断时电流流向.
对于串励电机或复励电机 ,可实现四象限运 行的斩波器一般拓扑结构[122 ] 如图 1 所示.
图 3 起升电动运行时斩波器工作原理图
4 所示 ,其中实线表示 Q4 导通时电流流向 ,虚线 表示 Q4 关断时电流流向.
图 1 四象限运行串励电机斩波器电路拓扑结构
如前所述 ,起重机驱动装置只需实现 3 种工 况要求 ,因此电路可作适当简化 ,以节省成本.
收稿日期 :2010203220 周新民 (19652 ) :男 ,工学硕士 ,副教授 ,主要研究 斩波器电路设计
武汉理工大学学报 (交通科学与工程版)
2010 年 第 34 卷
对于他励直流电机 ,斩波器的经典结构是采 用 H 桥 ,控制方式分为单极式和双极式 ,可实现 四象限运行. 然而 ,对于串励电机或复励电机 ,要 实现四象限运行 ,不能采用经典的 H 桥电路. 应 保证串励绕组的电压方向不变 ,并改变电枢电压 方向和大小 ,从而达到电机速度的调节目的.
积复励直流电机斩波器设计和研究
周新民1) 董明望2) 周东祥3)
(武汉理工大学自动化学院1) 武汉 430063) (武汉理工大学物流学院2) 武汉 430063) (华中科技大学电子科学与技术系3) 武汉 430070)
摘要 :分析了积复励直流电机工作特点 ,设计了适合起重机工况的直流斩波器电路 ,并分析其工作
参考文献
[ 1 ] 黄 智 ,黄 琦 ,孙震东. 基于直流电机的电动汽车 控制器控制电路设计[J ] . 车辆与动力技术 ,2007 (2) : 52264.
[ 2 ] 黄 智. 电动汽车控制器的设计与实现 [ D ] . 西安 :电 子科技大学自动化工程学院 ,2007.
[ 3 ] 孙 晖. 轮胎式起重机混合动力系统主电路的研究 与设计[ D ] . 武汉 :武汉理工大学自动化学院 ,2009.
在电机 运行于 起升电 动工况 时 , Q4 进 行 PWM 控制 ,Q1 直通 ;Q2 ,Q3 关断. 电路中电流的 流向如图 3 所示 ,其中粗实线表示 Q4 导通时电 流流向 ,虚线表示 Q4 关断时电流流向.
在电机运行于制动下放工况时 ,Q1 ,Q3 互补 PWM 控制 ;Q2 直通 ,Q4 关断 (手柄下降方向 ,Q3 通时 ,经 D1 / D4 续流 ;Q2 实际上无法导通) ,如图
原理. 对驱动电路的设计进行了描述 ,给出了起重机升降试验的工作波形. 试验表明 ,所设计的直
流斩波器能够满足起重机各种工况的要求.
关键词 :积复励电机 ;斩波器 ;起重机
中图法分类号 :U266. 2
DOI :10. 3963/ j. issn. 100622823. 2010. 03. 042
混合动力技术的着眼点在于降低发动机容 量 ,回收惯性制动能 ,从而达到节能降耗的目的. 在起重机械中 ,起重机作业过程中存在大量的势 能消耗 ,因此 ,在起重机械中采用混合动力技术同 样可以收到可观的节能效果.
如果 Rg 的值较大 ,则降低了 IGB T 的开关速 度 ,增加了开关损耗 ,但 d I/ dt 和 dV / dt 都会减 小 ,从而降低了吸收电路的功率等级和发热量. 因 此 Rg 的取值应折中选择.
栅极电阻 Rg 的数值 ,在 I GB T 说明书中用测 定交换特性时的标准门极电阻值表示. 一般将该 值当做门极电阻 Rg 的大致标准 ,一般取其值的 1～10 倍. 一 般 电 流 等 级 越 大 的 IGB T 选 择 Rg 越小.
图 11 反向电动时 IGB T Q2 电压波形
3) 下放制动 (回馈) 工况下斩波器的运行 下放制动 (回馈) 工况下 ,能量将回馈到母线侧. 在 轮胎式起重机样机实际吊载的系统实验中 ,采用 超级电容2DC 变换装置吸收回馈的势能 ,母线电 压实际电压为 420 V ,电机回馈电流 79 A ,电枢电 压 400 V. 主要工作管 Q1 , Q3 的电压波形如图 12 ,13 所示. 从图中可以看出 , IGB T 管运行波形
图 5 起升下放电动运行时斩波器工作原理图
起升机构电动下放工况及制动下放运行工况 下 ,斩波器的控制方式 ,占空比的调节是一样的. 而电机处于发电制动还是电动 ,取决于带载 、系统 阻尼转矩情况 ,两者可自然过渡 ,斩波器工作状态 的切换平滑.
3 驱动控制电路设计
2SD315A 是瑞士 CONCEP T 公司专为 I G2
图 2 积复励直流电机斩波器拓扑结构图 F2串励绕组 ;Q1 ,D1 ,Q4 ,D42斩波模块 ;Df2续流二极管
从设计角度考虑 ,电动正转与反转的功率要 求 、回馈功率的要求均有所差异. 因此设计的电路 在 I GB T ,回馈二极管的选型上均有所考虑 ,在满 足系统要求的基础上 ,可节省成本.
通过斩波器拓扑结构的改变 ,控制串励磁场 的方向 ,不论是串励 、复励直流电机 ,均可通过所 设计的斩波器进行无级调速驱动 ,并实现回馈制 动 ,可运行于第四象限. 本文所设计的斩波器可以 适合起重机起升 、下放电动 、下放回馈制动不同工 况 ,满足起重机电机驱动要求. 其运行的可靠性在 实验和实际系统运行中得到了证明.