降压斩波电路仿真

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斩波变换器基础四仿真

1 Buck 变换器降压式变换器是一种输出电压等于或小于输入电压的单管非隔离直流变换器。

图 1-1 Buck 变换器原理图1.1Buck 变换器仿真与参数计算降压变压器主电路参数：输入电压为200V,输出电压为25V ，纹波电压为输出电压的0.2%，负载电阻为20Ω，工作频率为50kHz 。

025%onS U t D U T===(1-1) 由已知参数带入公式计算临界电感()10.3752C D L RT mH -==(1-2)这个值是电感电流连续与否的临界值，C L L >则电感连续，基准组我们要使电感电流连续可选为临界电感的1.2倍，即为0.475mH 。

根据纹波的要求和电容计算公式可得电容值()0212608U D C T uF L U -==(1-3)表1-1 Buck 变换器仿真参数仿真模型建立如下，仿真时间为0.1s,仿真算法为ode23t 。

U0.2%图1-2 Buck 变换器仿真模型1.2 Buck 变换器输出波形与分析如下图所示，电感电压开关管导通电压恒定为150V,当开关管关闭时，电感要阻碍电流的突然减小，于是电感中储存的磁场能转化电能，开始续流，电感电极性改变为-50V 。

因为电感大于临界电感，电感储能足够在下个周期来临前值恒大于零，不会造成电感电流断续。

输出电压小于理论要求电压的50V,是因为反并联二极管有一定的阻和导通压降造成的一定误差。

开关管电流和二极管电流按占空比交替导通。

0.51Ug-1000100200UL 05iL49.3249.34U0024iT 0.09580.09580.09580.09590.09590.095924iD图 1-3 Buck 变换器仿真波形一(输入20V ，占空比25%，电感0.475mH ，电容260uF)1．3改变参数与分析变化原因（1）将电感值提升为H ，电感电流仍然连续，但是峰值有所降低，且纹波围有所减小。

电流峰值降低是因为电感值大，由于自感产生的反电动势阻碍了电流的增大。

【精品】降压斩波电路仿真

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持. 【关键字】精品电子技术课程设计说明书IGBT降压斩波电路设计学生姓名：谢树勋学号：08学院：信息与通信工程学院专业：电气工程及其自动化指导教师：石喜玲、张颖2011年12月中北大学电子技术课程设计任务书2011/2012 学年第一学期学院：专业：学生姓名：学号：课程设计题目：IGBT降压斩波电路设计起迄日期: 12月19日~ 12月30 日课程设计地点:电气工程系软件实验室指导教师:石喜玲、张颖系主任：王忠庆下达任务书日期: 19日课程设计任务书课程设计任务书目录1引言 (1)2 降压斩波电路的设计目的 (1)2.1降压斩波电路的设计内容及要求 (1)2.2降压斩波电路主电路基本原理 (2)3 IGBT简介 (2)4元件参数选择 (3)5 M AT LA B仿真 (4)5.1主电路的仿真 (4)6结论分析 (5)7心得体会 (6)8 参考文献 (6)1 引言高频开关稳压电源已广泛运用于基础直流电源、交流电源、各种工业电源，通信电源、通信电源、逆变电源、计算机电源等。

它能把电网提供的强电和粗电，它是现代电子设备重要的“心脏供血系统”。

BUCK变换器是开关电源基本拓扑结构中的一种，BUCK变换器又称降压变换器，是一种对输入输出电压进行降压变换的直流斩波器，即输出电压低于输入电压，由于其具有优越的变压功能，因此可以直接用于需要直接降压的地方。

2.降压斩波电路的设计目的(1). 通过对降压斩波电路（buck chopper）的设计，掌握buck chopper电路的工作原理，综合运用所学知识，进行buck chopper电路和系统设计的能力。

(2). 了解与熟悉buck chopper 电路拓扑、控制方法。

(3). 理解和掌握buck chopper 电路及系统的主电路、控制电路和保护电路的设计方法，掌握元器件的选择计算方法。

(4). 具有一定的电力电子电路及系统实验和调试的能力2. 1降压斩波电路的设计内容及要求(1). 设计内容: 对Buck Chopper 电路的主电路和控制电路进行设计，参数如下：直流电压E ＝200V ，负载中R ＝10Ω，L 值极大,反电动式E1＝30V 。

降压斩波电压源仿真报告

电力电子与电力传动实训仿真报告项目名称：项目负责人：项目成员：负责老师：指导老师：2015年 10月日项目成绩：评阅人：指导老师：年月日项目负责人：姓名学号项目成员：姓名学号项目成员：姓名学号摘要电源是各种电子设备不可或缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。

由于开关电源本身消耗的能量低，电源效率比普通线性稳压电源提高一倍，被广泛用于电子计算机、通讯、家电等各个行业。

它的效率可达85％以上，稳压范围宽，除此之外，还具有稳压精度高、不使用电源变压器等特点，是一种较理想的稳压电源。

本项目对降压斩波电压源进行了主电路、控制电路设计，进行了闭环特性研究。

项目根据电力电子技术课程对降压斩波电压源主电路进行了建模，采用控制策略为电压单闭环控制。

在建模的基础上在simulink软件中搭建模块进行了闭环仿真；闭环系统对输入电压变化能稳定输出电压，对负载变化能稳定输出电压，验证了闭环系统的稳定性。

目录1、项目技术目标．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１2、项目的主电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 2.1 主电路原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 2.2 工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12.3 参数选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23、项目的控制电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 3.1 控制电路方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 3.2 控制电路原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43.3 参数选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．44、系统仿真．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 4.1 仿真模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．44.2 仿真结果．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．55、结论、问题和体会．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．71、项目技术目标本项目是斩波电压源，要求：输入电压：DC200V，电压波动±15%输出电压：DC110V输出功率：1kW恒压精度：优于5%电压调整率：优于5%负载整率：优于5%可采用电压闭环或电压和电流双闭环控制。

升降压斩波电路的MATLAB 仿真

由电路图得，IGBT的反向截止电压为电源电压与输出电压之和，与波形相符。通过IGBT的电流由于电感的限制也是逐渐增大的 2．升压情况：设占空比为0.55，输出电压理论值为Uo=0.55/ （1-0.55）*50=61V。波形及数据分析与降压斩波情况计算方法类似。
五、讨论探索在电路的运行过程中，纹波可以近似理解为：IGBT导通，二极管截止时左边电路部分为动态电路的完全响应过程，右边部分为零输入响应；IGBT截止，二极管导通时左边电路部分断开，右边部分仍为零输入响应。
升降压斩波电路的MATLAB 仿真及分析
一电路原理
• 设电路中电感L很大，电容C也很大，使得电感电流��和电容电压即负载电压��基本为恒值。该电路的基本工作原理是：当可控开关V处于通态时，电源E经V向电感L供电使其储存能量，此时电流为��1，同时C维持输出电压恒定并向负载R供电。之后使得V关断，L的能量向负载释放，电流为I2，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路。 • 稳态时，一个周期T内电感L两端电压UL对时间积分为零，即
由上图，当IGBT导通时，电感电压Ul等于电源电压E；当IGBT关断时，电感电压Ul等于输出电压Uo。由u=L*di/dt得△i=u*t/L,所以电流增量△i与时间t正比，逐渐增大；经过计算，在导通时间内，电感电流增量为△i=U/L*t1=50/(1.1e-2)*(1e-4)*0.42=0.19A，与波形相符；在关断时间内，电感电流增量为△i=-[U/L*(t2t1)]=-[50/(1.1e-2)*(1e-4)*(1-0.42)]= -0.19A，不计误差时与波形中△i=0.3-0.12=0.18A相符。

直流斩波电路建模仿真

项目一降压式直流斩波电路建模仿真实训一、降压式直流斩波电路（buck ）（1）原理图用IGBT 作为电路的控制开关，用上一个二极管起续流作用，在加上L-C 低通滤波电路组成Buck 电路。

如图1-1。

+-U0E图1-1（2）建立仿真模型根据原理图用matalb 软件画出正确的仿真电路图，如图1-2。

图1-2仿真参数，算法（solver ）ode15s ，相对误差（relativetolerance ）1e-3，开始时间0结束时间0.05s ，如图1-3。

图1-3脉冲参数，振幅1V，周期0.002，初始占空比为10% 如图1-4图1-4电源参数，电压100v 如图1-5所示。

图1-5 IGBT参数，如图1-6所示。

图1-6电感参数设为0.1H，如图1-7所示图1-7电感参数设为0.1H，如图1-8所示图1-8（3）仿真参数设置设置触发脉冲的占空比分别为30%、50%、60%、90%。

与其产生的相应波形分别如图1-9、图1-10、图1-11、图1-12。

在波形图中第一列波形为流过二级管的电流波形，第二列波形为流过IBGT的电流波形，第三列波形为IGBT的电压波形，第四列波形为负载电流波形，第五列波形为负载的电压波形。

图1-9图1-10图1-11图1-12（4）小结当输入电压E不变时，输出电压随占空比D的线性变化而线性变化，而与电路其他参数无关。

输出电压U0=DE，即占空比越大，输出电压越大，最大等于E。

项目二升压式直流斩波电路建模仿真实训二、升压式直流斩波电路（boost ）（1）原理图升压式直流斩波电路与降压式直流斩波电路最大的不同，控制开关IGBT 与负载R 呈并联形式连接。

如图2-1。

-U0E图2-1（2）建立仿真模型根据原理图用matalb 软件画出正确的仿真电路图，如图2-2。

图2-2仿真参数，算法（solver ）ode15s ，相对误差（relativetolerance ）1e-3，开始时间0结束时间0.05s ，如图2-3。

电力电子技术实验报告--直流斩波电路的仿真

实验报告（理工类）
通过本实验，加深对直流斩波电路工作原理的理解，并学习采用仿真软件来研究电力电子技术及相关控制方法。

二、实验原理
V L/R
¥GVD u 。

图2.1直流降压电路原理图
直流降压变流器用于降低直流电源的电压，使负载侧电压低于电源电压，其原理电路如图2.1所示。

U 。

=
&E=『E=aE （2-1） 4>n+^off /
式（2-1）中，T 为V 开关周期，%为导通时间，为占空比。

在本实验中，采用保持开关周期T 不变，调节开关导通时间&I 的脉冲宽度调制方式来实验对输出电压的控制。

仿真的模型线路如下图所示。

开课学院及实验室:
实验时间：年月日一、实验目的
图2.2降压斩波电路仿真模型
在模型中采用了IGBT,IGBT的驱动信号由脉冲发生器产生，设定脉冲发生器的脉冲周期和脉冲宽度可以调节脉冲占空比。

模型中连接多个示波器，用于观察线路中各部分电压和电流波形，并通过傅立叶分析来检测输出电压的直流分量和谐波。

三、实验设备、仪器及材料
PC机一台、MATLAB软件
四、实验步骤（按照实际操作过程）
1.打开MATLAB,点击上方的SimUlink图标,进入SimUIinkLibraryBroWSer模式O
2.新建model文件，从SimulinkLibraryBrowser选择元器件，分别从sinks和SimPowerSystems 中选择，powergui单元直接搜索选取
3.根据电路电路模型正确连线
五、实验过程记录（数据、图表、计算等）
六、实验结果分析及问题讨论。

(整理)电力电子直流斩波电路建模仿真

（一）降压式直流斩波电路工作原理该电路使用全控型器件V,若为晶闸管，须设置使晶闸管关断的辅助电路,为在V关断时给负载中的电感电流提供通道,设置了续流二极管VD, 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,如图中E M所示,若负载中无反电动势时,只需另其为0,以下的分析及表达式均可适用。

（1）t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压U0=E，负载电流i0按指数曲线上升。

（2）t=t1时控制V关断，二极管VD续流,负载电压U0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。

图2-1 降压斩波电路原理图图2-2 电流连续时工作波形图2-3 电流断续时的工作波形电流连续时负载侧输出电压平均值和电流平均值分别为：上式中t on 为开通时间，t off 为关断时间，T 为开关周期，α为导通占空比。

U 0最大为E ，减小占空比，U 0将减小，因此称为降压斩波电路。

（二）升压式直流斩波电路工作原理图2-4升压式直流斩波电路原理图该电路也是使用一个全控型器件，以下来分析电路的工作原理：首先假设电路中的电感L 值很大，电容C 值也很大，V 处于通态时，电源E 向电感L 充电，电流I1恒定，电容C 向负载R 供电，输出电压U 0恒定。

V 处于断态时，电源E 和电感L 同时向电容C 充电，并向负载提供能量。

其工作的原理波形图如下所示设V 通态的时间为t on ，此阶段L 上积蓄的能量为t on Ei 1 设V 断态的时间为t off ，则此期间电感L 释放能量为（u 0-E)i 1t off ，稳态时，一个周期T 中L 积蓄能量与释放能量相等，即：（式3）化简得：其中所以输出电压为：（式5）（式4）（式1）（式2）升压斩波电路之所以能使输出电压高于电源电压，关键有两个原因：一是L 储能之后具有使电压泵升的作用，二是电容C 可将输出电压保持住。

DCDC直流斩波电路地仿真

电力电子电路建模与仿真实验实验二DC/DC直流斩波电路的仿真姓名：所在院系：班级：学号：一、实验目的1 进一步掌握PSIM软件的使用方法。

2 学习常用直流斩波电路的建模与仿真方法。

3 加深理解各斩波电路的工作原理和不同变换特性。

二、实验内容、步骤与结果1 降压斩波电路（1）、按图2-1设计仿真电路，设置电路参数，使其工作在连续模式，记录开关电压，输出电压与电流的波形及相应的仿真参数。

图2-1（电路原理图）连续电路参数：L =1H ；R =100欧；F=50HZ；E=100V;占空比：0.8；仿真时间t=0.1s。

仿真波形：图2-1-1（连续模式）（2）、改变电路参数，使其工作在非连续模式，在记录开关电压、输出电压与电流的波形及相应得的真参数。

非连续电路参数：L =0.1H ；R =100欧；F=50HZ；E=200V;占空比：0.6；仿真时间t=1s。

仿真波形：图2-1-2（非连续电路续模式）（3）、测量输出电压的直流分量，分析它与占控比的关系，并与理论值进行对比。

电压的直流分量与波形：80V实验结果分析：(1)电压的直流分量计算公式：U o=t ont on+t off E=t onTE=αE其中a=0.8,且E=100故理论计算值U0=80实际测量值U0=80可见直流电压分量与占空比成正比。

实际测量值与理论计算值相差无几，极为接近。

说明仿真是很准确的，结果真实可信。

2 升压斩波电路（1）、按图2-2设计仿真电路，设置电路参数，使其工作在连续模式，记录开关电压，输出电压与电流的波形及相应的仿真参数。

图2-2（电路原理图及改进电路）连续电路参数L =20mH ；R =20欧姆；C=220uF；F=1000HZ；E=100V;占空比：0.5 ；仿真时间t=50ms。

图2-2-1(连续模式)（2）、改变电路参数，使其工作在非连续模式，在记录开关电压、输出电压与电流的波形及相应得的真参数。

断续电路参数：L =1H ；R =500欧；C=100u；F=1000HZ；E=100V;占空比：0.8；仿真时间t=0.1S。

升压-降压式变换器的仿真讲解

置为1e-03，开始仿真时间设置为0，停止仿真时间设置为 0.002 s； ? （7）控制脉冲周期设置为1e-04s
基于matlab的仿真
?3.控制脉冲占空比分别设为 50%时的波形图如下：
IGBT 电流
二极管电流
电感电流
负载电压
基于matlab的仿真
?负载上平均电压为100 V，波形为有少许波纹的直流电压；
?仿真结果与升降压斩波理论分析吻合。
基于matlab的仿真
?5.控制脉冲占空比分别设为 75%时的波形图如下：
IGBT 电流
二极管电流
电感电流
负载电压
基于matlab的仿真
?负载上平均电压为300 V，波形为有少许波纹的直流电压；
?理论计算：反；
，Uo与E极性相
?仿真结果与升降压斩波理论分析吻合。
直流斩波电路工作原理分析
? 同样地分析BUCK-BOOST 斩波电路的工作过程，可以得到电感上的电压和电流波形如图3-3 所示。
直流斩波电路工作原理分析
? 由伏秒平衡原理可得电感电流连续和断续的输出电压，且其极性与输入相反。
? a) 电感电流连续时，有化简可得
? b) 电感电流断续时，有化简可得
? 由此可以看出，电感电流断续时，BUCK-BOOST 斩波电路的输出电压也增大。
直流斩波电路工作原理分析
?负载电压
，改变导通时间可以轻
松实现直流变换的升降压作用
?则当1>D>0.5时， >1,此时为升压
?当0.5>D>0时， <1 ，此时为降压
基于matlab的仿真
? 1.根据升降压电路原理图建立升压-降压式变换器仿真模型如下：

Buck-Boost变换器的设计与仿真

1 概述直流-直流变流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，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。

其中，直接直流变流电路又叫斩波电路，它包括降压斩波电路（Buck Chopper）、升压斩波电路（Boost Chopper)、升降压斩波电路（Buck/Boost）、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路共六种基本斩波电路。

Buck/Boost升降压斩波电路同时具有Buck斩波电路和Boost斩波电路的特点，能对直流电直接进行降压或者升压变换，应用广泛。

本文将对Buck/Boost升降压斩波电路进行详细的分析。

RVDRVDRVD 2 主电路拓扑和控制方式2.1 Buck/Boost 主电路的构成Buck/Boost 变换器的主电路与Buck 或Boost 变换器所用元器件相同，也由开关管、二极管、电感、电容等构成，如图1所示。

与Buck 和Boost 不同的是电感L 在中间，不在输出端也不在输入端，且输出电压极性与输入电压极性相反。

开关管也采用PWM 控制方式。

Buck/Boost 变换器也由电感电流连续和断续两种工作方式，但在实际应用中，往往要求电流不断续，即电流连续，当电路中电感值足够大时，就能使得电路工作在电流连续的状态下。

因此为了分析方便，现假设电感足够大，则在一个周期内电流连续。

图2-1 Buck/Boost 主电路结构图电流连续时有两个开关模态，即V 导通时的模态1，等效电路见图2（a ）；V 关断时的模态2，等效电路见图2（b ）。

（a ）V 导通（b ）V 关断，VD 续流图2-2 Buck/Boost 不同模态等效电路ttttt2.2 电感电流连续时的工作原理及基本关系电感电流连续工作时的工作主要波形见图2-3。

图2-3电感电流连续时的主要波形为了方便分析，假设电感、电容的值足够大，并且忽略电感的寄生电容。

电感电流连续工作时，Buck/Boost 变换器有V 导通和V 关断两种工作模态。

直流降压斩波电路仿真原理

直流降压斩波电路仿真原理直流降压斩波电路，是一种用电容和二极管构成的电路，被广泛应用于电子设备的电源供给和其他领域。

在该电路中，通过将直流电源与电容器串联，形成一个电压共享点，利用二极管的单向导电性质，使得电容器能够在一定时间内对直流电源进行充电，然后，在电容器充电到一定程度后，通过二极管的导通作用，将电容器内的电子释放到负载电路中，实现一个脉冲电流输出。

这样，就实现了对直流电源电压的降低，同时也消除了信号中的高频干扰。

斩波电路的概念是指将输入的信号转换为另一种形式的信号，并通过转换完成对电路信号的调制。

直流降压斩波电路的仿真原理，是利用数学模型来模拟电路的操作，以验证电路的设计和性能，并帮助设计者在电路实际制造之前进行各种模拟和测试。

仿真可以通过软件进行，这些软件通常提供电路的建模和仿真功能，包括参数设置、调试和性能评估等。

直流降压斩波电路的仿真通常需要考虑的因素包括：1. 电容和二极管的参数：电容的容量和漏电电阻以及二极管的导通电压和承受电流等参数。

2. 输入电压：直流电源的电压值和波形。

3. 负载电路的参数：负载电阻、电感、电容等参数。

4. 斩波电路的拓扑结构：斩波电路不同的连接方式会影响电路的性能，需要进行详细的仿真和分析。

具体的仿真步骤如下：1. 选择合适的仿真软件和建立仿真模型。

2. 设定电路元器件参数，输入电压和负载电路参数等。

3. 运行仿真程序，观察电路输出的波形，用数据分析工具对电路进行评估和分析。

4. 如有需要，通过更改参数或修改电路拓扑结构等方式，进行更加准确的仿真和设计。

5. 根据仿真结果，对电路进行优化和优化，最终设计出符合实际需求的电路。

直流降压斩波电路的仿真原理，是实现电路设计和性能测试的重要方法。

通过仿真分析，可以有效地优化电路性能，提高其可靠性和稳定性，为电子产品的生产和使用提供可靠保障。

直流降压斩波电路在电子产品中被广泛应用，主要用于将高压直流电转换为较小的直流电。

仿真实验1 降压斩波电路

仿真实验1 直流降压斩波电路1. 实验目的完成如下降压斩波电路的计算，然后通过仿真实验检验设计结果，并在此基础上，研究降压斩波电路的工作特点。

设计题图1.1所示的Buck变换器。

电源电压Vs=220V，额定负载电流11A，最小负载电流1.1A，开关频率20KHz。

要求输出电压V o=110V；要求最小负载时电感电流不断流，且输出电压纹波小于1%。

计算输出滤波电感L和电容C的最小取值。

（与第3章习题（1）中计算题2相同）图1.12. 实验步骤1）打开文件“EXP1_buck.mdl”，自动进入simulink仿真界面，在编辑器窗口中显示如图1.2 所示的降压斩波电路的模型。

图1.2 降压斩波电路的模型2）根据上述题目中给出的电路参数及计算得出的滤波电感L和电容C的值配置图1.2电路模型中各元件的参数：电源：U=220V脉冲发生器(pulse)：周期（period,s）＝50e-6 ；占空比（duty cycle,%）＝50电感L: 电感量（inductance,H）= 1.25e-3电容C: 电容量（capacitance,F）=1.25e-5电阻R：电阻值（resistance,ohms）=10记录此条件下的波形，在波形图上估算此时输出电压的纹波系数。

更改电阻参数，使负载电流为1.1A，记录此时的波形，并说明电感电流的特点。

在实验基础上，说明电感L和电容C取值的正确性。

3）观察占空比变化对输出电压的影响。

将电阻值恢复为10。

更改脉冲发生器中的周期参数，在占空比为20％，40％，60％，80％时，观察波形，估计输出电压的值，并计算在不同占空比下的输出\输入电压比，说明占空比与变压比的关系。

4）观察开关频率和滤波参数变化对输出电压纹波的影响。

占空比恢复为50％。

将脉冲发生器输出驱动信号的频率改为原来的一半（10KHz）和二倍（40KHz），观测并估计两种条件下电压纹波的大小。

将脉冲发生器输出驱动信号的频率恢复为20KHz，将滤波电容值改为原来的一般和二倍，观测并估计两种条件下电压纹波的大小。

升、降压直流斩波电路及matlab仿真

目录绪论 (3)一．降压斩波电路 (6)二．直流斩波电路工作原理及输出输入关系 (12)三．D c／D C变换器的设计 (18)四．测试结果 (19)五．直流斩波电路的建模与仿真 (29)六．课设体会与总结 (30)七．参考文献 (31)绪论1. 电力电子技术的内容电力电子学,又称功率电子学(Power Electronics)。

它主要研究各种电力电子器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或装置，以完成对电能的变换和控制。

它既是电子学在强电(高电压、大电流)或电工领域的一个分支，又是电工学在弱电(低电压、小电流)或电子领域的一个分支，或者说是强弱电相结合的新科学。

电力电子学是横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域的一个新兴工程技术学科。

电有直流(DC)和交流(AC)两大类。

前者有电压幅值和极性的不同，后者除电压幅值和极性外，还有频率和相位的差别。

实际应用中，常常需要在两种电能之间，或对同种电能的一个或多个参数(如电压，电流，频率和功率因数等)进行变换。

变换器共有四种类型：交流-直流(AC-DC)变换：将交流电转换为直流电。

直流-交流(DC-AC)变换：将直流电转换为交流电。

这是与整流相反的变换，也称为逆变。

当输出接电网时，称之为有源逆变；当输出接负载时，称之为无源逆变。

交-交(AC-AC)变换，将交流电能的参数(幅值或频率)加以变换。

其中：改变交流电压有效值称为交流调压；将工频交流电直接转换成其他频率的交流电，称为交-交变频。

直流-直流(DC-DC)变换，将恒定直流变成断续脉冲输出，以改变其平均值。

2. 电力电子技术的发展在有电力电子器件以前，电能转换是依靠旋转机组来实现的。

与这些旋转式的交流机组比较,利用电力电子器件组成的静止的电能变换器,具有体积小、重量轻、无机械噪声和磨损、效率高、易于控制、响应快及使用方便等优点。

1957年第一只晶闸管—也称可控硅(SCR)问世后，因此,自20世纪60年代开始进入了晶闸管时代。

实训六降压斩波电路仿真实训

实训六降压斩波电路仿真实训
一、降压斩波电路原理图
降压斩波电路如图3－49所示。

图3－49 降压斩波电路原理图
二、建立仿真模型
1．建立一个仿真模型的新文件。

在MATLAB的菜单栏上点击File，选择New，再在弹出菜单中选择Model，这时出现一个空白的仿真平台，在这个平台上可以绘制电路的仿真模型。

2．提取电路元器件模块。

在仿真模型窗口的菜单上点击图标调出模型库浏览器，在模型库中提取所需的模块放到仿真窗口。

3．将电路元器件模块按降压斩波电路原理图连接起来组成仿真电路。

如图3－50所示。

图3－50 降压斩波电路仿真模型
三、设置模型参数
双击模块图标弹出参数设置对话框，然后按框中提示输入，若有不清楚的地方可以借助help帮助。

仿真参数的设置与前相同。

四、模型仿真
在参数设置完毕后即可以开始仿真。

在菜单Simulation下选择Start，立即开始仿真，若要中途停止仿真可以选择Stop。

在仿真计算完成后即可以通过示波器来观察仿真的结果。

在需要观察的点上放置示波器，双击示波器图标，即弹出示波器窗口显示输出波形。

得到如图3－51、图3－52、图3
－53所示波形。

图3－51占空比0.2时电压和电流波形
图3－52 占空比0.5时电压和电流波形
图3－51占空比0.8时电压和电流波形。

基本斩波电路及仿真波形

0.0982
<Dio de <MO curre SFET nt> curre nt> 0.0983
0.0983
0.0983
当电感为4μH时，仿真如下，可以看到，同样的输入与占空比情况下，电感电流不连续时的输出会变大，且电感值越小输出电压越大。
1 0 -0.5 20 0 -20 20 10 0 23.2 23.1 23 20 10 0 20 10 0 ug uL iL uo iD iT 0.0982 0.0982 <Diode current > <MOSF ET current > 0.0983
单相PWM逆变电路
单相PWM逆变电路的主电路和典型方波逆变电路完全相同，只是其驱动信号不再是占空比0.5的方波，而是采用PWM控制，将宽度变化的窄脉冲作为驱动信号。 SPWM采用的调制波为幅值为Usm,频率为fs的正弦波，载波是幅值为Ucm，频率为fc的三角波。载波信号频率fc与调制信号频率fs之比称为载波比p。
不同占空比输出的电压不同。以下是输入为20V，占空比为30％和60％时各自的输出电压波形。
12 10 8 6 4 2 0 -2 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
40 30 20 10 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
直流变交流的变换电路,称为逆变器。它能够将直流电能转换为交流电能。它按直流电源形式分为电压源逆变器和电流源逆变器。
当其他条件相同，占空比不同时，输出电压会随之占空比的增加而增加。
0.0997
0.0997
电感电流不连续。其他条件不变，当电感为6μH时，其仿真如下：
1 0.5 ug 0 20 0 uL -20 20 0 iL -20 19.7 uo 19.5 15 5 iD 0 15 5 iT 0 0.0982

Buck-Boost降压-升压斩波电路仿真实验

Buck-Boost降压-升压斩波电路仿真实验实验目的掌握Buck-Boost降压-升压斩波电路仿真模型的建立及模块参数和仿真参数的设置。

理解Buck-Boost降压-升压斩波电路的工作原理及仿真波形。

实验设备：MA TLAB/Simulink/PSB实验原理Buck-Boost降压-升压斩波电路如图4-1所示。

ug为IGBT门极触发信号，iT为流过IGBT 集电极的电流，iL为流过储能电感的电流，iD为流过二极管的电流，iC为流过储能电容的电流，id为负载电流，ud为负载电压。

图4-1 Buck-Boost降压-升压斩波电路实验内容启动Matlab，建立如图4-2所示的Buck-Boost降压-升压斩波电路结构模型图。

图4-2 Buck-Boost降压-升压斩波电路模型双击各模块，在出现的对话框内设置相应的模型参数，如图4-3、4-4、4-5、4-6、4-7所示。

图4-3 直流电压源模块参数图4-4 脉冲发生器模块参数图4-5 电感模块参数图4-6 电容模块参数图4-7 负载模块参数系统仿真参数设置如图4-8所示。

图4-8 系统仿真参数运行仿真模型系统即可得到IGBT门极触发信号、流过IGBT集电极的电流、流过储能电感的电流、流过二极管的电流、流过储能电容的电流、负载电流、负载电压的仿真波形，如图4-9所示。

图4-9 Buck-Boost降压-升压斩波电路仿真波形改变IGBT触发脉冲发生器模块的周期或脉冲宽度，改变储能电感或电容的大小，改变负载模块的参数（或改变负载类型），即可得到不同工作情况下的仿真波形。

例如将IGBT 触发脉冲的周期仍然设置为0.001s，但触发脉冲宽度设置为20%，此时的仿真波形如图4-10所示。

图4-10 触发脉冲宽度为20%时的仿真波形实验总结1、总结Buck-Boost降压-升压斩波电路的工作原理。

当可控开关g u 处于通态时，电源E 经可控开关向电感L 供电使其储存能量。

BUCK电路闭环控制系统的MATLAB仿真

. .. .BUCK电路闭环PID控制系统的MATLAB仿真一、课题简介BUCK电路是一种降压斩波器，降压变换器输出电压平均值Uo总是小于输入电压U i。

通常电感中的电流是否连续，取决于开关频率、滤波电感L和电容C的数值。

简单的BUCK电路输出的电压不稳定，会受到负载和外部的干扰，当加入PID控制器，实现闭环控制。

可通过采样环节得到PWM调制波，再与基准电压进行比较，通过PID控制器得到反馈信号，与三角波进行比较，得到调制后的开关波形，将其作为开关信号，从而实现BUCK电路闭环PID控制系统。

二、BUCK 变换器主电路参数设计2.1设计及容及要求1、输入直流电压(VIN)：15V2、输出电压(VO)：5V3、输出电流(IN)：10A4、输出电压纹波峰-峰值 Vpp ≤50mV5、锯齿波幅值Um=1.5V6、开关频率(fs)：100kHz7、采样网络传函H(s)=0.38、BUCK 主电路二极管的通态压降VD=0.5V ，电感中的电阻压降VL=0.1V ，开关管导通压降 VON=0.5V,滤波电容C 与电解电容RC 的乘积为2.2主电路设计根据以上的对课题的分析设计主电路如下：图2-1 主电路图F*Ωμ751、滤波电容的设计因为输出纹波电压只与电容的容量以及ESR 有关，rr rrC L N0.2V V R i I ==∆（1）电解电容生产厂商很少给出ESR ，但C 与R C 的乘积趋于常数，约为50~80μ*ΩF [3]。

在本课题中取为75μΩ*F ，由式(1)可得R C =25m Ω，C =3000μF 。

2、滤波电感设计开关管闭合与导通状态的基尔霍夫电压方程分别如式(2)、(3)所示：IN O L ON L ON /V V V V L i T ---=∆（2）O L D L OFF /V V V L i T ++=∆ （3） off 1/on s T T f += (4)由上得：Lin o L DonV V V V L T i ---=∆ (5)假设二极管的通态压降V D =0.5V ，电感中的电阻压降V L =0.1V ，开关管导通压降V ON =0.5V 。

实验三直流降压斩波电路仿真

实验三直流降压斩波电路仿真一实验的电路图如下：二参数设置1 直流电压电源电压为100V2 电阻，电容的参数设置：Ω10001.03RmhFLC100,=⨯=,=-13 脉冲发生模块的参数设置：在本实验中脉冲的振幅设置为1V，周期设置为0.05S（即频率为20hz），脉冲的宽度为80%，50%和30%。

3 打开仿真/参数窗，选择ode23tb算法，将误差设置为1e-3，开始仿真时间设置为.三波形的记录下图中，第一行为电源电压和电感L端电压，第二行为流过负载电流与二极管两端的电压，第三行为触发信号，第四行为负载电压。

1 实验中脉冲宽度为80%,则占空比D=0.8，此时的波形如下：占空比D=0.5，此时的波形如下：2 当D=0.3时，此时的波形如下：四.实验结果分析：通过本实验的波形图像可以得出，刚开通的一段时间内流过IGBT 的电流为零，由于电感未储存能量，电流刚开始为零，然后逐渐上升。

当IGBT 关闭时，流过其电流为零，其两端电压为电源电压。

此时负载依靠电感上的电能继续有电流通过此时电流降低。

降低快慢与负载的参数和电感大小有关。

当IGBT 继续导通时，给电感充电，此时电流上升。

直到充电与放点达到一个平衡之后就是使整个电流的平均值保持稳定。

其中负载电压的平均值E E t t t U offon on d α=+=由上图可以看出，当D=80%时，理论上负载的电压应为80V，从上图中可以看出负载电压波形稳定后，在80V上下波动，由此可以得出负载电压的平均值约为80V。

同理，当D=50%和D=30%时，也与相应的理论值接近。

指导书1直流降压斩波

实验一电力电子器件仿真过程：首先点击桌面的MATLAB图标，进入MA TLAB环境，点击工具栏中的Simulink选项。

进入我们所需的仿真环境，如图1.1所示。

点击File/New/Model新建一个仿真平台。

这时我们可以在上一步Simulink环境中拉我们所需的元件到Model平台中，具体做法是点击左边的器件分类，这里我们一般只用到Simulink跟SimPowerSystems两个，分别在他们的下拉选项中找到我们所需的器件，用鼠标左键点击所需的元件不放，然后直接拉到Model平台中。

图1.1实验一的具体过程：第一步：我们首先按照之前的方法打开仿真环境新建一个仿真平台，现在我们先仿真新器件GTO的工作原理，按照下表，根据表中的路径找到我们所需的器件跟连接器。

元件名称提取路径触发脉冲Simulink/Sources/Pulse Generator电源Sim Power Systems/Electrical Sources/ DC Voltage Source示波器Simulink/Sinks/Scope接地端子Sim Power Systems/Elements/Ground信号分解器Simulink/Signal Routing/Demux电压表Sim Power Systems/Measurements/ Voltage Measurement电流表Sim Power Systems/Measurements/Current Measurement负载RLC Sim Power Systems/Elements/ Series RLC BranchGTO器件Sim Power Systems/Power Electronics/Gto 提取出来的器件模型如图1.2所示：图1.2第二步，元件的复制跟粘贴。

有时候相同的模块在仿真中需要多次用到，这时按照我们常规的方法可以进行复制跟粘贴，可以用一个虚线框复制整个仿真模型。