直流斩波电路课设资料

电力电子技术课程设计说明书直流降压斩波电路的设计院、部：学生姓名：指导教师：职称专业：班级：完成时间：摘要直流降压斩波电路又称为Buck变换器，它对输入电压进行降压变换。

通过控制电路的占空比即通过IGBT来控制降压斩波电路的输出电压。

直流斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的DC-DC变换器 ,在直流传动系统、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用.随之出现了诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路。

直流斩波技术已被广泛用于开关电源及直流电动机驱动中，使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。

全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波等领域得到了广泛的应用。

首先分析了直流斩波主电路（即Buck变换器）的工作原理，计算了电路的电压电流和IGBT承受的正反向电压，按照留有裕量的选型原则，选择了IRG4PC40U型号的IGBT，并对其参数进行了介绍。

利用PWM控制芯片SG3525作为触发电路的核心部件，最后利用MATLAB建立了仿真模型，设置了模型的参数，并进行了仿真。

仿真结果证明了设计的正确性。

关键字：设计；仿真；直流降压斩波；Buck目录1 绪论 (1)1.1 设计的背景与意义 (1)1.2 直流斩波发展现状 (1)1.3 本设计主要内容 (2)2 直流斩波主电路的设计 (3)2.1 设计原始参数 (3)2.2 直流斩波电路原理 (3)2.3 主电路的设计 (4)2.3.1 直流降压斩波电路 (4)2.3.2 直流降压斩波电路参数计算 (4)2.3.3 主电路参数分析 (5)3 控制电路设计 (7)3.1 PWM控制芯片SG3525简介及特点 (7)3.2 SG3525内部结构及工作特性 (7)3.3 触发电路 (9)4 仿真调试 (10)4.1 仿真软件的介绍 (10)4.2 仿真模型建立 (10)4.3 仿真结果分析 (12)结束语 (15)参考文献 (16)致谢 (17)附录 (18)附录A：元件清单 (18)附录B：主电路CAD图 (19)1 绪论1.1 设计的背景与意义直流斩波主要应用于低压大电流领域，其目的是为了解决续流管的导通损耗问题。

采用一般的二极管续流，其导通电阻较大，应用在大电流场合时，损耗很大。

用导通电阻非常小的MOS管代替二极管，可以解决损耗问题，但同时对驱动电路提出了更高的要求。

此外，对Buck电路应用同步整流技术，用MOS管代替二极管后，电路从拓扑上整合了Buck和Boost两种变换器，为实现双向DC ／DC变换提供了可能。

由于直流斩波具有调压、调磁等作用，因此它的应用领域之一是直流电机的调速。

直流电机的转速取决于电枢电压及磁场的大小，通过直流斩波器的调压作用，可以调节电机的电枢电压，达到调速的目的。

另外，通过直流斩波器的调磁作用，可以调节电机的磁场及励磁电流，也可以达到调速的目的。

直流电机调速在地铁、城市无轨电车、电动汽车等运输车辆上得到了广泛的应用。

直流斩波的另一应用领域是直流供电电源。

在各种应用场合中，不同用电设备所需要的直流供电电压的等级不同，采用直流斩波器可以将单一的、不稳定的直流输入电压变换成负载所需要的稳定的、不同电压等级的直流供电电压，因为直流斩波器工作在开关状态，因此这种类型的直流供电电源也称为开关电源。

开关电源在计算机、通信等各个领域也得到了广泛的应用。

1.2 直流斩波发展现状电力电子学(Power Electronics)是应用于电力技术领域中的电子学，在工程应用中称为电力电子技术(Power Electronic Technique)。

它是以利用大功率电子器件对电能进行变换和控制为研究内容，是一门与电子、控制和电力紧密相关的边缘学科。

它在电能的产生和使用之间建立了一种关系,在这种关系下，电能的产生、输送和使用都有很高的效率，而且各种不同的负载都能得到其所期望的最佳能量供应形式和最佳的控制。

因此，电力电子技术不仅大量用于传统电力系统中的交直流输变电装置，更广泛应用于工业生产各个领域中各种电机的交直流调速，材料加工领域中各种加热电源(如中高频感应加热电源、焊接电源等)的能量输出控制等。

随着技术的发展，以电压驱动的各种全控型高频大功率器件及其功率模块相继出现，这为制造各种小巧轻便、性能稳定的高效率和高品质高频开关电源提供了条件，这类电源目前广泛用于各种通讯设备、计算机乃至各类家电产品。

现代电力电子技术(Modern Power Electronic Technique)主要以该领域中那些后起的，目前最具发展前景的全控型电力电子器件如Power-MOSFET、IGBT、MCT、PIC等为背景，介绍它们的基本结构、工作原理、主要参数、应用特点，以及器件应用中的驱动、保护等基本问题，分别介绍在硬PWM开关和软PWM开关条件下的各类变换电路。

而直流斩波器（DC Chopper）是一种把恒定直流电压变换成为另一固定电压或可调电压的直流电压，从而满足负载所需的直流电压的变流装置。

也称为直接直流-直流变换器（DC/DC Converter）。

它通过周期性地快速通、断，把恒定直流电压斩成一系列的脉冲电压，而改变这一脉冲列的脉冲宽度或频率就可实现输出电压平均值的调节。

直流斩波器除可调节直流电压的大小外，还可以用来调节电阻的大小和磁场的大小。

直流传动、开关电源是斩波电路应用的两个重要领域，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。

前者是斩波电路应用的传统领域后者则是斩波电路应用的新领域。

直流斩波器的种类较多，包括6种基本斩波器：降压斩波器（Buck Chopper）、升压斩波器（Boost Chopper）、升降压斩波器(Boost-Buck Chopper)、Cuk斩波器、Sepic 斩波器和Zeta斩波器，前两种是最基本的类型。

1.3 本设计主要内容首先分析了直流斩波主电路（即Buck变换器）的工作原理，计算了电路的电压电流和IGBT承受的正反向电压，按照留有裕量的选型原则，选择了IRG4PC40U型号的IGBT，并对其参数进行了介绍。

利用PWM控制芯片SG3525作为触发电路的核心部件，最后利用MATLAB建立了仿真模型，设置了模型的参数，并进行了仿真。

仿真结果证明了设计的正确性。

本设计说明书主要分为4章，第1章绪论，主要介绍了直流斩波的应用及发展现状。

第2章直流斩波主电路的设计主要介绍了直流斩波电路原理及直流降压斩波电路的主电路设计、参数分析等。

第3章触发电路分析主要介绍了PWM控制芯片SG3525简介及其内部结构、工作特性，整体触发电路的相关设计。

第4章电路系统仿真及结论主要介绍了仿真软件MATLAB的Simulink组件，仿真电路及其仿真结果分析。

2 直流斩波主电路的设计2.1 设计原始数据设计一个电路，要求实现直流输入电压200V ，输出电压50V-100V 连续可调，输出最大电流40A ，实现DC-DC 变换，接阻感性负载。

2.2 直流斩波电路原理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1所示。

在开关器件V 导通时，有电流经电感L 向负载供电，在V关断时，电感L 释放储能，维持负载电流，电流经负载和二极管VD 形成回路。

调节开关器件V 的通断周期，可以调整负载侧输出电流和电压的大小。

图1 直流降压斩波电路（1）式（1）中T 为V 开关周期,on t 为导通时间，α为占空比。

Uo 最大为E ，减小α ，Uo 随之减小，降压斩波电路。

也称为Buck 变换器(Buck Converter)负载电流平均值为：00U E I R-= （2） 电流断续时，Uo 平均值会被抬高，一般不希望出现。

根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路可有三种控制方式:（l ）保持开关周期T 不变，调节开关导通时间on t ，称为PWM(Pulse WidthE E T t E t t t U α==+=on offon on oMadula-tion)或脉冲调宽型。

（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。

2.3 主电路的设计2.3.1 直流降压斩波电路直流降压斩波主电路框图，如图2所示：图2 直流降压斩波主结构框图2.3.2 直流降压斩波电路参数计算（1）设计降压斩波电路中，直流降压变压器电源电压E =200V ，负载电阻R =10Ω，试选L =2mH,T =50μS ,on t =25μS 。

根据判断电流断续的条件：11-->e e m ραρ (3) 0.0002==R L τ，0.1==τρT ，0.05=αρ m >0.48711=--e e ραρ(4)所有所选L 符合要求，电流不断续。

（2）IGBT 的参数设定此次设计的电源电压为220V ，开关频率f =40kHz,当二极管VD 导通时V 的C 和E 两端承受的电压为电源电压，因此max 220CE U V =。

U GE(th)随温度的升高略有下降，温度每升高1°C ，其值下降5mV 左右。

在+25°C 时，U GE(th)的值一般为2-6V 。

参考电力电子技术课本可得：R E m e e R E R E e e I m T t )11()11(//min1---=---=ρσρττ （5）R E m ee R E R E e e I m T t )11()11(//max 1---=---=----ρσρττ （6） 式（5）、（6）中，τρ/T =；E E m m /=；αρττ==T T t t 11/。

若取R 为22Ω，则：10/220max ==R I A （3）续流二极管VD 的参数设定VD 所承受的最大反向电压是当IGBT 导通是的电源电压100V 。

所承受的最大电流是当IGBT 关断瞬间电感L 作用在VD 上的电流，此电流为22max =I A 。

（4）电感的参数设定由上面所选的电阻10Ω，根据欧姆定律：（7） 由式（7）可知，当O U =80V 时，o max =8I A;当O U =50V 时，min 5o I =A ;根据电感电流连续时电感量临界值条件：000(U )/(2U I )d d L U U =⨯-为了保证负载最小电流电路能够连续，取05I =A 来算，可得L =0.0625mH ，所以只要所取电感L >0.0625mH ，取L =1mH 。