《降压斩波电路》word版
降压斩波电路
目录1 选题背景 (3)1.1 指导思想 (3)1.2方案论证 (3)1.3 基本设计任务 (4)1.4 发挥设计任务 (4)1.5 电路特点 (5)2 电路设计 (5)2.1 总体原理图 (5)2.2 工作原理 (5)3 电路原理及芯片介绍 (6)3.1 门铃芯片 (6)3.2 三极管 (6)3.3 电容 (6)3.3 电路简介 (6)4 元器件清单 (7)5 焊接电路 (7)6 检查及结果分析 (7)6.1通电前检查 (8)6.2通电检查 (8)6.2.1按钮开关的检查 (8)6.2.2通电 (8)6.3结果分析 (8)7设计体会及今后的改进意见 (8)7.1体会 (8)7.2本方案特点及存在的问题 (8)7.3改进意见 (9)参考文献 (10)1 选题背景现今社会的进程，人们对家庭的生活的要求越来越高，现在很多家庭都是快节奏的生活每天都是在工作一天，到了家里想要一个比较安静的环境，但是常常有客人到来敲门显得很烦人，对造访者来说，敲门也显得粗鲁，这样就造就了心情不好，1.1 指导思想电子门铃是音乐集成电路的最基本、最简单的应用。
通过利用电子音乐集成电路制作一款音乐电子门铃，并且在按下门铃开关后，门铃会交替两种不同的音调的声音。
1.2方案论证方案一：利用KD-9300制作的音乐电子门铃电路如图1-2-1所示，当按下按钮时，电路被触发，触发信号从门铃集成电路3脚输入，门铃集成电路被触发，从5脚输出音乐信号，经三极管放大到扬声器发声，扬声器中便发出音乐声，唱完后电路又进入休眠状态。
图1-2-1 方案一方案二：如图1-2-2，SA是门上的按钮开关，在平日没有按下的时候，C1无法接通不进行充电，因而C1处电压为0，NE555的4端口（复位端）一直处于低电平，导致3端口输出一直为0，扬声器无法工作。
而C2通过R2、R3、R4进行充电，充满电后，其电压约为电源电压。
当按下SA时，当VCC的电流流过二极管对C1进行充电，其两端电压升高，4端口的电压也开始逐渐升高。
降压斩波电路
摘要直流斩波电路是将直流电变成另一种固定电压或可调电压的DC-DC变换器 , 如果改变开关的动作频率，或改变直流电流接通和断开的时间比例，就可以改变加到负载上的电压、电流平均值。
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MOSFET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。
关键词：Buck Chopper MOSFET Simulink 高频开关目录1 降压斩波电路主电路基本原理 (1)2 MOSFET基本性能简介 (5)2.1 电力MOSFET的结构和工作原理 (5)2.1.1 电力MOSFET的结构 (5)2.1.2 功率MOSFET的工作原理 (6)2.2 功率MOSFET的基本特性 (6)2.2.1 静态特性 (6)2.2.2 动态特性 (7)2.3 电力MOSFET的主要参数 (8)3 电力MOSFET驱动电路 (9)3.1 MOSFET的栅极驱动 (9)3.2 MOSFET驱动电路介绍及分析 (9)3.2.1 不隔离的互补驱动电路 (9)3.2.2 隔离的驱动电路 (10)3.2.3 驱动电路的设计方案比较 (13)4 保护电路设计 (15)4.1 主电路的保护电路设计 (15)4.2 MOSFET的保护设计 (15)5 仿真结果 (17)心得体会 (23)参考文献 (24)武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书1 降压斩波电路主电路基本原理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”。
(完整word版)降压斩波电路课程设计
目录一、引言 (2)二、设计要求与方案 (2)2.1设计要求 (2)2.2 方案确定 (3)三、主电路设计 (3)3.1 主电路方案 (3)3.2 工作原理 (4)3.3 参数分析 (5)四、控制电路设计 (5)4.1 控制电路方案选择 (5)4.2 工作原理 (6)4.3 控制芯片介绍 (7)五、驱动电路设计 (9)5.1 驱动电路方案选择 (9)5.2 工作原理 (10)六、保护电路设计 (11)6.1 过压保护电路 (11)6.2 过流保护电路 (12)七、系统仿真及结论 (13)八、结论 (16)九、参考文献 (16)十、致谢 (17)一、引言随着电力电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多。
电子设备的小型化和低成本化使电源向轻，薄，小和高效率方向发展。
开关电源因其体积小，重量轻和效率高的优点而在各种电子信息设备中得到广泛的应用。
伴随着人们对开关电源的进一步升级，低电压，大电流和高效率的开关电源成为研究趋势。
开关电源分为AC/DC和DC/DC，其中DC/DC 变换已实现模块化，其设计技术和生产工艺已相对成熟和标准化。
DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。
斩波电路主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。
IGBT降压斩波电路就是直流斩波中最基本的一种电路，是用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路，用于直流到直流的降压变换。
IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器件。
它既有MOSFET 易驱动的特点，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。
其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十千赫兹频率范围内，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。
所以用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路就有了IGBT易驱动，电压、电流容量大的优点。
IGBT降压斩波电路由于易驱动，电压、电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔的发展前景，也由于开关电源向低电压，大电流和高效率发展的趋势，促进了IGBT降压斩波电路的发展。
降压斩波电路
题目直流降压斩波电路一、直流斩波电路的技术特点及应用方面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。
直流变换技术已被广泛的应用于开关电源及直流电动机驱动中，如不间断电源（UPS）、无轨电车、地铁列车、蓄电池供电的机动车辆的无级变速及20世纪80年代兴起的电动汽车的控制。
从而使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能，并同时收到节约电能的效果。
直流变换系统的结构如下图-1所示。
由于变速器的输入是电网电压经不可控整流而来的直流电压，所以直流斩波不仅能起到调压的作用，同时还能起到有效地抑制网侧谐波电流的作用。
单相、REm二、分电路的原理及选择2.1 降压斩波电路工作原理电路的原理图如图2所示，图2 降压斩波电路主电路此电路使用一个全控型器件V ，图中为IGBT ，若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。
并设置了续流二极管VD ，在V 关断时给负载中电感电流提供通道。
主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等，后两种情况下负载中均会出现反电动势，如图中Em 所示。
工作原理：当t=0时刻驱动V 导通，电源E 向负载供电，负载电压uo=E ，负载电流io 按指数曲线上升。
当 t=t1时控制V 关断，二极管VD 续流，负载电压uo 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。
此电路的基本数量关系为： （1）电流连续时负载电压的平均值为 (1-1)E E Tt E t t t U onoff on on o α==+=V 1V 3V 2V 4C 1R U ~V zU 上式中，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。
降压斩波电路实验报告
降压斩波电路实验报告降压斩波电路实验报告引言：降压斩波电路是电子工程中常用的一种电路，主要用于降低电压并减小电压波动。
本实验旨在通过搭建降压斩波电路并进行实际测试，验证其性能和效果。
实验原理：降压斩波电路由降压电路和斩波电路两部分组成。
降压电路主要通过变压器降低输入电压，而斩波电路则通过整流和滤波来减小电压波动。
实验材料：1. 变压器2. 整流器3. 滤波电容4. 电阻5. 电压表6. 示波器7. 电源实验步骤：1. 将变压器的输入端与电源相连，输出端与整流器相连。
2. 整流器的输出端连接滤波电容，并将电阻与滤波电容并联。
3. 将电压表连接在输出端，示波器连接在电阻上。
4. 打开电源，调节电压表和示波器的参数，记录输出电压和波形。
实验结果：经过实验测量，我们得到了降压斩波电路的输出电压和波形数据。
在不同输入电压下，输出电压均稳定在预期范围内，并且波形经过斩波和滤波后明显减小了电压波动。
实验分析：降压斩波电路的设计目的是为了降低电压并减小电压波动，以满足电子设备对稳定电源的需求。
通过实验结果可以看出，该电路在实际应用中具有较好的效果。
变压器的降压作用使得输入电压得以降低，而整流和滤波则进一步减小了电压波动，使输出电压更加稳定。
此外，通过示波器观察到的波形也可以看出，斩波和滤波对电压波动的减小起到了重要作用。
斩波电路将交流信号转换为直流信号，而滤波电容则进一步平滑了输出电压的波动，使其更加稳定。
结论：降压斩波电路是一种常用的电子电路，通过实验验证了其在降低电压和减小电压波动方面的有效性。
该电路结构简单，实用性强，可以满足电子设备对稳定电源的需求。
总结：通过本次实验，我对降压斩波电路的原理和性能有了更深入的了解。
实验结果证明了该电路的有效性，并且我也学会了如何搭建和测试该电路。
在今后的学习和工作中，我将能够更好地应用和优化降压斩波电路，以满足不同电子设备的需求。
升降压斩波电路(借鉴仅供)
升降压斩波电路一、问题输入电压20V ，输出电压10V~40V ，纹波电压0.2%，开关频率20kHz ，负载10Ω，电感电流连续，求L ，C 。
二、电路分析1、 工作原理：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。
同时，电容C 维持输出电压基本恒定并向负载R 供电。
电感电流的增量为011on t L i Edt TE L Lα+∆==⎰ 使V 关断，电感L 中储存的能量向负载释放，负载电压上负下正，与电源电压极性相反。
电感电流的减小量为011(1)off t L o o i U dt TU L Lα-∆==-⎰当电流连续处于稳态时，L L i i +-∆=∆。
输出电压为1o U E αα=- 2、 电感电流连续临界条件： 电感电流及电源的平均值分别为1122LB L I i TE Lα+=∆=E LB I I α=如果V 、VD 为没有损耗的理想开关时，则输出功率与输入功率相等。
2o E U EI R=从而得到电感的临界值为21(1)2L RT α=-3、 纹波电压：电压的最大变化量和纹波电压分别为01o U Q U T C C Rα∆∆== 00U T U RCα∆= 三、计算：1、占空比：1o U E αα=- 1110201V V αα=- 2240201V V αα=- 113α= 223α=2、电感值：21(1)2L RT α=-119L mH = 2136L mH =为保持电流连续性，取较高电感值L=0.12mH 。
3、电容值：00U TU RCα∆= 156C mF = 253C mF =四、电路图图1升降压斩波电路图五、仿真结果U U I波形图图2 降压电路,,L o oU U I波形图图3 升压电路,,L o o。
降压式直流斩波电路设计
降压式直流斩波电路设计第三章降压式直流斩波电路设计3.1 降压式设计原理降压式直流斩波电路是一种用来连接电源和负载，能够有效降低电源输出电压，同时保持电源工作电压及负载工作电压在允许范围内的电路。
由于降压式直流斩波电路有双极半桥，可以有效减少电源输出电压，并且保证电源工作电压和负载工作电压的稳定性。
一般来说，降压式直流斩波电路的运行原理如下：当电源输出电压大于负载工作电压时，双极半桥由负极起动，电源输出电压会被半桥放电，电流不断流入负载，从而使电源输出电压降低；当电源输出电压低于负载工作电压时，双极半桥由正极起动，电源输出电压被半桥吸收，电流向负载输出，从而使电源输出电压增加。
3.2 降压式斩波电路设计降压式直流斩波电路的设计主要包括以下几个方面：（1）选择合适的电路板尺寸：首先，根据电路的尺寸要求，为降压式直流斩波电路板选择合适的尺寸。
（2）安装合适的电路板模块：其次，根据不同设计要求，需要安装合适的模块，比如双极半桥和稳压模块等。
（3）选择合适的参数：最后，为了确保电路的正确运行，还需要根据电路应用场景选择合适的参数，比如电源电压、斩波电压、负载最大输出电流等。
3.3 降压式斩波电路实验为了检测降压式直流斩波电路的设计是否符合设计要求，我们进行了实验检验。
实验内容如下：（1）电源输出电压：我们采用WZT-30-2L-24电源，在实验室测试，电源输出电压为24V±1V。
（2）负载工作电压：我们在实验室测试，负载工作电压稳定在5V±0.1V。
（3）负载最大输出电流：我们在实验室测试，负载最大输出电流为4A。
实验结果表明，设计的降压式直流斩波电路符合设计要求，可以正常运行。
(完整版)升降压斩波课程设计.doc
《电力电子技术》课程设计说明书直流升降压斩波电路的设计与仿真院、部：电气与信息工程学院学生姓名：指导教师：职称讲师专业：电气工程及其自动化班级：学号：完成时间：2016 年 6 月电力电子技术课程设计任务书学院：电气与信息工程系专业：电气工程及其自动化指导教师姓名学生姓名课题名称直流升压降压斩波电路的设计与仿真一、技术指标及要求：1）直流输入电压 100V；设计内容及任务设计安排主要参考资料2）电阻负载； (R 取学号尾数 X10Ω)；3）控制电路频率 10KHZ ；4）输出电压纹波系数： 0.2%；5）仿真出占空比α分别为 0.1，0.2，0.5，0.8 的电感电压、电感电流、开关管电流、二极管电流和输出电压的波形。
起止日期设计内容2016 年 5 月 25 日确定设计方案2016 年 5 月 26 日计算相关数据2016 年 5 月 27 日至 2016 年 6 月 6 日Simulink仿真2016 年 6 月 7 日至 2016 年 6 月 23 日撰写课程设计说明书[1] 王兆安、刘进军．电力电子技术（第 5 版）．机械工业出版社， 2009[2] 康华光、陈大钦．电子技术基础模拟部分．高等教育出版社，2002[3]秋关源、罗先觉．电路（第 5 版）．高等教育出版社， 2006[4]周克宁 . 电力电子技术 . 北京：机械工业出版社， 2004.[5]黄家善 . 电力电子技术 . 北京：机械工业出版社， 2006[6]王维平 . 现代电力电子技术及应用 . 南京：东南大学出版社， 1999[7]张明勋主编 , 电力电子设备设计和应用手册 [M]. 北京 : 机械工业出版社.1992[8]丁道宏主编 , 电力电子技术 [M]. 北京 : 航空工业出版社 .1992[9]林渭勋主编 , 电力电子技术基础 [M]. 北京 : 机械工业出版社 .1990摘要电力电子技术飞速发展，电力电子技术已经成为自动化领域里一个重要部分，其核心就是利用弱电电路的设计思路，强大电路的器件来实现电路的各种需求。
斩波电路(第五章)
3
第一节 降压斩波电路
降压斩波电路的分析
4
第一节 降压斩波电路
5
第一节 降压斩波电路
6
第一节 降压斩波电路
储能元件在处于稳态工作状态时，在一个开关周期内具有以下 几个特点：
电感：电流变化量/伏秒面积为零，电压平均值为零； 电容：电压变化量/安秒面积为零，电流平均值为零； 变压器：磁通变化量/伏秒面积为零。 能量守恒原则：储存能量=释放能量，输入输出有功功率相
22
第三节 升降压斩波电路和Cuk斩波电路
升降压斩波电路的动态演示
23
第三节 升降压斩波电路和Cuk斩波电路
升降压斩波电路的工作原 理
V通时，电源E经V向L供电
使其贮能，此时电流为i1。 同时，C维持输出电压恒定 并向负载R供电。
V断时，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
第五章 斩波电路
1
第五章 斩波电路
主要内容
降压斩波电路 升压斩波电路 升降压斩波电路和Cuk斩波电路
Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
复合斩波电路和多相多重斩波电路
2
第一节 降压斩波电路
用斩波器斩切直流的基本思想是：通过改变开关的 动作频率，或改变直流电流接通和断开的时间比例， 就可以改变加到负载上的电压、电流平均值。 降压斩波电路的工作原理
升压斩波电路的 典型应用
升压斩波电路的典型 应用主要有三个方面：
用于直流电动机传
动；
用作单相功率因数 用于其他交直流电
校正（PFC）电路； 源中。
第4章 直流降压斩波电路
EI o t on RI T E M I o T
2 o
Io
E EM
R
EI 1 EI
o
U oIo
I1
t on T
Io Io
• 输出功率等于输入功率，可将降压斩波器看作直流降压变压器。
m EM / E
t t1 / 1 T
T
第4章 直流-直流变换 --直流斩波器
4.0
直流斩波器的出现
• 直流--直流变换（DC/DC）的功能:改变和调节直流电 的电压和电流,也称直流调节器 • 电力电子技术出现之前,直流调空电压主要依靠直流 发电机 • 电力电子技术出现之后,采用斩波和脉宽调制原理的 斩波器(DC chopping)和直流PWM电路 • 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 • 广泛应用于直流牵引的变速拖动（使用直流电源时）
Uo t on E ( T t on t x ) E M T t Байду номын сангаас tx 1 on m E T
（3-18）
此时Uo不仅和占空比α 有关，也和反电动势EM有关。 此时负载电流平均值为：
1 t on Io i1 d t T 0
tx
0
t tx U Em E i 2 d t on m o T R R
谢谢观看
斩波电路分析的回顾
• 电力电子电路的实质上是分时段线性电 路的思想。 • 基于“分段线性”的思想，对降压斩波 电路进行解析。 • 分V处于通态和处于断态 • 初始条件分电流连续和断续
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_+iU +OU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 ：36uF2、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ii on i off on on o aU U TtU 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V2：9013 V 3：90123、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。
降压斩波电路报告实验
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五、保护电路..........................................................12 5.1 整流桥电路部分.................................................12 5.2 驱动电路部分...................................................13
四、生成总的电路图....................................................11 4.1 总原理图.......................................................11 4.2 此电路的主要功能...............................................12
六、心得体会..........................................................13
七、参考文献..........................................................13
八、实际图片..........................................................14
三、最 优 参 数 选 择 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3.1 整流电路部分. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3 . 2 斩波主电路部分. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
降压斩波电路
题目直流降压斩波电路一、直流斩波电路的技术特点及应用方面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。
直流变换技术已被广泛的应用于开关电源及直流电动机驱动中，如不间断电源（UPS）、无轨电车、地铁列车、蓄电池供电的机动车辆的无级变速及20世纪80年代兴起的电动汽车的控制。
从而使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能，并同时收到节约电能的效果。
直流变换系统的结构如下图-1所示。
由于变速器的输入是电网电压经不可控整流而来的直流电压，所以直流斩波不仅能起到调压的作用，同时还能起到有效地抑制网侧谐波电流的作用。
单相、REm二、分电路的原理及选择2.1 降压斩波电路工作原理电路的原理图如图2所示，图2 降压斩波电路主电路此电路使用一个全控型器件V ，图中为IGBT ，若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。
并设置了续流二极管VD ，在V 关断时给负载中电感电流提供通道。
主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等，后两种情况下负载中均会出现反电动势，如图中Em 所示。
工作原理：当t=0时刻驱动V 导通，电源E 向负载供电，负载电压uo=E ，负载电流io 按指数曲线上升。
当 t=t1时控制V 关断，二极管VD 续流，负载电压uo 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。
此电路的基本数量关系为： （1）电流连续时负载电压的平均值为 (1-1)E E Tt E t t t U onoff on on o α==+=V 1V 3V 2V 4C 1R U ~V zU 上式中，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。
降压斩波
t
t E EM (1 e ) R
（3-4）
L 其中 R
在V处于断态期间，可列如下方程：
di2 L Ri2 EM 0 dt
设 I 20 为此阶段初始电流值，解上式得：
（3-5）
i2 I 20e
t ton
EM (1 e R
t ton
)
（3-6）
3.1.1 降压斩波电路
对降压斩波电路进行解析
电流连续时，有
I10 i2 (t2 ) I 20 i1 (t1 )
（3-7）
（3-8）
从以上分析中可以得出
I 10 e t1 / 1 E E m e 1 E m R eT / 1 R R e 1
1 (1 m)e t x ln m
(3-10)
电流断续时，tx<toff，由此得出电流断续的条件为
e 1 m e 1
(3-11)
输出电压平均值为
t on E (T t on t x ) Em t on t x Uo 1 m E T T
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。 复合斩波电路——不同结构基本斩波电路组合。 多相多重斩波电路——相同结构基本斩波电路组合。
3.1 基本斩波电路
3.1.1 降压斩波电路
3.1.2 升压斩波电路 3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路
3.1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
3.1.1 降压斩波电路
降压斩波电路 (Buck Chopper)
降压斩波电路-广东工业大学精品课程
输出到负载的电压平
均值U0最大为E，若减小占空比a，则U0随之减小。
U o EM Io R
（3-2）
6
uGE t t O i
on off
负载中L值较小，则在V关
t
T i
1
t
o
x
断后，到了t2时刻，负载
电流已衰减为零，会出现 负载电流断续，由波形可
i t
1
2
O u
I
t
20
2
t E
15
io
0 I1 b) 图3-2 升降压斩波电路及其工作波形 a)电路图 b)波形
t
t
电路工作稳态时，一个周期T中电感L积蓄能量与释放能量相等
EI1ton (Uo E) I1toff
化简得
（3-20）
ton toff T Uo E E toff toff
（3-21）
式中，T/toff>1，输出电压高于电源电压，该电路为升压斩波电路
将式（3-9）和式（3-10）用泰勒级数近似，可得
I10 I 20
m E
R
Io
（3-11）
上式表示了平波电抗器L为无穷大，负载电流完全平直时的负载 电流平均值Io，此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。
10
从能量传递关系推导得，由于L为无穷大，故负载电流维持为Io不变，
电源只在V处于通态时提供能量，为EI0ton。从负载看，在整个周期T 中负载一直在消耗的能量为(RI2T + Eo MIoT)。一周期中，忽略损耗，
第3章 直流斩波电路
3.1 基本斩波电路 3.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路
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电力电子技术课程设计报告课题：降压斩波电路的设计目录一．引言二．课程设计1 降压斩波电路的设计目的2. 降压斩波电路的设计内容及要求3. 降压斩波电路主电路基本原理4. IGBT驱动电路4.1 IGBT简介4.2驱动电路设计方案比较5. 保护电路的设计6. MATLAB仿真6.1 MATLAB简介6.2 MATLAB发展历程6.3主电路仿真7.PROTEL原理图及PCB图的绘制8. 心得体会9. 元件清单三．参考文献一．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。
二．课程设计1.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. 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＝10 ，L值极大,反电动式E1＝30V。
(2).设计要求(a)理论设计：了解掌握Buck Chopper电路的工作原理，设计Buck Chopper电路的主电路和控制电路。
包括：IGBT电流,电压额定的选择，画出完整的主电路原理图和控制电路原理图列出主电路所用元器件的明细表(b).仿真实验:利用MATLAB仿真软件对Buck Chopper 电路主电路和控制电路进行仿真建模，并进行仿真实验(c).实际制作：利用PROTEL软件绘出原理图，结合具体所用元器件管脚数，外型尺寸，考虑散热和抗干扰等因素，设计PCB印制电路板。
最后完成系统电路的组装，调试。
3.降压斩波电路主电路基本原理降压斩波电路主电路工作原理图如下：图1 降压斩波电路主电路工作原理图t =0时刻驱动V 导通，电源E 向负载供电，负载电压0U E ，负载电流0i 按指数曲线上升。
t =t 1时控制V 关断，二极管VD 续流，负载电压0U 近似为零，负载电流0i 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3 电流断续时的波形 t t t O O O 图2 电流连续时的波形 T E i G t on t off i o i 1 i 2 I 10 I 20 t 1 u o O O O t ttT EEi G i t on t off i o t x i 1 i 2 I 20 t 1t 2 u o E当电路工作稳定时，负载电流在一个周期的初值和终值相等如图2所示，负载电压的平均值为：on onon offt tU E E Et t Tα===+式中，ont为V处于通态的时间，offt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。
负载电流的平均值为：0UIR=若负载中L值较小，则在V关断后，到了2t时刻，如图3所示，负载电流已衰减至零，会出现负载电流断续的情况。
由波形可见，负载电压U平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。
4.IGBT驱动电路4.1IGBT 简介IGBT 是三端器件，具有栅极G，集电极 C和发射极 E。
它是个场控器件，通断由栅射极电压 Uge决定。
Uge 大于开启电压Uge(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT 导通。
通态时电导调制效应使电阻 R减小，使通态压降减小。
当栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT 关断。
一般IGBT的开启电压Uge（th）在 25度时为2~6V左右，而实际一般驱动电压取15~20V，且关断时施加一定幅值的负驱动电压，有利于减小关断时间和关断损耗。
在栅极串入一只低值电阻有利于减小寄生振荡，该电阻值应随被驱动器件电流定额值的增大而减小。
图4 IGBT基本结构4.2 驱动电路设计方案比较：4.2.1 一个理想的IGBT驱动器应具有以下基本驱动性能：(1)动态驱动能力强，能为IGBT栅极提供具有陡峭前后沿的驱动脉冲。
当IGBT在硬开关方式下工作时，会在开通及关断过程中产生较大的损耗。
这个过程越长，开关损耗越大。
器件工作频率较高时，开关损耗会大大超过IGBT通态损耗，造成管芯温升较高。
这种情况会大大限制IGBT的开关频率和输出能力，同时对IGBT的安全工作构成很大威胁。
IGBT的开关速度与其栅极控制信号的变化速度密切相关。
IGBT的栅源特性显非线性电容性质，因此驱动器须具有足够的瞬时电流吞吐能力，才能使IGBT栅源电压建立或消失得足够快，从而使开关损耗降至较低的水平。
另一方面，驱动器内阻也不能过小，以免驱动回路的杂散电感与栅极电容形成欠阻尼振荡。
同时，过短的开关时间也会造成主回路过高的电流尖峰，这既对主回路安全不利，也容易在控制电路中造成干扰。
(2)能向IGBT提供适当的正向栅压。
IGBT导通后的管压降与所加栅源电压有关，在集射电流一定的情况下，Vge越高，Vce越低，器件的导通损耗就越小，这有利于充分发挥管子的工作能力。
但是，Vge并非越高越好，Vge过大，负载短路时Ic增大，IL．BT能承受短路电流的时间减少，对安全不利，一旦发生过流或短路，栅压越高，则电流幅值越高，IGBT损坏的可能性就越大。
因此，在有短路程的设备中Vge应选小些，一般选12～15V。
(3)在关断过程中，为尽快抽取PNP管中的存储电荷，能向IGBT提供足够的反向栅压。
考虑到在IGBT关断期间，由于电路中其他部分的工作，会在栅极电路中产生一些高频振荡信号，这些信号轻则会使本该截止的IGBT处于微通状态，增加管子的功耗，重则将使裂变电路处于短路直通状态，因此，最好给应处于截止状态的IGBT加一反向栅压(5～15V)，使IGBT在栅极出现开关噪声时仍能可靠截止。
(4)有足够的输入输出电隔离能力。
在许多设备中，IGBT与工频电网有直接电联系，而控制电路一般不希望如此。
另外，许多电路中的IGBT的工作电位差别很大，也不允许控制电路与其直接藕合。
因此驱动器具有电隔离能力可以保证设备的正常工作，也有利于维修调试人员的人身安全。
但这种电隔离不应影响驱动信号的正常传输。
(5)具有栅压限幅电路，保护栅极不被击穿。
IGBT栅极极限电压一般为±20V，驱动信号超出此范围就可能破坏栅极。
(6)输入输出信号传输无延时。
这不仅能够减少系统响应滞后，而且能提高保护的快速性。
(7)大电感负载下，IGBT的开关时间不能过分短，以限制di／dt所形成的尖峰电压，保证IGBT的安全。
4.2.2 方案比较（1）PWM 调制方式它是开电源中最常采用的控制方式，通过负载端反馈信号与内部产生的锯齿波较，然后产生一个恒频变宽的方波信号去控制功率开关管。
根据负载情况实时调节开导通时间，从而稳定输出电压图5 PWM 调制原理电路图图6 PWM波形总的说来，PWM 控制方式在开关电源中使用最为普遍，它具有以下优点:在负载较重情况下效率很高，电压调整率高，线性度高，输出纹波小，适用于电流或者电压控制模式。
同时，PWM 控制方式存在以下缺点:输入电压调制能力弱，频率特性较差，轻负载下效率下降。
（2）电压控制模式（PWM）它是直流开关电源最基本的一种控制，属于单环负反馈控制。
其实质是:在输出电压ouT端分压采样 VFB，与给定(基值 VREF)比较，然后用比较信号控制振荡器的频率或者占空比，再由振荡器输出调整后的开关信号驱动功率开关管，从而使输出端电压稳定在某一个预定值。
因此电压控制模式直流转换器是单闭环负反馈控制系统图7 电压反馈控制模式原理图图 7 所示为电压反馈控制模式原理图，转换器输出电压VOUT 的采样信号 VFB 与基准电压VREF比较，比较输出信号经反相器反向，D触发器整形，然后和振荡器与输出控制开关管。
当输出电压超出预定值，则反馈控制信号为低电平，低电平D 触发输出将振荡器的脉冲信号与为 0，控制开关管持续关断，从而降低出出端电压。
同理，当输出端电压低于预定值时，翻开控制信号使开关管持续不断导通，从而增加输出端电压。
这就是电压反馈控制机理，只需要一个反馈信号 VFB，就可以实现整个电路的负反馈而维持输出恒定。
（3）PFM 控制模式PWM 调制方式是将脉冲宽度固定，通过改变开关频率来调节占空比的。
在电路设计上要用固定脉宽发生器来代替脉宽调制器中的锯齿波发生器，并利用电压/频率转换器(比如，压控振荡器 VCO)改变频率。
即通过负载端反馈信号与基准信号进行比较，输出误差信号对工作频率进行调节，然后输出恒宽变频的方波信号去控制功率开关管。
依据负载状况实时调节开关管的导通时间，从而稳定输出电压。
其调制原理如图8所示，工作波形如图9所示。
总的说来，PFM控制方式是开关电源中使用已经比较普遍，具有以下优点:在负载较轻情况下效率很高，工作频率高，频率特性好，电压调整率高，适用于电流或者电压控制模式。
同时，也存在以下缺点:负载调整范围窄，滤波成本高。
图8 调制原理图9工作波形（4）PSM控制模式PSM ( Pulse-SkippingModulation)调制方式是开关电源中一种新的控制方式，称为脉冲跨周期调制。
将负载端电压反馈信号与基准电压比较转换为数字电平，在时钟上升沿检测该反馈信号电平决定是否在该时钟周期内工作，调节开关管的导通时间，从而稳定输出电压。
其调制原理如图 10 所示，工作波形如图11 所示。
当反馈采样信号 Vfb 大于基准电压 Vref时，比较器输出低电平，然后经过 D 触发器的整形和同步，在时钟的上升沿将振荡器的脉冲信号跨过(与门的作用)，调节开关管关断，从而降低输出端电压;当反馈采样信号 VF13小于基准电压 Vref时，比较器输出高电平，然后经过D触发器的整形和同步，在时钟的上升沿将振荡器的脉冲信号送出(与门的作用)，调节开关管持续导通与关断，从而提高输出端电压。
图10 调制原理图图11工作波形（1）脉冲产生电路工作原理：当接通电源以后，因为电容上的初始电压为零，所以输出为高电平，并开始经电阻 R1 向电容C1充电。