降压斩波电路分析

一概述

1.1直流斩波电路的分类

直流斩波电路的种类较多，基本斩波电路包括：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路。

1.2直流斩波电路的运用领域

直流斩波电源广泛运用于各种电子设备的直流电源（开关电源），也可拖动直流电动机或带蓄电池的负载。具体运用如地铁机车。

1.3直流斩波电路的发展前景

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，重量轻和高效率的优点而在各种电子设备中得到广泛的应用。直流斩波电路作为开关电源中的一种，它的变换已实现模块化，其设计技术和生产工艺已相对成熟和标准化。直流斩波电路变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称DC/DC变换。直流斩波电路是电力电子技术领域的一个热点，以其中的IGBT降压斩波电路为例，它由于易驱动，电压，电流容量大等优点，在电力电子技术应用领域中有广阔的发展前景，也是由于开关电源向低电压，大电流和高效率的发展趋势，也促进了IGBT斩波电路的发展。

本此课程设计是以直流斩波电路中一种最基本,常见的直流降压斩波电路作为研究分析对象

二 降压斩波电路的设计思路

2.1 设计思路

直流斩波电路总共分为三个部分电路摸块。分别为主电路模块，控制电路模块和驱动电路模块。

主电路模块： 由全控型IGBT 的开通与关断的时间占空比来决定输出电压u 。的大小。

控制电路模块：用SG3525来控制IGBT 的开通与关断。 驱动电路模块：用来驱动IGBT 。 2.2 原理框图

根据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，设计出降压斩波电路的原理框图如下图所示。

IGBT 结构图

控制电路 SG3525

驱动电路

BUCK 主电路

三直流降压斩波电路的设计与仿真

3.1 主电路模块的设计

直流降压斩波电路由直流电源，全控型器件IGBT，电感线圈，续流二极管以及负载组成。具体电路图如下

主电路的原理图

3.2 主电路的工作原理

主电路有两种工作状态，即IGBT导通和截止状态

a.V导通，此时电源经电感线圈向负载供电，同时，电感线圈贮存能

量。

等效电路图

()()t

u

t

u

Ud

R

L

+

=

)()t

u

Ud

t

u

R

L

-

=

b.V截止，此时，电源脱离电路，电感线圈向负载供电，释放贮存的

能量。

等效电路

()()

()()t

u

t

u

t

u

t

u

R

L

R

L

-

=

=

+0

电容C：属于斩波电路本身，不属于负载。V导通时充电，V截止时放电，从而使负载两端电压保持平稳。

3.3 主电路图的仿真

d

主电路的仿真图

其中直流电源的参数设置为100V ，PWM 周期设置为0.0001S 。

当PWM 的占空比取的是a=50%，当一个周期T 结束后，负载电压的理论平均值V U U T

t

U t t t U on off on on 501110=∂==+=

，经过相关参数的调

试，实际79.490=U ,此时设计的最佳参数为：L=400e-5 H ，R=3.8欧，C=3e-5 F 。

输出负载电压波形图为：

时间/t

电压/V

降压斩波输出电压

当PWM 的占空比取的是a=25%，当一个周期T 结束后，负载电压的理论平均值V U U T

t

U t t t U on off on on 251110=∂==+=

，经过相关参数的调

试，实际12.240=U ,此时设计的最佳参数为：L=500e-5 H ，R=15欧，C=4e-5 F 。

输出负载端电压波形图为：

降压斩波电路输出电压波形

电压/V

时间/t

当PWM 的占空比取的是a=75%，当一个周期T 结束后，负载电压的理论平均值V U U T

t

U t t t U on off on on 751110=∂==+=

，经过相关参数的调

试，实际14.750=U ,此时设计的最佳参数为：L=250e-5 H ，R=8欧，C=2.8e-5 F 。

输出负载端电压波形图为：

时间/t

电

压/V

直流降压斩波电路输出波形

3.4 主电路设计图

四 控制电路的设计

4.1 方案的选择

对于控制电路的设计其实可以有很多种方法，可以通过一些数字运算芯片如单片机、CPLD 等等来输出PWM 波，也可以通过特定的PWM 发生芯片来控制。

因为设计课题要求，所以选用一般的SG3525作为PWM发生芯片来进行连续控制。SG3525 其原理图如图4.13下：

1.Inv.input(引脚1)：误差放大器反向输入端。在闭环系统中，该引脚接反馈信号。在开环系统中，该端与补偿信号输入端（引脚9）相连，可构成跟随器。

2.Noninv.input(引脚2)：误差放大器同向输入端。在闭环系统和开环系统中，该端接给定信号。根据需要，在该端与补偿信号输入端（引脚9）之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型的调节器。

3.Sync(引脚3)：振荡器外接同步信号输入端。该端接外部同步脉冲信号可实现与外电路同步。

4.OSC.Output(引脚4)：振荡器输出端。

5.CT(引脚5)：振荡器定时电容接入端。

6.RT（引脚6）：振荡器定时电阻接入端。

7.Discharge(引脚7)：振荡器放电端。该端与引脚5之间外接一只放电电阻，构成放电回路。

8.Soft-Start(引脚8)：软启动电容接入端。该端通常接一只5 的软启动电容。

pensation(引脚9)：PWM比较器补偿信号输入端。在该端与引脚2之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型调节器。

10.Shutdown(引脚10)：外部关断信号输入端。该端接高电平时控制器输出被禁止。该端可与保护电路相连，以实现故障保护。

11.Output A（引脚11）：输出端A。引脚11和引脚14是两路互补输出端。

12.Ground(引脚12)：信号地。

13.Vc(引脚13)：输出级偏置电压接入端。

14.Output B（引脚14）：输出端B。引脚14和引脚11是两路互补输出端。

15.Vcc（引脚15）：偏置电源接入端。