PWM控制斩波电路及仿真
直流斩波器PWM控制方式
V直流斩波器(D.C. 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 to DC Converter)已被广泛使用，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：1、Buck电路：降压斩波器，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。
2、Boost电路：升压斩波器，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3、Buck-Boost电路：降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相反，电感传输。
4、Cuk电路：降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相反，电容传输。
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)%。
日本NemicLambda公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列，其开关频率为(200-300)kHz，功率密度已达到27W/cm^3，采用同步整流器(MOS-FET代替肖特基二极管)，是整个电路效率提高到90%。
直流斩波器又称直流调压器，是利用开关器件来实现通断控制，将直流电源电压断续加到负载上，通过通断时间的变化来改变负载上的直流电压平均值，将固定电压的直流电源变成平均值可调的直流电源，亦称直流－直流变换器[2]。
基于Multisim的PWM直流电机调速控制电路设计与仿真_谢东
电动机正转时的输出电压
V 波峰 V 11. 37 11. 56 11. 37 11. 28 11. 39 11. 42 11. 23 11. 59 11. 45 V 波谷 V 0. 22 0. 23 0. 46 0. 65 0. 98 0. 54 0. 23 0. 12 0. 11
本实验将计算机仿真软件 Multisim 引入到电路设 计中， 给电路设计、 仿真、 测试带来了极大的方便， 解决 了实验室元器件短缺和实验经费有限的问题。从软件 仿真和实物模拟角度思考同一个问题， 提出不同的解 决方案， 有助提高解决实际问题的能力。在电机调速 PWM 调速系统其优点表现在系统的响应 电路实例中， 速度和稳定精度等指标较好， 电枢电流的脉动量小， 容 易连续， 不必外加滤波电抗也可以平稳工作， 系统的调 速范围宽， 只需修改 PWM 信号占空比即可实现速度控 制， 改变输出口电平即可实现电机正反转。
原理及构成方法。使用 Multisim 仿真软件的虚拟示波器 、 逻辑分析仪等虚拟元件， 完成电路的设计与仿真 。 关键词： Multisim； 电机驱动； 脉宽控制 中图分类号： TM33 文献标识码： A 文章编号： 1673 － 1980 （ 2013 ） 03 － 0107 － 04
电子设计自动化（ EDA ） 技术是电子设计领域的 一场革命， 它改变了以变量估算和电路实验为基础的 电路设计方法。Multisim 是一个专门用于电子线路 仿真与设计的 EDA 工具软件， 含有数万种元器件和 多种常用的虚拟仪器仪表， 能完成从电路的仿真设计 ， 到电路板图生成的全过程 且不需要真实电路的介 入， 通过对电路的各种参数的调整， 将整个实验过程 在虚拟实验室进行， 具有仿真速度快、 精度高、 准确及 形象等优点 ， 为电子系统的设计、 电子产品的开发 和电子系统工程提供了一种全新的手段和便捷途径。 PWM 直流电机调速控制电路以其控制简单 ， 灵 活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛 ［2 ］ 应用的控制方式 。本文以 PWM 直流电机调速控 介绍基于 Multisim 的 PWM 直流 制电路的设计为例， 电机调速控制电路的设计与仿真 。
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。
交流斩波调压器中PWM控制的FPGA实现
交流斩波调压器中PWM控制的FPGA实现摘要：文章采用EDA技术，在QuartusII软件开发平台中针对FPGA芯片实现交流斩波调压器的PWM控制。
利用该方式产生的IGBT驱动信号稳定、可靠，实现方式灵活，且便于调整。
关键词：斩波调压器；IGBT；PWM；Verilog HDL；随着电子技术的飞速发展，电子系统的设计理念和设计方法发生了深刻的变化，EDA技术成为现在电子设计技术的有力工具。
它将以前“电路设计+硬件焊接+调试”转化为“功能设计+软件模拟+仿真”的模式。
利用EDA 开发平台，采用可编程逻辑器件CPLD/FPGA 使得硬件功能可通过软件编程的方式来实现。
这种设计方法使设计者大大减轻了电路设计的工作量和难度，增强了设计的灵活性，有效地提高了工作效率。
本文就是利用EDA开发平台，实现基于IGBT器件的交流斩波调压器中PWM波的控制。
这种基于IGBT器件和PWM控制的交流调压器，相比于传统的变压器调压和可控硅调压，不仅负载适用面广，同时在很大程度上降低了对电网的污染，大大改善了交流电压调节器的性能，迎合了目前国家提倡的多元化照明和节能减排的要求。
1 交流斩波调压器的控制原理交流斩波调压电路就是以比输入电源高得多的频率，周期性使电路中的受控开关器件导通和关断，以此来改变开关导通的占空比，从而达到调节输出电压大小的目的。
目前比较典型的交流斩波调压电路主要有单管反串联交流斩波式调压电路、双开关交流斩波式调压电路和单管双向开关交流斩波式调压电路等。
其中单管反串联交流斩波式调压电路的IGBT采取单管反串联连接方式，使其双向受控器件具有“共地”端，简化了受控器件的驱动电路，使PWM波便于控制。
单管反串联交流斩波式调压电路如图1所示。
图中VG1a、VG1b、VD1a和VD1b构成双向斩波开关S1，VG2a、VG2b、VD2a和VD2b构成双向续流开关S2。
由于交流斩波调压对象是交流电压，电路对正负半波电压要求均能进行调制，故S1和S2开关器件均为双向开关。
基于PWM整流技术的斩波串级调速系统的仿真
基于PWM整流技术的斩波串级调速系统的仿真
祝龙记;周森
【期刊名称】《系统仿真学报》
【年(卷),期】2012(24)4
【摘要】提出将PWM整流技术引入转子侧斩波串级调速系统中,PWM整流器工作于逆变状态回馈转差功率,不仅可以提高串级调速系统的功率因数,还可以减少网侧的谐波含量。
在Matlab/Simulink环境下给出了基于PWM整流技术的斩波串级调速系统的仿真模型,最后通过仿真实验验证了控制方案的正确性。
【总页数】5页(P929-932)
【作者】祝龙记;周森
【作者单位】安徽理工大学电气与信息工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM921.51
【相关文献】
1.基于PWM整流技术的高功率因数串级调速系统
2.基于PWM整流技术的内反馈串级调速系统
3.斩波串级调速系统逆变器改造的仿真研究
4.三相电压型PWM 整流器在内馈斩波串级调速中的应用研究
5.内馈斩波串级调速系统中斩波器主电路的分析和仿真
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简述斩波电路的控制方式
简述斩波电路的控制方式【知识专栏】深度解析斩波电路的控制方式导语：斩波电路作为一种常用的电路拓扑结构，在电力电子领域具有广泛的应用。
本文将深入探讨斩波电路的控制方式，从简述到详细解析，帮助读者全面了解该主题。
一、斩波电路的基本原理斩波电路是一种电压型逆变器，通过将直流电源转换为交流电源，广泛应用于交流驱动、逆变器和电力传输系统等领域。
在斩波电路中，控制方式起着至关重要的作用，决定着电路的性能和稳定性。
控制方式主要包括PWM控制和SVPWM控制两种。
二、PWM控制方式PWM控制方式是最为常见的斩波电路控制方式之一。
它通过改变开关器件的导通和断开时间，将输出波形近似于一个脉宽可变的方波。
PWM控制方式具有设计灵活、成本较低的优点，同时能够有效控制输出电压的幅值和频率。
1. PWM控制方式的基本原理PWM控制方式通过控制电路中开关器件的导通时间和断开时间，使得输出电压在合适的时间周期内达到理想的波形。
以单相全桥逆变器为例，通过控制开关管的导通和断开，实现对输出电压的控制。
当开关管导通时，电源电压将通过滤波电感传递给负载；当开关管断开时，电路通过反向二极管形成回路，继续将能量传递给负载。
2. PWM控制方式的特点和应用PWM控制方式具有输出信号质量高、谐波含量低、可调节性好等特点，广泛应用于交流电机调速、电动车充电器和太阳能逆变器等领域。
通过合理选择调制波形和PWM信号频率，可以达到高效能转换和低功率损耗的目的。
三、SVPWM控制方式SVPWM控制方式是近年来发展起来的一种高级控制技术。
与传统的PWM控制方式相比，SVPWM控制方式在电压波形质量和动态响应方面具有更好的性能。
SVPWM控制方式通过对电流、电压的矢量处理，实现对输出电压的精确控制。
1. SVPWM控制方式的基本原理SVPWM控制方式通过在线旋转坐标系下的矢量控制，将三相交流电压拆分为两个独立的正弦波信号，然后根据控制目标生成逆变器的调制信号。
升压斩波电路matlab仿真
课程设计任务书一、设计题目DC/DC Boost变换器的主电路和控制电路设计二、主要内容设计一个DC/DC Boost变换器的主电路和控制电路，利用MATLAB/PSIM 仿真软件，对所设计的电路进行仿真验证。
基本参数为：输入电压为3-6V ，输出电压为15V ，纹波电压为输出电压的0.2% ，负载电阻为10Ω，开关管选用MOSFET，工作频率为40KHz。
三、具体要求1.根据DC/DC Boost变换器的工作原理设计电感和电容参数；2.建立DC/DC Boost变换器仿真模型；3.研究MOSFET门极触发脉冲V g、电感电压V L、电感电流i L、输出电压V O、MOSFET 电流i Q1、二极管电流i D1的波形，并对结果进行分析；4.将电感值分别减小为临界电感的一半和二分之一，仿真分析电感电流断续时的Boost 变换器工作情况；5.设计控制电路，保证输入电压或负载变化± 20%时，输出电压保持不变，且纹波控制在2%以内。
根据电压负反馈控制的基本原则，确定补偿网络传递函数的形式和参数大小，并用波特图验证所设计的闭环控制系统是否稳定；6．撰写设计报告。
四、进度安排1．每个同学选定题目，独立查阅文献资料；2．熟悉仿真软件；3．主电路参数设计；4．建立主电路仿真模型和完成开环状态下仿真验证；5．控制电路参数设计；6．建立控制电路仿真模型和完成闭环状态下仿真验证；7．编写不少于3000字的项目总结报告及提供仿真模型（电子版）；8．总结与答辩；五、完成后应上交的材料1. 设计报告；2. 仿真模型（电子版）。
六、总评成绩指导教师签名日期年月日系主任审核日期年月日摘要直流斩波电路是一种将电压恒定的直流电变换为电压可调的直流电的电力电子变流装置，亦称直流斩波器或DC/DC变换器。
用斩波器实现直流变换的基本思想是通过对电力电子开关器件的快速通、断控制把恒定的直流电压或电流斩切成一系列的脉冲电压或电流，在一定滤波的条件下，在负载上可以获得平均值可小于或大于电源的电压或电流。
PWM技术在斩波电路中的应用
第1章PWM技术在斩波电路中的应用1.1斩波电路的概述直流斩波电路的主要是实现直流电能的变换，对直流电的电压或电流进行控制。
按照输入电压与输出电压之间的关系，可以分为六种不同的形式，分别为降压斩波电路（BUCK）、升压斩波电路（BOOST）、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。
1.1.1.降压斩波电路降压斩波（BUCK）电路图如4-1所示。
图4-1 降压斩波电路图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。
t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压u o=E，负载电流i o按指数曲线上升。
t=t1时控制V关断，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。
通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。
（a）电流连续时（b）电流断续时图4-2 降压斩波电流工作波形图电流连续时负载电压平均值U o=t ont on+t off E=t onTE=αE（4-1）t on-V通的时间；t off-V断的时间；T-开关周期；α-导通占空比。
U o最大为E，减少占空比α，则U o随之减小。
因此称为降压斩波电路。
负载电流平均值I o=U o−E MR(4-2)若负载L较小，则在V关断后,到了2t时刻,如图4-2 b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, I2t off=I1t on被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。
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:(1)保持开关周期T不变,调节开关导通时间t on,称为脉冲宽度调制(PWM调制)此种方式应用最多。
实验五_直流斩波电路的性能研究实验报告_第五组
XXX学院实验报告学院：专业：班级：成绩：姓名：学号：组别：组员：实验地点：实验日期：指导教师签名：验（序号）项目名称：直流斩波电路的性能研究（六种典型线路）实验五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(Buck Chopper)的原理图及工作波形如图4-12 所示。
图中V 为全控型器件，选用IGBT。
D 为续流二极管。
由图4-12b 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4-12 降压斩波电路的原理图及波形②、升压斩波电路(Boost Chopper)升压斩波电路(Boost Chopper)的原理图及工作波形如图4-13 所示。
电路也使用一个全控型器件V。
由图4-13b 中V 的栅极电压波形U GE 可知，当V 处于通态时，电源U i 向电感L1 充电，充电电流基本恒定为I1,同时电容C1 上的电压向负载供电，因C1 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L1 上积蓄的能量为U i I1t on。
当V 处于断态时U i和L1 共同向电容C1 充电，并向负载提供能量。
直流斩波电路的三种控制方式
直流斩波电路的三种控制方式
直流斩波电路是一种用于调节直流电源的电路，通过斩波的方式改变电源的输出电压或电流。
以下是直流斩波电路的三种控制方式：
1.脉宽调制（PWM）：
脉宽调制是一种通过调节脉冲宽度来控制输出电压或电流的方法。
在PWM控制下，斩波器按照一定的频率进行开关动作，但每次的脉冲宽度可以变化。
通过改变脉冲宽度，可以调节输出电压或电流的平均值。
PWM控制方式具有简单、易于实现、稳定性高等优点，因此在许多直流电源和电机控制系统中得到广泛应用。
2.频率调制：
频率调制是一种通过改变斩波器的开关频率来调节输出电压或电流的方法。
在频率调制方式下，斩波器的脉冲宽度保持不变，但开关动作的频率可以变化。
通过改变频率，可以调节输出电压或电流的平均值。
频率调制方式具有较低的谐波干扰和较好的动态响应性能，适用于对谐波要求较高或需要快速响应的场合。
3.混合调制：
混合调制是一种同时调节脉冲宽度和开关频率的方式来控制输出电压或电流的方法。
在混合调制方式下，斩波器的脉冲宽度和开关频率都可以变化，因此可以同时调节输出电压或电流的平均值和开关动作的频率。
混合调制方式具有较好的调节范围和灵活性，适用于对输出电压或电流要求较高或需要同时调节多个参数的场合。
以上是直流斩波电路的三种控制方式：脉宽调制（PWM）、频率
调制和混合调制。
不同的控制方式各有优缺点，适用于不同的应用场景。
在实际应用中，应根据具体需求选择合适的控制方式，以达到最佳的控制效果。
PWM基本原理及其应用实例
PWM基本原理及其应用实例PWM基本原理及其应用实例2009-06-26 14:12:02| 分类：嵌入式技术探索| 标签：|字号大中小订阅～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～理论篇（一）原理介绍～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。
PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。
1 PWM控制的基本原理理论基础：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。
冲量指窄脉冲的面积。
效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。
低频段非常接近，仅在高频段略有差异。
面积等效原理：分别将如图1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L 电路）上，如图2a所示。
其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图2b所示。
从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。
脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。
如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。
用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。
用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。
SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。
图3 用PWM波代替正弦半波要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。
PWM电流波：电流型逆变电路进行PWM控制，得到的就是PWM电流波。
直流斩波电路的MATLAB建模与仿真
直流斩波电路的MATLAB建模与仿真摘要：直流斩波电路包括降圧斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路和Zetd斩波电路。
本实验设计的是Buck降压斩波电路，采用全控型器件IGBT。
根据Buck降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动及保护电路，并通过Matlab仿真分析。
关键词：降压斩波、主电路、控制电路、驱动及保护电路。
Abstract *De chopping circuit including step-down chopper circuit, boost chopper circuit, buck chopper circuit, Cuk chopping circuit, Sepic chopper circuit and Zeta chopper circuit .Buck step-down chopper circuit is designed in this study, using IGBT type control device・ According to Buck step-down chopper circuit design task requirement design of main circuit, control circuit, drive and protection circuit, and through Mat lab simulation analysis・Key Words: Step-down chopper, main circuit, control circuit, drive and protection circuit・引言：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，是电力电子领域的一大热点。
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。
单片机控制的PWM斩波式交流净化稳压电源
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# ( " " 2. .0 3
由 于 *+, 斩 波 波 形 是 镜 对 称 和 原 点 对称， 因此它的傅里叶级数中将只包含正弦项中的奇次 谐波， 即：
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图 ( )*+, 示 意 波 形
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PWM直流斩波电路分析及测试
实验四 PWM直流斩波电路分析及测试一．实验目的1．掌握Buck—Boost变换器的工作原理、特点与电路组成。
2．熟悉Buck—Boost变换器连续与不连续工作模式的工作波形图。
3．掌握Buck—Boost变换器的调试方法。
二．实验内容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i L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i L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V be、V ce、V D、V L、i L、i C、i D等波形。
5．测出直流电压增益M=V O/V S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i S与输出电流i O影响。
三．实验线路四．实验设备和仪器1．MCL-08直流斩波及开关电源实验挂箱2．万用表3. 双踪示波器五．实验方法1．检查PWM 信号发生器与驱动电路工作是否正常连接有关线路，观察信号发生器输出与驱动电路的输出波形是否正常，如有异常现象，则先设法排除故障。
2．电感L=1.48mH ，电感电流i L 处于连续与不连续临界状态时的占空比D 测试将“16”与“18”、“21”与“4”、“22”与“5”、“19”与“6”、“1”与“4”、“9”与“12”相连，即按照以下表格连线。
16 18 21 4 22 5 19 6 14912合上开关S1与S2、S3、S4，用示波器观察“7”与“13”（即i L ）之间波形，然后调节RP1使i L 处于连续与不连续的临界状态，记录这时候的占空比D 与工作周期T 。
3．L=1.48mH ，测出处于连续与不连续临界工作状态时的V be (“5”～“6”)、V ce (“4”～“6”)、V D (“9”～“8”)、i L (“7”～“13”)、i C (“6”～“7”)、i D (“8”～“7”)等波形调节RP1，使i L 处于连续与不连续临界工作状态，用示波器测出GTR 基-射极电压V be 与集-射极电压V ce ；二极管VD 阴极与阳极之间电压V D ；电感L 3两端电压V L ；电感电流i L ；三极管集电极电流i C 以及二极管电流i D 等波形。
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辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）院（系）：工程技术学院专业班级：电气121学号：121902020学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：2010-12-15至2011-12-26课程设计（论文）任务及评语院（系）：工程技术学院教研室：电气教研室注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算。
摘要提出一个基于PWM控制的斩波电路控制系统，本课程设计主要应用了MATLAB 软件及其组件之一SIMULINK进行系统的设计，PWM控制部分为主电路部分提供脉冲信号，控制全控器件IGBT的导通和关断，实现整个系统的运行。
用SIMULINK 提供的示波器观察波形，进行相应的电压和电流等的计算，最后进行总结，完成整个BUCK变换器的研究与设计。
关键词：PWM；buck电路；控制；SIMULINK目录第1章绪论 (1)1.1电力电子技术概况 (1)1.2本文研究内容 (1)第2章 PWM控制斩波电路的设计 (2)2.1PWM控制斩波电路总体设计方案 (2)2.2具体电路设计 (2)2.2.1 主电路设计 (2)2.2.2 控制设计 (3)2.2.3 保护电路设计 (5)2.3BUCK主电路参数设计 (5)2.3.1参数设计原理 (8)2.3.4采样电阻的选 (8)2.4原件型号选择 (8)2.4.1元件清单及参数设置 (8)2.4.2电力二级管模式 (9)2.4.3电压电流测量模块 (10)2.4.4示波器模块 (10)2.4.5PWM脉冲模块 (10)2.5系统仿真 (11)2.5.1主电路框图 (11)2.5.2仿真波形 (11)第3章课程设计总结 (12)3.1心得体会 (12)3.2设计总结 (12)参考文献 (13)第1章绪论1.1电力电子技术概况直流斩波电路（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。
MATLAB是矩阵实验室Matrix Laboratory的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，SIMULINK是MATLAB软件的扩展它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，本课程设计的仿真即需要在SIMULINK中来完成电路的仿真与计算。
通过系统建模和仿真，掌握和运用MATLAB/SIMULINK工具分析系统的基本方法。
1.2本文研究内容本课程设计主要应用了MATLAB软件及其组件之一SIMULINK进行系统的设计与仿真系统主要包括：BUCK降压斩波主电路部分、PWM控制部分和负载。
BUCK降压斩波主电路部分拖动带反电动势的电阻负载，模拟现实中一般的负载，若实际负载中没有反电动势，只需令其为零即可[1]。
PWM控制部分为主电路部分提供脉冲信号，控制全控器件IGBT的导通和关断，实现整个系统的运行。
在SIMULINK中完成各个功能模块的绘制后，即可进行仿真和调试，用SIMULINK提供的示波器观察波形，进行相应的电压和电流等的计算，最后进行总结，完成整个BUCK变换器的研究与设计[2]。
第2章 PWM控制斩波电路的设计2.1 PWM控制斩波电路总体设计方案.本课程设计主要应用了MATLAB软件及其组件之一SIMULINK进行系统的设计与仿真系统主要包括：BUCK降压斩波主电路部分、PWM控制部分和负载。
BUCK降压斩波主电路部分拖动带反电动势的电阻负载，模拟现实中一般的负载，若实际负载中没有反电动势，只需令其为零即可[1]。
PWM控制部分为主电路部分提供脉冲信号，控制全控器件IGBT的导通和关断，实现整个系统的运行。
在SIMULINK 中完成各个功能模块的绘制后，即可进行仿真和调试，用SIMULINK提供的示波器观察波形，进行相应的电压和电流等的计算，最后进行总结，完成整个BUCK变换器的研究与设计[2]。
系统框图如图2.1所示:图2.1 BUCK变换器系统结构总框图2.2具体电路设计2.2.1主电路设计BUCK变换器的基本原理：BUCK电路是由晶体开关管V、续流二极管VD和LC 输出滤波器组成，图中RL表示负载。
其电路图如图2.2：图2.2 BUCK降压斩波电路图稳态时，V周期性的导通和关断，将直流输入电压斩波、生成脉宽为TON的矩形波脉冲电压；然后再由LC滤波器滤波，当LC足够大时输出电压的纹波足够小，可以认为是平滑直流电压，稳态时根据电感电流是否连续，BUCK变换器有连续和不连续两种工作模式。
IGBT的等效电路如图2.3所示。
由图可知，若在IGBT的栅极和发射极之间加上驱动正电压,则IGBT导通，这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通；若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V，则IGBT截止，切断PNP晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止[5]。
图2.3 IGBT的等效电路由此可知，IGBT的安全可靠与否主要由以下因素决定：——IGBT栅极与发射极之间的电压；——IGBT集电极与发射极之间的电压；——流过IGBT集电极发射极的电流；——IGBT的结温。
如果IGBT栅极与发射极之间的电压，即驱动电压过低，则IGBT不能稳定正常地工作，如果过高超过栅极—发射极之间的耐压则IGBT可能永久性损坏；同样，如果加在IGBT集电极与发射极允许的电压超过集电极—发射极之间的耐压，流过IGBT集电极—发射极的电流超过集电极发射极允许的最大电流，IGBT的结温超过其结温的允许值，IGBT都可能会永久性损坏[6]。
2.2.2控制设计控制方式选择：根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路有三种控制方式(时间比控制方式)：（1）脉冲宽度调制（PWM）：T不变，改变ton。
（定频调宽控制模式）（2）频率调制：ton不变，改变T。
（定宽调频控制模式）（3）混合型：ton和T都可调，改变占空比。
（调宽调频混合控制模式）本次课程设计选用第一种方式。
PWM控制的基本原理：脉冲宽度调制（PWM）是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制。
它是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用于测量、通信、功率控制与变换等许多领域。
一种模拟控制方式，根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定[3]。
PWM波的分类：根据PWM波形的幅值是否相等，PWM波可分为等幅PWM波和不等幅PWM波。
由直流电源产生的PWM波通常是等幅PWM波，如直流斩波电路和PWM 整流电路等；当输入电源是交流时，得到的即为不等幅PWM波，都基于面积等效原理，本质是相同的。
根据所控制电路的不同，PWM波又可分为电压波和电流波[4]。
PWM的产生原理：PWM可以通过芯片和软件来实现，在此我选择的是软件实现，通过对单片机的P3的第七个管脚编程来产生40KHZ的PWM，其占空比是56%。
其原理图如图2.4所示：图2.4 PWM产生电路图PWM放大原理：由单片机产生的PWM的一个缺点就是驱动能力不足，所以在单片机的P3的第七个管脚需要加一个驱动电路，需要使用芯片IR2101来获得足够大的电压来驱动场效应管。
如图2.5所示为IR2101的芯片管脚：图2.5 IR2101引脚图其引脚作用如图2.6所示：图2.6 管脚功能图2.3BUCK主电路参数设计2.3.1参数选择原理在Buck电路中的电感L和电容C组成低通滤波器，此滤波器的设计原则是，使输出电压的直流分量可以通过，抑制输出电压的开关频率及其谐波分量通过。
但是，构建一个能够让直流分量通过而且完全滤除开关频率及其谐波分量的完美的滤波器是不可能的，所以，在输出中至少有一小部分是由于开关产生的高频谐波。
因此，输出电压波形事实上如图2.7所示，可以表达为[7]：图2.7 电压波形图所以实际的输出电压由所需要的直流分量UO加少量的交流分量uripple所组成，交流分量由低通滤波器未能完全衰减的开关谐波所产生[8]。
由于直流变换器的作用使产生所需的直流的输出，因此希望输出电压开关纹波很小。
所以，通常可以假设开关纹波的幅值远远小于直流分量，即：|Uripple|max<< Uo （2.1.1) 因此，输出电压近似为直流分量UO，而忽略其小纹波成分uripple，即： uo(t)≈Uo （2.1.2）上述近似称为小纹波近似，或称线性纹波近似，可大大简化变换器波形的分析。
下面分析电感电流波形，进而得出电感的计算公式。
通过电感电压波形的积分可以得到电感电流。
在图2.7中把V看成开关漏极为位置1，栅极为位置2。
开关在位置1时，电感在左侧与输入电压Ud相连，电路简化为下图2.8（a）[9]。
电感电压为:uL(t)=Ud-uo(t) (2.1.3) 如上所述，输出电压uo(t)为其直流分量Uo加小的交流纹波成分uripple（t）。
采用小纹波近似，式（2.1.2）中的uo(t)用其直流分量Uo代替，得到: uL(t)=Ud-Uo (2.1.4) 开关在位置1时，电感电压等于Ud-Uo，如图2.8（b）所示。
电感电压方程为:uL(t)=LdiL(t)/dt (2.1.5)在第一个子区问，由上式可以解得电感电流波形的斜率为:diL(t)/dt=uL(t)/L=Ud-Uo/L (2.1.6) 由于开关在位置1时，电感电压近似为常量，因此电感电流的变化率也近似为常数，电感电流线性上升。
当在第二个子区间，开关处于位置2时，电感的左端与参考地相连，简化电路如图2.8(b)所示。
所以，在第二个子区间，电感电压为：uL(t)=-uo(t) (2.1.7) 采用小纹波近似式（2.1.2）得到：uL(t)=-Uo (2.1.8) 所以，当开关处于位置2时的电感电压为常量，如图 2.8(b)所示。