直流降压斩波电路的仿真

用MATLAB进行直流降压斩波电路仿真

专业：自动化

班级： 09自动化

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学号：0937036

指导老师：傅思瑶

实验日期： 2012-07-28

用MATLAB进行直流降压斩波电路仿真

1 实验目的

设计一个直流降压斩波电路，并用MATLAB仿真软件进行检验。

2 实验要求

（1）将24V直流电压降压输出并且平均电压可调，围为0-24V。

（2）利用Simulink对降压斩波电路和升降压斩波的仿真结果进行详细分析，与采用常规电路分析方法所得到的输出电压波形进行比较，进一步验证了仿真结果的正确性。

3 实验原理

（1）降压斩波电路原理

降压斩波电路的原理图以及工作波形如图1.1所示。该电路使用一个全控型器件V，图中为IGBT。为在V关断时给负载中电感电流提供通道，设置了续流二极管VD。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。

图1.1 降压斩波电路原理图

如图1.2中V的栅极电压u GE波形所示，在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按指数上升。

当t=t1时刻，控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压u o近似为零负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小，通常是串联的电感L值较大。

至一个周期T结束，在驱动V导通，重复上一周期的过程。当工作处于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等，如图1.2所示。负载电压平均值

为

E E T

E U α==+=

on off on on t

t t t o 式1.1

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。

由式1.1可知，输出到负载的电压平均值U o 最大为E ，减小占空比α，U o 随之减小。因此将该电路称为降压斩波电路。也称buck 变换器。

负载电流平均值为

R

E U I m

o o -=

图1.2 降压斩波电路的工作波形

（2）设计降压斩波电路 1 ） IGBT 驱动电路的设计

IGBT 的驱动是矩形波，所以我选择了由比较器LM358产生矩形波。

图2.1 LM358的引脚图

LM358简介：LM358 部包括有两个独立的、高增益、部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。

图2.2 比较器产生方波电路图

其中2、3口是输入口4、6接直流电源电压1为输出口。

（3）电路各元件的参数设定及元件型号选择

1）各元件的参数设定

1. IGBT的参数设定

图3.1 IGBT的简化等效电路以及电气图形符号

图3.2 降压斩波电路电路图

图3.3 降压斩波总电路图

由图3.2所示此次设计的电源电压为220V，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U CE=220V。

图3.4 IGBT 的转移特性和输出特性

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(//min

1---=---=ρσρττ 式 3.1

R E

m e

e R E R E e e I m T t )11()11(//max

1---=---=----ρ

σρττ 式 3.2 式中，τρ/T =；E E m m /=；αρτ

τ==

T

T t t 11/。 若取R 为10Ω，则：

A R I 22/220max ==

2. 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A I 22max =。 3. 电感的参数设定

由于电感L 要尽量大一些否则会出现负载电流断续的情况，所以选择L 的值为1mH 。

2） 元件型号选择

考虑其安全裕度则IGBT 的额定电压可以为2-3倍峰值电压，所以额定电压可为440V -660V .额定电流33A -44A ，二极管VD 与其类似，VD 的最大反向电压为220V 。

选择IGBT 的型号为IRG4PC40U 其额定电压为600V ，额定电流为40A 。

选择续流二极管的型号为HFA25TB60，其而定电压为600V ，额定电流为25A 。

4系统仿真及结论

1）仿真电路及其仿真结果

1.仿真电路图

图4.1 降压斩波的MATLAB电路的模型2 ）MATLAB的.仿真结果如下：

图4.2 =0.2时的仿真结果

图4.3 α=0.4时的仿真结果

图4.4 α=0.6时的仿真结果

图4.5 α=0.8时的仿真结果

图4.6 α=0.99时的仿真结果

3） 仿真结果分析

由公式E E T

t

E t t t Uo on off on on α==+=

可得：

当2.0=α时，O U =44V

α=0.4时，O U =88V 。