直流buck降压斩波电路技术总结

1 / 12 直流 buck 降压斩波电路技术总结 实验一 降压式直流斩波电路 一、原理图 在控制开关 VT 导通 ton 期间，二极管 VD 反偏，电源 E 通过电感 L 向负载 R 供电，此间 iL 增加，电感 L 的储能也增加，导致在电感两端有一个正向电压 Ul=E-u0，左正右负，这个电压引起电感电流 iL的线性增加。 2)在控制开关 VT 关断 toff 期间，电感产生感应电势，左负右正，使续流二极管 VD导通，电流 iL经二极管 VD续流， uL=-u0，电感 L向负载 R供电，电感的储能逐步消耗在 R 上，电流 iL 线性下降 ，如此周而复始周期变化。如图1-1。 图 1-1 电路图 二、建立仿真模型 根据原理图用 matalb 软件画出正确的仿真电路图，如图 1-2。 图 1-2 仿真电路图 仿真参数，算法 ode15s，相对误差 1e-3，开始时间0 结束时间 10，如图 1-3。 图 1-3 电源参数，电压 100v，如图 1-4。 图 1-4 2 / 12 晶闸管参数，如图 1-5。 图 1-5 电感参数，如图 1-6。 图 1-6 电阻参数，如图 1-7。 图 1-7 二极管参数设置，如图 1-8。 图 1-8 电容参数设置，如图 1-9。 图 1-9 三、仿真参数设置 设置触发脉冲占空比分别为 20%、 50%、 70%、 90%。与其产生的相应波形分别如图 1-10图 1-11图 1-12图 1-13。在波形图中第一列波为输出电压波形，第二列波为输入电压波形。 图 1-10 =20% 图 1-11 =50% 电子科学与技术课程设计报告 课题：直流降压斩波电路的设计 专 业电气工程及其自动化班 级 2016 级三班 姓 名学 号指导教师 日 期 摘要 : 本实验设计的是 Buck 降压斩波电路，采用3 / 12 全控型器件 IGBT。根据降压斩波 电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动及保护电路。 关键词 :降压斩波，主电路、控制电路、驱动及保护电路。 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。直流变换电路的用途非常广泛，包括直流电动机传动、开关电源、单相功率因数校正，以及用于其他领域的交直流电源。斩波器的工作方式有：脉宽调制方式，频率调制方式和混合型。脉宽调制方式较为通用。当今世界软开关技术使得 DC/DC变换器发生了质得变化和飞跃。美国 VICOR公司设计制造得多种 ECI 软开关 DC/DC变换器，最大输出功率有 300W、 600W、800W 等，相应得功率密度为 W/cm3，效率为 %。日本NemicLambda 公司最新推出得一种采用软开关技术得高频开关电源模块 RM 系列，其开关频率为 200 300KHz,功率密度已达 27W/cm3，采用同步整流器，使整个电路效率提高到 90%。 1设计目的 直流斩波电路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。直流4 / 12 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， 其中 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 GTR 的复合器件。它既有 MOSFET 易驱动的特点，输入阻抗高，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，因此发展很快。 2 设计任务与要求 设计任务 要求设计降压斩波电路的主电路、控制电路、驱动。 设计要求 对 Buck 降 压电路的基本要求有以下几点： 1.输入直流电压： Ud=15V 2.开关频率 20KHz 3.输出电压 8V 4.输出电压纹波：小于 1% 5.具有稳压功能 3 设计内容 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，设计出降压斩波电路的结构框图如图 1 所示。 图 1 电路框图 5 / 12 在图 1结构框图中，控制电路是用来产生 IGBT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 IGBT 控制端和公共端之间，可以使其开通或 关断的信号。通过控制 IGBT 的开通和关断来控制 IGBT 降压斩波电路的主电路工作。 设计方案的选定与说明 降压斩波电路 降压斩波电路原理 U0?I0? tonEt ?onE?E ton?toffT U0?EM R 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； ?为导通占空比，简称占空比或导通比。降压斩波电路的占空比小于 1。 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： 1） 保持开关周期 T 不变，调节开关导通时间 ton不变，称为 PWM。 2） 保持开关导通时间 ton不变，改变开关周期 T，称为频率调制或调频型。 3） ton 和 T 都可调，使占空比改变，称为混合型 6 / 12 但是普遍采用的是脉冲宽调制工作方式。因为采用频率调制工作方式，容易产生谐波干扰，而且滤波器设计也比较困难。此电路就是采用脉冲宽调制控制 IGBT的通断。 EM 降压斩波电路主电路设计 BUCK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。 IGBT 降压斩波电路的主电路图如下图 2 所示。它是一种降压型变换器，其输出电压平均值 U，总是小于输入电压 Ud。该电路使用一个全控型器件 V，为 IGBT。在V 关断时，为了给负载中电感电流提供通道，设置了续流二极管 VD。 课程设计说明书 直流升降压斩波电路的设计 院 、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 指导教师： 肖文英 职称 副教授 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 完成时间： 摘 要 20世纪 80年代以来 ，信息电子技术和电力电子技术在各自发展的基础上相结合而产生了一代高频化、全控型7 / 12 的电力电子器件，典型代表有门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管。利用全控型器件可以组成变流器。直流 -直流变换器就是其中一种，它广泛应用于通信交换机、计算机以及手机等电子设备的开关电源。直流 直流变流电路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，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。直接直流变流电路也称斩波电路，它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。本文着重介绍直流升降压斩波电路的原理和基于 MATLAB的 Simulink的直流升降压斩波电路的仿真。 关键词：直流 直流变流电路；升降压斩波；Simulink；仿真 ABSTRACT Since the 1980s, electronic information technology and power electronics technology development on the basis of their relative combine to produce a generation of high-frequency, full-controlled power electronic devices, there is a typical representative of gate-turn-off thyristor, power transistors, power field effect transistor and an insulated gate bipolar transistor. The use of 8 / 12 full-controlled device may be composed of the converter. DC - DC converter is one of them, it is widely used in telecommunications switches, computers and mobile phones and other electronic devices switching power supply. DC - DC converter circuit function is to direct current voltage into another fixed or adjustable DC voltage, direct-current converter circuit including direct and indirect DC converter circuit. Direct DC converter circuit is also known as a chopper circuit , its function is to direct current voltage into another fixed or adjustable DC voltage. This article focuses on the DC-down chopper circuit principle and based on MATLAB Simulink DC buck converter circuit simulation. Key words: DC-DC converter circuit; Lift pressure chopper; Simulink; Simulation 目录 1 升 降 压 斩 波 电 路 的 原理 . 1 基本原理 . 1 波形9 / 12 图 . 2 2 控 制 和 驱 动 电路 . 3 3 保 护 电 路 及 其 他 辅 助 电路 . 4 保护电路 . 4 过电压保护 . 4 过电流保护 . 5 直流供电电源 . 5 器件选择 . 6 4 仿真分析 .10 / 12 . 6 建立仿真模型 . 6 仿真结果分析 . 7 5 设计总结 . 8 参考文献 . 9 附录 . 10 1升降压斩波电路及基本原理 工 作原理 图 1 所示为升降压斩波电路原理图。电路中电感 L值很大，电容 C值也很大。因为要使得电感电流和电容电压基本为恒值。 图 1 升降压斩波电路 11 / 12 该电路的基本工作原理：当可控开关 V处于通态时，电源 E 经 V向电感 L 供电使其储存能量，此时电流为 i1，方向如图 1 所示。同时，电容 C维持输出电压基本恒定并向负载 R 供电。此后，使 V关断，电感 L 中储存的能量向负载释放，电流为 i2，方向如图 1所示。可见，负载电压极性为下正上负，与电源电压极性相反，因此该电路也称作反极性斩波电路。 稳 态时，一个周期 T内电感 L 两端电压 uL对时间的积分为零，即： ?T 0uLdt?uL