《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
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。至今电力电子技术已经成为电气工程、信息科学、能源科学三个学科领域的公共学科，可见现实中其无可替代的重要性。
该课程设计做的直流升降压斩波电路，是以SG3525为驱动电路的升降压斩波电路，其优点是响应快，加速平稳、节约能源效果好。通过MATLAB^的SIMULINK 功能仿真，到达了预期效果。
关键词：直流一直流变流电路；升降压斩波；Simulink ；仿真
1绪论 (1)
2总体方案设计 (2)
2.1设计要求 (2)
2.2升降压直流斩波电路总体设计方案 (2)
2.3方案的确定 (2)
3主电路设计 (4)
3.1工作原理 (4)
3.2波形图 (5)
3.3主要元器件选择、参数分析 (6)
4控制与驱动电路的设计 (7)
4.1控制电路的设计 (7)
4.2驱动电路设计 (8)
5直流升压斩波电路保护电路设计 (9)
5.1过电流保护电路 (9)
5.2过电压保护电路 (9)
6 Simulink 仿真分析 (11)
6.1仿真软件简介 (11)
6.2建立仿真模型 (11)
6.3仿真结果分析 (14)
结束语 (17)
参考文献 (18)
致谢 (19)
附录A Simulink 仿真图 (20)
附录B CAD电气原理图 (21)
1绪论
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型晶体管。
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。直流一直流变流电路(DC-DC Converter)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(DC Chopper)，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。
早期的直流装换电路，电路复杂、功率损耗、体积大，使用不方便。晶闸管的出现为这种电路的设计又提供了一种选择。晶闸管(Thyristor)是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。它电路简单体积小，便于集成；功率损耗少，符合当今社会生产的要求；所以在直流转换电路中使用晶闸管是一种很好的选择。
(1)I GBT 介绍
本设计基于《电力电子技术》课程，充分使用全控型晶闸管IGBT设计电路，实现直流升压。
IGBT绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
(2)驱动电路SG3525简介
SG3525是一种性能优良、功能齐全和通用性强的单片集成PWM控制芯片，它简单可靠及使用方便灵活，输出驱动为推拉输出形式，增加了驱动能力；内部含有欠压锁定电路、软启动控制电路、PWM锁存器，有过流保护功能，频率可
调，同时能限制最大占空比。
2总体方案设计
2.1设计要求
1）直流输入电压100V;
2）电阻负载；（R取学号尾数X10Q）;
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a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。
2.2升降压直流斩波电路总体设计方案
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。它在电源的设计上有很重要的应用。一般来说，斩波电路的实现都要依靠全控型器件。在这里，我所设计的是基于IGBT的降压斩波短路。直流降压斩波电路主要分为三个部分，分别为主电路模块，控制电路模块和驱动电路模块。电路的结构框图如图1所示。
图1总体设计方案
除了上述主要结构之外，还必须考虑电路中电力电子器件的保护，以及控制电路与主电路的电器隔离。
2.3 方案的确定
电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路，驱动电路，保护电路和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力电子器件的导通或者关断来完成整个系统的功能，当控制电路所产生的控制信号能够足以驱动电力电子开关时就无需驱动电路。
控制电路是用来产生升、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开关控制端，可以使其开通或关断的信号。
通过控制开关的开通和关断来控制升、降压斩波电路的主电路工作。控制电路中的保护电路是用来保护电路的，防止电路产生过电流现象损害电路设备。
3主电路设计
3.1 工作原理
图2所示为升降压斩波电路(Buck-Boost Chopper)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。
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i i，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u L对时间的积分为零，即：
T t on T
U L dt 二0U L on dt 怙U L off dt 二Et on - 比切二0 (1)
当V处于通态期间时，U L=E,而当V处于断态期间时，U L= - U0。于是
Et on - U°t off
所以输出电压为：
t t a
U0 竺E 211 E E (2)
t off T —t on 1
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；’为导通占空比，简称占空比或导通比。
若改变导通比:，则输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。
当0 ：：：：：1；2时为降压，
当12：：：：：1时为升压，
因此该电路称为升降压斩波电路。
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t on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。
3.2波形图
输出电压
U O上t off a
E E
1 -:
⑶
图3给出了电源电流
i i
和负载电流
i 2的波形，设两者的平均值分别为
1
1、1
2，
当电流脉动足够小时，有
l i _ t on ⑷
I 2 t off
由上式可得
- t off . 1 - ■
I2
1 1 1
t
on a
如果V、VD为没有损耗的理想开关时，则有Eh =U°l2 其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器。
厂L
72 |
A.---------
o ____
图3升降压斩波电路波形
3.3
主要元器件选择、参数分析
考虑安全裕度则IGBT 的额定电压为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 的反向电压为220V.
选择IGBT 的型号为IRH4PC401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期而定电压为600V,额定电流25A 。 (1) 前级整流电路
负载平均电压升高，纹波减小，且 C 越大，电容放电速率越慢，则负载电压 中的纹波成分越小，负载平均电压越高。为得到平滑的负载电压，一般取
?5)T/2
式中T 为电源交流电压的周期。电容滤波电路的负载电压与的关系约为
V L =Y1.1 ?1.2 V 2
令整流后输出电压为100 V,则整流前输入电压
V 2=V L /1.2=100/1.2=83.4V
因为电源为交流单项220V,变压器变比需满足
V , : V 2 =220:83.4=2:1
此时前级整流输出电压E 为100V 。 (2) 其他器件选择
主电路中电感选择1Mh,整流电路中二极管选择为 管选择为IN4148，驱动电路中C1为0.01卩F
=C(3
(8)
(9)
IN5232，驱动电路中二极
4控制与驱动电路的设计
4.1 控制电路的设计
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,称为脉冲宽度调制或脉冲调宽型；
（2）保持导通时间不变，改变开关周期T,成为频率调制或调频型；
（3）导通时间和周期T都可调，是占空比改变，称为混合型。其中第一种是最常用的方法。PWM控制信号的产生方法有很多。使用IGBT的专用触发芯
片SG3525,其电路原理图如图4所示
图4控制电路原理图
SG3525所产生的仅仅只是PWM控制信号，强度不够，不能够直接去驱动IGBT，中间还需要有驱动电路就爱你过信号放大。另外，主电路会产生很大的谐波，很可能影响到控制电路中PWM信号的产生。因此，还需要对控制电路和主电路进行电气隔离。
4.2 驱动电路设计
IGBT是电力电子器件，控制电路产生的控制信号一般难以以直接驱动IGBT 因此需要信号放大的电路。另外直流斩波电路会产生很大的电磁干扰，会影响控制电路的正常工作，甚至导致电力电子器件的损坏。因而还设计中还学要有带电器隔离的部分。具体来讲IGBT的驱动要求有一下几点：
（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。否则IGBT会在开通及关延时，同时要保证当IGBT损坏时驱动电路中的其他元件不会被损坏。
（2）能向IGBT提供适当的正向和反向栅压，一般取+15 V左右的正向栅压比较恰当，取-5V反向栅压能让IGBT可靠截止。
（3）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土20 V，驱动信号超出此范围可能破坏栅极。
（4）当IGBT处于负载短路或过流状态时，能在IGBT允许时间内通过逐渐降低栅压自动抑制故障电流，实现IGBT的软关断。驱动电路的软关断过程不应随输入信号的消失而受到影响。
5直流升压斩波电路保护电路设计
在电力电子电路中，除了电力电子器件参数选择合适，驱动电路设计良好外，采用合适的过电压保护、过电流保护，du/dt和di/dt也是非常必要的。
5.1过电流保护电路
电力电子电路运行不正常或者发生短路时，可能会发生过电流。过电流分为
过载和短路两种情况。
晶闸管是整流装置中的核心器件，但其过载能力较差，所以对晶闸管必须进行保护。
晶闸管承受过流的能力比一般电器差得多，必须在极短的时间内把电源断开或者把电流值降下来。电力电子电路运行不正常或者发生故障时，可能会发生过
电流。过电流分为过载和短路两种情况。通常采用的保护措施有：快速熔断器、直流快
速断路器和过电流继电器。一般电力电子装置均同时采用集中过流保护措施，以提高保
护的可靠性和合理性。
综合本次设计电路的特点，采用快速熔断器，是电力电子装置中最有效、应用最广的一种过流保护措施，即给晶闸管串联一个保险丝实施电流保护。过电流保护电路如图5所示。
图5直流升压斩波电路过流保护电路
在选择快熔时应考虑：
2 2
⑴遵从11值小于晶闸管的允许11值。
⑵电压等级应根据熔断后快熔实际承受的电压来确定。
⑶电流容量应按其主电路中的接入方式和主电路的连接形式来确定。快熔一
般与电力电子半导体器件串联连接，在小容量装置中也可以串接与阀测交流母线或直流母线中。
5.2过电压保护电路
电力电子装置中可能发生的过电压分为外因过电压和内因过电压两类。夕卜因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外部原因。本设计主要用于室内，为了使用方便不考虑来自雷击的威胁。
操作过电压是由分闸、合闸的开关操作引起的过电压，电网侧的操作过电压 会由供电变压器磁感应耦合，或由变压器绕组之间存在的分布电容静感应耦合过 来。
内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程， 包括：换相过电压, 关断过电压。
根据以上产生过电压的的各种原因， 设计相应的保护电路。如图6过压保护 电路所示。其中：图中是利用一个电阻加电容进行电压抑制，当电压过高时，保 护电路中的电容会阻碍其电压的上升，从而使得电力电子器件 IGBT 管因电压的
的过高厄尔损坏。
图6过压保护电路
图6中的电阻可以是1K Q 左右的电阻，而电容的值可以为 100pF 左右，这 样形成一个保护电路。该过压保护方法也称为阻容吸收保护法， 其通常都是采用 电阻R 和电容C 的串联支路，并联在保护器件的两侧。
TGPT
卄
100 IJ- F
6 Simulink仿真分析
6.1仿真软件简介
此次仿真使用的是MATLAB软件。
Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写方程，而只需通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。
Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口( GUI)，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。
6.2 建立仿真模型
仿真模型的搭建如下图7所示。其中输入电压为100V,电感为1Mh,电容为1卩F,负载电阻为60Q，控制信号为频率10KHZ的矩形波。
图7升降压斩波Simulink仿真模型
具体参数设置如下:
(1)直流电压值为100V,设置如图8所示
]%l Block Parameters; 1(X)V
DC Voltage Source (mask) (link)
Ideal DC volt age source.
Paraunet ers1
Ainplitude (V);
100|
图9电阻参数设置
(3)电感L值设为1e-3H,如图10所示
MM
Cancel Help Apply
图8电压参数设置
(2)电阻R值设为60Q，如图9所示。
Blgk Psrameters: Series RLC Branch2
Series RLC Branch (mask) 让ink)
Implements a series branch of RLC elements.
Use the 1Branch typw' parameter to add or rejnove eleihents from, the branch-
Farameters
I \
branch type: L T
Inductance (H):
le-3
| Set the initial inductor current
Measurements None _______________________________ T
图10电感参数设置
(4)电容C值设为1e-3F,如图11所示。
L% Block Parameter：le-JF
Parallel RLC Branch (mask) (link)
Implements a parallel branch of KLC elements
Use the 'Branch type? paraineter to add or remove elewiants from the
branch*
Parameters
Branch type:
Capacit ance C
le-3
I Set the initial rap-Heitor v^lt
Measurements None
图11电容参数设置
(5)开关频率要求10KHz，设置周期为0.0001s,依次调节占空比，如图12所示
C
(F)
OK Cancel Help toiy
QK Cancel Help Apply
Source Block Parameters' Pulse Oerier^tor
if Ct >= PhaseDsl^y)矗矗Pulse is on
Tf (t = Amp 1 i-t u.d^
P JLK U
Yft) = Q
en Pnl 嘈yp 也tT3f?iT*^s *h^ e emput i &TI si * er chi^ i qu i?u ；s? 岬. T ime^basBid is r e coi^mende d for use wi^th 曰var i abl e sit ep eolver, wlulci Samplo-tifloed recoiwiiended -Cor uee with a Q_K Q MWJ.1Hielp iPPlF TiMed st ep solver or wit tiiin 3 dis cr ?-t & por~t ion olf a mods using 0 v-ai: iab 1.旧si: ep solver^ 图12周期及占空比参数设置 6.3 仿真结果分析 设计要求直流输入电压100V,电阻负载为60Q;控制电路频率10KHZ ;输出电压纹波系数：0.2%;仿真出占空比a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。仿真结果如下所示。 以下仿真图真每个图形中从上至下所表示的波形分别是电感电压、电感电流、 开关管电流、二极管电流和输出电压的波形。 (1)当控制电路频率占空比a =0.1时仿真波形如图13所示。 图13占空比a =0.1各输出点的波形 电力电子技术课程设计报告题目：升压斩波电路设计 学院： 专业： 学号： 姓名： 指导教师： 完成日期： 升压斩波电路设计(一) 设计任务书 （二）设计说明书 目录一matlab仿真原理 1 升压斩波电路工作原理 1.1主电路工作原理 1.2 IGBT驱动电路选择 2 仿真实验 2.1仿真模型 2.2仿真实验结果及分析 2.3仿真实验结论 2.4 最优参数选择 二硬件实验 2.1 硬件电路 2.1.1整流电路 2.1.2斩波信号产生电路 2.1.3斩波电路 2.1.4总原理图 2.1.5元器件列表 2.2 PCB印刷电路板 2.3 制造输出——final 三课程设计总结 参考文献 摘要 本设计是基于SG3525芯片为核心控制的PWM升压斩波电路（Boost chopper）.设计由Matlab仿真和Protel两大部分构成。Matlab主要是理论分析，借助其强大的数学计算和仿真功能可也很直观的看到PWM控制输出电压的曲线图。通过设置参数分析输出与电路参数和控制量的关系，最后进行了GUI编程，利用图形可视化界面的直观易懂的特点，使设计摒弃了繁琐难懂的单一波形和控制方式，从而具有友好界面，非常方便的就可进行控制参数输入，和输出图像显示。第二部分是电路板，它可以通过BluePrint、Kicad 、Protel等软件设计完成，其中Protel原理图设计系统以其分层次的设计环境，强大的元件及元件库的组织功能，方便易用的连线工具，强大的编辑功能设计检验，与印制电路板设计系统的紧密连接，自定义原理图模板高质量的输出等等优点，和丰富的设计法则，易用的编辑环境，轻松的交互性手动布线，简便的封装形式的编辑及组织，高智能的基于形状的自定布线功能，万无一失的设计检验等印制电路板设计系统的优点，使其在我们学生选用PCB电路板设计软件中占了绝大部分比重。本设计也采用Protel设计原理图，和进行PCB板布线。它是本设计从理论到实际制作的必进途径，通过设定相应的规则，足以满足设计所要求的规定。 关键字升压斩波; SG3525;SIMULINK ; PWM;Protel 湖南工学院 课程设计说明书 课题名称：直流升压斩波电路的设计专业名称：自动化 学生班级：自本0903班 学生姓名：曾盛 学生学号： 09401040322 指导教师：桂友超 电力电子技术课程设计任务书 一、设计任务和要求 （1）熟悉整流和触发电路的基本原理，能够运用所学的理论知识分析设计任务。 （2）掌握基本电路的数据分析、处理；描绘波形并加以判断。 （3）能正确设计电路，画出线路图，分析电路原理。 （4）广泛收集相关资料。 （5）独立思考，刻苦专研，严禁抄袭。 （6）按时完成课程设计任务，认真、正确的书写课程设计报告。 二、设计内容 （1）明确设计任务，对所要设计地任务进行具体分析，充分了解系统性能，指标要求。 （2）制定设计方案。 （3）迸行具体设计：单元电路的设计；参数计算；器件选择；绘制电路原理图。 （4）撰写课程设计报告（说明书）：课程设计报告是对设计全过程的系统总结。 三、技术指标 斩波电路输出电压为340±5V，直流升压斩波电路输入电压为直流流24V~60V，输出功率为100W。 绪论 ........................................................... - 1 - 第1章直流升压斩波电路的设计思想 .............................. - 3 - 1.1直流升压斩波电路原理..................................... - 3 - 1.2参数计算................................................. - 4 - 第2章直流升压斩波电路驱动电路设计 ............................ - 5 - 第3章直流升压斩波电路保护电路设计 ............................ - 6 - 3.1过电流保护电路........................................... - 6 - 3.2过电压保护电路........................................... - 6 - 第4章直流升压斩波电路总电路的设计 ............................ - 7 - 第5章直流升压斩波电路仿真 .................................... - 8 - 5.1仿真模型的选择........................................... - 8 - 5.2仿真结果及分析........................................... - 8 - 第6章设计总结 ............................................... - 10 - 参考文献 ...................................................... - 11 - 附录：元件清单 ................................................ - 12 - 课程设计说明书 升压直流斩波 院、部：电气与信息工程学院学生姓名：唐浩 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：电气本1205班 完成时间： 2015年5月26日 摘要 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，包括直接直流电变流电路和间接直流电变流电路。直接直流电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5调电压的直流电，一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。间接直流变流电路是在直流变流电路中增加了交流环节，在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称带隔离的直流直流变流电路或直交直电路。直流斩波电路的种类有很多，包括六种基本斩波电路：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，利用不同的斩波电路的组合可以构成符合斩波电路，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。 关键字：直流斩波；升压斩波；变压器 ABSTRACT Current chopper circuit as a fixed voltage or DC into another adjustable voltage DC - DC converter, including direct and indirect DC DC converter circuit converter circuit. Dc converter circuit is also called directly Chopper circuit, its function is to change the dc into another fixed voltage or 5 adjustable voltage direct current (dc), generally refers to the directly to the direct current into another, this kind of circumstance not isolation between the input and output. Indirect dc converter circuit is in the dc converter circuit increases the communication link, usually in the communication link between the input and output is realized by using transformer isolation, therefore also calls the dc dc converter circuit with isolation or rectangular straight circuit. Kinds of dc chopper circuit has a lot of, including six basic chopper circuit: buck chopper circuit, boost chopper circuit, buck chopper circuit, Cuk chopper circuit, Sepic chopper circuit and Zeta Chopper circuit, using a combination of different chopper circuit can conform to the chopper circuit, such as current reversible chopper circuit, bridge type reversible chopper circuit, etc. Using basic chopper circuit on the structure of the same combination, can constitute a heterogeneous multiple chopper circuit. Keywords: dc chopper; boost chopper; transformer 电力电子技术课程设计报告 课题名称IGBT升降压斩波电路设计 专业班级 学号 学生 指导教师 指导教师职称 评分 完成日期：2015年1月13日 摘要 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，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。 升降压斩波电路综合了升压电路和降压电路的优点，可以在一个电路中同时实现升压和降压，简化了电路结构。而全控型器件IGBT的使用为外部自动控制提供了巨大便利，因此其使用围在直流斩波电路中很广泛，对其做研究有很好的使用意义。 本文首先比较了两种具有升降压功能的DC／DC变换电路，具体地分析了两种DC／DC变换器的设计(拓扑结构、工作模式和储能电感参数设计)，详细地阐述了该DC／DC变换器控制系统的原理和实现，通过MATLAB软件中的Simulink部分建模仿真，最后给出了测试结果。 关键词：直流斩波；升降压； IGBT；全控型 目录 目录 (1) 1 设计任务要求 (2) 1.1 设计任务 2 1.2 设计要求 2 2方案选择 (3) 2.1方案一 3 2.2方案二 4 3 电路设计 (6) 3.1 主电路设计 6 3.2 驱动电路设计 8 3.3保护电路 11 4 仿真控制 (11) 5心得体会 (14) 参考文献 (15) 附录1 程序清单 (16) 附录2 元件清单 (17) 答辩记录 (18) 湖南工程学院 课程设计任务书 课程名称电力电子技术 题目升压斩波电源设计 专业班级电气工及其自动化 学生姓名王振林学号 0505 指导老师颜渐德 审批谢卫才 任务书下达日期 2010 年 5 月 17 日设计完成日期 2010 年 5 月 28 日 摘要 本设计是基于SG3525芯片为核心控制的PWM升压斩波电路（Boost chopper）.设计由Matlab仿真和Protel两大部分构成。 Matlab主要是理论分析，借助其强大的数学计算和仿真功能可也很直观的看到PWM控制输出电压的曲线图。通过设置参数分析输出与电路参数和控制量的关系。第二部分是电路板，它可以通过Protel设计完成，其中Protel原理图设计系统以其分层次的设计环境，强大的元件及元件库的组织功能，方便易用的连线工具，强大的编辑功能设计检验，与印制电路板设计系统的紧密连接，自定义原理图模板高质量的输出等等优点，和丰富的设计法则，易用的编辑环境，轻松的交互性手动布线，简便的封装形式的编辑及组织，高智能的基于形状的自定布线功能，万无一失的设计检验等印制电路板设计系统的优点，使其在我们学生选用PCB电路板设计软件中占了绝大部分比重。本设计也采用Protel设计原理图，和进行PCB板布线。它是本设计从理论到实际制作的必进途径，通过设定相应的规则，足以满足设计所要求的规定。 引言 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。但以 目录 摘要 (1) 1前言 (1) 2方案确定 (2) 3主电路设计 (2) 3.1 主电路方案 (2) 3.2 工作原理 (3) 3.3参数分析 (4) 4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) 5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) 6保护电路设计 (11) 6.1 过压保护电路 (11) 6.1.1主电路器件保护 (11) 6.1.2负载过压保护 (12) 6.2 过流保护电路 (13) 7系统仿真及结论 (14) 7.1 仿真软件的介绍 (14) 7.2仿真电路及其仿真结果 (14) 心得体会 (16) 参考文献 (17) 致谢 (18) IGBT降压斩波电路设计 摘要：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，包括直接直流电变流电路和间接直流电变流电路。直接直流电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，一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。间接直流变流电路是在直流变流电路中增加了交流环节，在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称带隔离的直流-直流变流电路或直-交-直电路。直流斩波电路的种类有很多，包括六种基本斩波电路：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，利用不同的斩波电路的组合可以构成符合斩波电路，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。 关键字：IGBT 直流斩波降压斩波 1前言 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。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。 I G B T升降压斩波电路设 计 Written by Peter at 2021 in January 电力电子技术课程设计报告课题名称IGBT升降压斩波电路设计 专业班级 学号 学生姓名 指导教师 指导教师职称 评分 完成日期：2015年1月13日 摘要 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，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。 升降压斩波电路综合了升压电路和降压电路的优点，可以在一个电路中同时实现升压和降压，简化了电路结构。而全控型器件IGBT的使用为外部自动控制提供了巨大便利，因此其使用范围在直流斩波电路中很广泛，对其做研究有很好的使用意义。 本文首先比较了两种具有升降压功能的DC／DC变换电路，具体地分析了两种DC／DC变换器的设计(拓扑结构、工作模式和储能电感参数设计)，详细地阐述了该DC／DC 变换器控制系统的原理和实现，通过MATLAB软件中的Simulink部分建模仿真，最后给出了测试结果。 关键词：直流斩波；升降压； IGBT；全控型 目录 1 设计任务要求设计任务 IGBT升降压斩波电路设计（纯电阻负载） 设计条件：（1）输入直流电压，Ud=50V； （2）输出功率：300W （3）开关频率5KHZ （4）占空比10%-50% (5) 输出电压脉率：小于10% 设计要求 1，分析题目要求，提出2-3种实现方案，比较并确定主电路结构和控制结构方案； 2，设计主电路原理图，触发电路原理图，并设置必要的保护电路； 3，参数计算，选择主电路及保护电路元件参数 4，利用仿真软件MATLAB等进行电路优化； 5，最好可以建模并仿真完成相关的设计电路。 2方案选择 方案一 该DC／DC变换器为前后级串联结构，前级是由1T、3T、1D、2D、L、C、1R、2R构成降压变换电路，后级是由2T、2D、L、C构成升压变换电路，其中2D、L、C均出现在前、后级变电路中。采用PWM 方式控制两个主开关管3T、2T存在一定的困难，因为它们的控制端不共地。为了实现两路控制信号共地，也只能选用功率晶体管。为此增加辅助开关管1T，且3T由NPN型改为PNP型，显然1T、2T是共地的，1T、3T是同步开关的，这就实现了两路控制信号的共地。这样，原本通过控制3T、2T来控制电路的工作状态，现在是通过1T、2T来控制，1T称为降压斩波辅助开关，2T称为升压斩波主开关、3T称为降压斩波电路。其电路图如图所示: 图2-1原理图 辽宁工业大学 电力电子技术课程设计（论文）题目：降压直流斩波电路实验装置 院（系）：新能源学院 专业班级：电气131班 学号： 学生姓名： 指导教师：（签字） 起止时间：2011-12-26至2011-01-6 课程设计（论文）任务及评语 院（系）：新能源学院教研室：电气 目录 第1章绪论 (4) 1.1 降压直流斩波电路的基本概念 (5) 1.2 降压直流斩波电路的发展 (5) 第2章降压直流斩波斩波电路设计 2.1 降压斩波电路工作原理 (7) 2.1.1降压斩波电路（Buck Chopper） (7) 2.1.2 IGBT驱动电路选择 (8) 2.2 整流电路 (8) 2.3 斩波信号产生电路 (9) 2.3.1由分立元件组成的驱动电路 (9) 2.3.2集成驱动电路 (10) （2）电路原理图及工作原理简介 (11) 2.4 最优参数选择 (13) 2.4.1 整流电路部分 (13) 2.4.2 斩波主电路部分 (13) 2.5 生成总的电路图 (15) 2.5.1 总原理图 (15) 2.5.2 此电路的主要功能 (16) 2.6 保护电路 (16) 2.6.1 整流桥电路部分 (16) 2.6.2 驱动电路部分 (17) 第3章课程设计总结 (18) 参考文献 (18) 摘要 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。 TDC-1型学习机是为了配合高等工科院校及高等专科技术学校的“电力电子”或“半导体变流技术”等课程中的直流斩波电路实验并根据当今电力电子技术的发展方向及应用而设计的新型实验装置。该学习机面板上画有原理图。各测试点均装有测试探头可以钩住的端子。测试电压及波形十分方便。使学生在实验课中安全、方便、直观地观察到各种电压、电流的波形及数据。学生实验可以更加深入了解直流斩波电路的工作原理及其典型的应用电 . 关键词：直流；电力电子；变换电路； 《电力电子技术课程设计》报告 设计题目：升压斩波电路的设计 英文题目：The Design of Boost Chopper 院系：电气工程与自动化 年级专业： 2011级电气工程及其自动化 姓名：） ） ） 2014年6月30日 目录 目录 (2) 1. 设计的题目 (3) 1.1引言 (3) 1.2升压斩波电路的应用 (4) 2.设计的任务： (4) 2.1 课程设计要求 (4) 2.2Boost电路技术参数及要求 (4) 3.设计的依据： (5) 3.1总体构思依据 (5) 3.2理论计算依据 (5) 4.设计的内容： (6) 4.1主电路的选择与计算过程 (6) 4.1.1直流斩波电路由直流电源、MOSFET、电感、电容、续流二极管以及负载组 成。具体原理电路图如下： (6) 4.1.2主电路的理论计算： (6) 4.1.3主电路的仿真 (7) 4.1.4主电路的仿真输出波形 (8) 4.2控制电路的选型与计算过程 (8) 4.2.1NE555的引脚图及引脚 (8) 4.2.2 NE555工作原理 (9) 4.2.3控制电路原理图 (9) 4.2.4控制电路理论计算过程 (10) 4.2.5控制电路的仿真与波形输出 (10) 4.3带tlp250光耦合器的驱动电路的选型 (11) 4.3.1 tlp250引脚图及引脚 (11) 4.3.2采用tlp250的原理 (11) 4.4绘制原理图和PCB (12) 4.4.1主电路原理图 (12) 4.4.2主电路PCB图 (13) 4.4.3 555电路图 (13) 4.4.4 光耦tlp250原理图 (13) 目录 绪论 (3) 一．降压斩波电路 (6) 二．直流斩波电路工作原理及输出输入关系 (12) 三．D c／D C变换器的设计 (18) 四．测试结果 (19) 五．直流斩波电路的建模与仿真 (29) 六．课设体会与总结 (30) 七．参考文献 (31) 绪论 1. 电力电子技术的容 电力电子学,又称功率电子学(Power Electronics)。它主要研究各种电力电子器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或装置，以完成对电能的变换和控制。 它既是电子学在强电(高电压、大电流)或电工领域的一个分支，又是电工学在弱电(低电压、小电流)或电子领域的一个分支，或者说是强弱电相结合的新科学。电力电子学是横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域的一个新兴工程技术学科。 电有直流(DC)和交流(AC)两大类。前者有电压幅值和极性的不同，后者除电压幅值和极性外，还有频率和相位的差别。 实际应用中，常常需要在两种电能之间，或对同种电能的一个或多个参数(如电压，电流，频率和功率因数等)进行变换。 变换器共有四种类型： 交流-直流(AC-DC)变换：将交流电转换为直流电。 直流-交流(DC-AC)变换：将直流电转换为交流电。这是与整流相反的变换，也称为逆变。当输出接电网时，称之为有源逆变；当输出接负载时，称之为无源逆变。 交-交(AC-AC)变换，将交流电能的参数(幅值或频率)加以变换。其中：改变交流电压有效值称为交流调压；将工频交流电直接转换成其他频率的交流电，称为交-交变频。直流-直流(DC-DC)变换，将恒定直流变成断续脉冲输出，以改变其平均值。 2. 电力电子技术的发展 在有电力电子器件以前，电能转换是依靠旋转机组来实现的。与这些旋转式的交流机组比较,利用电力电子器件组成的静止的电能变换器,具有体积小、重量轻、无机械噪声和磨损、效率高、易于控制、响应快及使用方便等优点。 1957年第一只晶闸管—也称可控硅(SCR)问世后，因此,自20世纪60年代开始进入了晶闸管时代。 70年代以后，出现了通和断或开和关都能控制的全控型电力电子器件(亦称自关断型器件)，如：门极可关断晶闸管(GTO)、双极型功率晶体管(BJT/ GTR)、功率场效应晶体管(P-MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等。 控制电路经历了由分立元件到集成电路的发展阶段。现在已有专为各种控制功能设计的专用集成电路，使变换器的控制电路大为简化。 微处理器和微型计算机的引入，特别是它们的位数成倍增加，运算速度不断提高，功能不断完善，使控制技术发生了根本的变化，使控制不仅依赖硬件电路，而且可 《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 《电力电子技术》课程设计说明书直流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：刘贝贝 指导教师：胡小娣职称助教 专业：电气工程及其自动化 班级：电气本1305 学号：1330120504 完成时间：2016年6月 湖南工学院《电力电子技术》课程设计课题任务书学院：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化 指导教师胡小娣学生姓名刘贝贝 课题名称直流降压斩波电路的设计与仿真 内容及任务一、设计任务 设计一个直流降压斩波电路 二、设计内容 1、主电路的设计、原理分析和器件的选择 2、控制电路的设计 3、保护电路的设计 4、利用MATLAB软件对自己的设计进行仿真 5、系统总图为标准的三号CAD图 三、设计要求 1、直流输入电压100V； 2、电阻负载；(R=40Ω)； 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。 主要参考资料[1] 王兆安.电力电子技术[M].第5版.北京：机械工业出版社，2009.5. [2] 李传琦.电力电子技术计算机仿真实验[M].电子工业出版社.2005 [3] 洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真[M].机械工业出版社.2006 [4] 钟炎平.电力电子电路设计.华中科技大学出版社[M].2010 [5] 李维波.MATLAB在电气工程中的应用[M].北京:中国电力出版社,2006 教研 室意见教研室主任： 年月日 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。 关键字：直流斩波，降压斩波 电力电子技术课程设计报告MOSFET升降压斩波电路设计 班级：110306班 姓名：*** 学号：20111049 指导教师：侯云海 时间：2014年1月10日 题目：MOSFET升降压斩波电路设计 一、课程设计的目的 1.电力电子技术的课程设计是《电力电子技术》课程的一个重要 的实践教学环节。它与理论教学和实践教学相配合，可使我们在理论联系实际，综合分析，理论计算，归纳整理和实验研究方面得到综合训练和提高，从而培养学生独立解决实际问题的能力。 2.加深理解电力电子技术的课程内容，建立正确的设计思想，熟 悉工程设计的顺序和方法，提高正确使用技术资料，标准，手册等的独立工作能力。 3.为后续课程的学习打下坚实的基础。 二、设计的技术数据及要求 1、交流电源：单相220V； 2、前级整流输出输电压： U d=50V～80V； 3、输出功率：300W； 4、开关频率5KHz； 5、占空比10%—90%； 6、输出电压脉率：小于10%。 三、设计内容及要求 1、方案的论证及方案的选择： 1.1总体方案论证 图1 1.2 方案一：MOSFET降压斩波电路 MOSFET降压斩波电路原理图 降压斩波电路的原理图以及工作波形如图2所示。该电路使用一个全控型器件 V，图中为MOSFET。为在MOSFET关断时给负载中电感电流提供通道，设臵了续流二极管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2 降压斩波电路原理图 MOSFET降压斩波电路工作原理图 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t=0 时MOSFET 管被激励导通电源U向负载供电，负载电压为Uo=U,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Uo 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使串联的电感L较大。电路工作时的波形图如图3所示。 至一个周期T结束，再驱动MOSFET导通，重复上一周期的过程。当电力电子系统工作处于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等，如图2所示。 负载电压平均值为：（2.1） 负载电流平均值为：（2.2） 式中，t on为MOSFET处于通态的时间；t off为MOSFET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U，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。 根据对输出电压平均值进行调试的方式不同，可分为三种工作方式： （1）保持开关导通时间不变，改变开关T，称为频率调制工作方式； （2）保持开关周期T不变，调节开关导通时间，称为脉冲宽调制 电力电子技术课程设计报告课题名称IGBT升降压斩波电路设计 专业班级 学号 学生姓名 指导教师 指导教师职称 评分 完成日期：2015年1月13日 摘要 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，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。 升降压斩波电路综合了升压电路和降压电路的优点，可以在一个电路中同时实现升压和降压，简化了电路结构。而全控型器件IGBT的使用为外部自动控制提供了巨大便利，因此其使用范围在直流斩波电路中很广泛，对其做研究有很好的使用意义。 本文首先比较了两种具有升降压功能的DC／DC变换电路，具体地分析了两种DC／DC变换器的设计(拓扑结构、工作模式和储能电感参数设计)，详细地阐述了该DC／DC变换器控制系统的原理和实现，通过MATLAB软件中的Simulink部分建模仿真，最后给出了测试结果。 关键词：直流斩波；升降压； IGBT；全控型 目录 目录 (1) 1 设计任务要求 (1) 1.1 设计任务 1 1.2 设计要求2 2方案选择 (2) 2.1方案一2 2.2方案二 2 3 电路设计 (3) 3.1 主电路设计3 3.2 驱动电路设计4 3.3保护电路 4 4 仿真控制 (5) 5心得体会 (5) 参考文献 (6) 附录1 程序清单 (6) 附录2 元件清单 (7) 答辩记录 (7) 1 设计任务要求 1.1 设计任务 IGBT升降压斩波电路设计（纯电阻负载） 设计条件：（1）输入直流电压，Ud=50V； （2）输出功率：300W （3）开关频率5KHZ （4）占空比10%-50% (5) 输出电压脉率：小于10% 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型晶体管。 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（DC-DC Converter）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（DC Chopper），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。本文着重介绍升降压斩波电路的原理和基于matlab的simulink的升降压斩波电路的仿真以及用一种芯片的方法实现升降压斩波。 关键词:直流—直流变流电路；升降压斩波；Simulink；仿真 目录 1 绪论 (1) 1.1电力电子技术的概况 (1) 1.2电力电子技术的发展 (1) 1.3电力电子技术的重要应用 (2) 2 总体方案设计 (3) 2.1设计要求 (3) 2.2升降压斩波电路整体设计方案 (3) 2.3方案确定 (3) 3 主电路设计 (4) 3.1主电路原理 (4) 3.2波形图 (5) 3.3主要元器件选择 (6) 4 控制与驱动电路设计 (7) 4.1控制电路设计 (7) 4.2驱动电路设计 (8) 5 保护电路设计 (9) 5.1过电流保护 (9) 5.2过电压保护 (9) 6 仿真分析 (10) 6.1仿真软件介绍 (10) 6.2建立仿真模型 (10) 6.3仿真结果分析 (12) 结束语 (15) 参考文献 (16) 致谢 (17) 附录 (18) 1绪论 《电力电子技术》课程是一门专业技术基础课，电力电子技术课 程设计是电力电子技术课程理论教学之后的一个实践教学环节。其目的是训练学生综合运用学过的变流电路原理的基础知识，独立完成查找资料、选择方案、设计电路、撰写报告的能力，使学生进一步加深对变流电路基本理论的理解和基本技能的运用，为今后的学习和工作打下坚实的基础。 《电力电子技术》课程设计是配合变流电路理论教学，为自动化专业开设的专业基础技术技能设计，课程设计对自动化专业的学生是一个非常重要的实践教学环节。通过设计能够使学生巩固、加深对变流电路基本理论的理解，提高学生运用电路基本理论分析和处理实际问题的能力，培养学生的创新精神和创新能力。 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)。直流斩波电路的种类很多，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， Zeta 斩波电路，前两种是最基本电路。应用Matlab 的可视化仿真工具 Simulink 建立了电路的仿真模型，在此基础上对升 降压斩波 Boost—Buck 电路进行了较详细的仿真分析。 本文分析了升降压斩波电路的工作原理，又用 Matlab 对升压 -降压变换器进行了仿真建模，最后对仿真结果进行了分析总结。 2升降压斩波电路的设计 2.1 升降压斩波电路工作原理 （1）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。 （2）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。 a)原理图 b)波形图 图（ 3）升压 /降压斩波电路的原理图及波形图 数量关系： 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： 1 设计要求与方案 设计要求 =50V，输出功率P=300W ，利用IGBT设计一个升压斩波电路。输入直流电压U d 开关频率为5KHz，占空比10%到50%，输出电压脉率小于10%。 设计方案 根据升压斩波电路设计任务要求设计主电路、驱动电路。其结构框图如图1所示。 图1 在图1结构框图中，控制电路用来产生IGBT升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控制端与公共端之间，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升压斩波电路工作。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 升压斩波电路设计方案 升压斩波主电路电路工作原理原理图 本设计为直流升压斩波（boost chopper）电路，该电路是本系统的核心。应为输出电压比较大，故斩波器件选用能够承受大电压和导通内阻小，开关频率高，开关时间小的大功率IGBT管。在IGBT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。 原理图如下图1所示： | $ 图1 主电路仿真图 左边E为输入直流50V电压,右边为U 斩波电压输出。I G为SG3525输出的 PWM斩波信号。V为IGBT，VD为电力二极管，L为电感，C为电容，R为负载。 o n o f f 0o f f o f f t t T U E E t t +=＝T off t =βE -11E 1U 0 α β==off t T " 原理分析：首先假设电感L 值很大，电容C 值也很大。当I G 为高电平时，V 导通，50V 电源向L 充电，充电基本恒定为,同时电容C 上的电压向负载R 供电，因C 值很大，基本保持输出电压o u 为恒值，记为o U 。设V 处于通态的时间为o n t ，此阶段电感L 上积储的能量为 1o n E I t 。当V 处于段态时E 和L 共同向电容C 充电，并向负载R 提供能量。设V 处于段态的时间为o t ，则在此期间电感L 释放的能量为01()o f f U E It -。当电路工作于稳态时，一个周期T 中电感L 积储的能量于释放的能量相等，即 101()o n o f f E I t U E I t =- (2-1) 化简得 (2-2) 上式中的off /1T t ≥，输出电压高于电源电压。式（2-1）中o ff /T t 为升压比，调节 其大小即可改变输出电压o U 的大小。 ——升压比，调节其即可改变0U 。将升压比的倒数记作β，即 和导通占空比，有如下关系： 、 1=+βα (2-3) 因此，式（2-2）可表示为： (2-4) 升压斩波电路之所以能使输出电压高于电源电压，关键有两个原因：一是 L 储能之后具有使电压泵升的作用，二是电容C 可将输出电压保持住。在以上分析中，认为V 处于通态期间因电容C 的作用使得输出电压Uo 不变，但实际上C 值不可能为无穷大，在此阶段其向负载放电，U 。必然会有所下降，故实际输出电压会略低于理论所得结果，不过，在电容C 值足够大时，误差很小，基本可以忽略。 ^ 500W升压斩波电路设计与仿真 摘要：本文对Boost升压斩波电路的工作原理进行了详尽分析，并用Visio软件做出电路在电感电流连续工作时的主要波形，并根据电路需要完成的任务进行参数计算，最后用Matlab/simulink软件搭建主电路，根据所计算的参数对用到的元器件进行参数设定，对Boost电路进行仿真。 关键词：Boost升压斩波电路；Visio软件；Matlab/simulink软件；仿真 500W boost chopping circuit design and simulation Abstract：In this paper the boost chopping circuit working principle is discussed in detail, and using Visio software to make the circuit in the inductor current discontinuous operation when the main waveform, and according to the circuit need to complete the task parameter calculation, finally uses the Matlab/simulink software to build the main circuit, according to the parameters of the components used to set parameters, to boost chopper circuit simulation. Key words：Boost chopper;Visio software; Matlab/simulink software; Simulation升压斩波电路设计..
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