第三章 斩波电路

降压斩波电路课程设计一、课程目标知识目标：1. 掌握降压斩波电路的基本原理与结构；2. 理解降压斩波电路中元器件的作用及其相互关系；3. 学会分析降压斩波电路的输出电压与输入电压的关系；4. 了解降压斩波电路在实际应用中的优势与局限性。

技能目标：1. 能够正确绘制降压斩波电路的原理图；2. 能够利用仿真软件对降压斩波电路进行仿真分析；3. 能够根据实际需求设计和调试简单的降压斩波电路；4. 能够通过实验和数据分析，解决降压斩波电路中存在的问题。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对电力电子技术课程的兴趣，激发学习热情；2. 培养学生具备良好的团队合作精神和沟通能力，提高解决问题的能力；3. 增强学生的环保意识，了解电力电子技术在实际应用中对环境保护的重要性；4. 培养学生的创新意识，鼓励学生勇于尝试，积极探索电力电子技术的新应用。

本课程针对高年级电子专业的学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，将目标分解为具体的学习成果，以便后续的教学设计和评估。

通过本课程的学习，学生将能够掌握降压斩波电路的相关知识，具备一定的电力电子技术应用能力，同时培养良好的情感态度价值观。

二、教学内容1. 降压斩波电路基本原理：讲解降压斩波电路的工作原理、电路结构及关键元器件的功能；- 课本章节：第三章第三节“降压斩波电路基本原理”- 内容：开关器件、脉冲宽度调制、输出滤波器等2. 降压斩波电路分析与设计：分析电路的输出电压、电流波形，探讨元器件参数对电路性能的影响；- 课本章节：第三章第四节“降压斩波电路分析与设计”- 内容：输出电压与输入电压关系、开关频率、电感、电容等参数的选择3. 降压斩波电路仿真与实验：利用仿真软件进行电路仿真，进行实验验证，提高学生的实际操作能力；- 课本章节：第三章第五节“降压斩波电路仿真与实验”- 内容：仿真软件操作、实验步骤、数据采集与处理4. 降压斩波电路应用案例分析：介绍降压斩波电路在实际应用中的案例，分析其优势与局限性；- 课本章节：第三章第六节“降压斩波电路应用案例”- 内容：开关电源、电动汽车、可再生能源等领域应用5. 教学进度安排：共4课时，分别进行以下内容的教学：- 第1课时：降压斩波电路基本原理- 第2课时：降压斩波电路分析与设计- 第3课时：降压斩波电路仿真与实验- 第4课时：降压斩波电路应用案例分析教学内容科学系统，结合课程目标，确保学生能够全面掌握降压斩波电路的相关知识，提高学生的理论水平和实践能力。

斩波器直流斩波器(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%。

编辑本段基本原理直流斩波器乃利用功率组件对固定电压之电源做适当之切割以达成负载端电压改变之目的。

实验三 直流斩波电路实验一·实验目的1.掌握Buck 电路的基本组成和工作原理；2.熟悉Buck 电路的基本特性；3.掌握Buck 电路的PSIM 仿真模型；4.熟悉电力电子实验台PTS-1000的操作和功能；5.通过直接的波形展示，了解输出电压的纹波。

二·实验设备本实验需要掌握降压型直流斩波电路即Buck 电路的工作特性。

实验时，直流电源GW PSW 160-7.2 360W 接入Buck 电路输入端，直流电源输出电压操作范围为30~70V ，直流负载GW PEL-2004与PEL-2040接入Buck 电路输出端，采用示波器GW GDS-2304A/GDS-2204E 观察电路电压电流信号。

Buck 电路模块本实验设备如图3-1所示，输入电压因安全考虑设定在50V ，输出电压为24V 。

输入端先经过一个10A 的保险丝，接着并联两个100uF/250V 输入电解电容，随后一个由MOS 与二极管及电感(365uH)组成的降压式转换器，后端为三个100uF/250V 的输出电解电容并联，最后接至输出端。

图3-1 Buck 电路实验模块辅助电源该模块输入电压范围为100~250V ，输出为三组不共地的隔离电源，分别是(1)12V (2)12V ,5V (3)15V ,-15V ，如图3-2所示。

图3-2 辅助电源MOS管驱动电路驱动电源模块由门极驱动电路和门极驱动电源电路组成，图3-3左为门极驱动电路，右为门极驱动电源电路。

输入一个12V电压至门极驱动电源，其输出为±12V的方波。

门极驱动电路的输入为此±12V的方波和由DSP产生的PWM信号，输出为驱动MOS的信号。

图3-3 MOS管驱动电路JTAG烧录电路此电路可将计算机中的程序代码烧录至DSP芯片，如图3-4所示，计算机通过该电路与DSP连接。

图3-4 JTAG烧录电路直流电源GW PSW 160-7.2GW PSW 160-7.2 360W直流电源，额定电压输入为160V，输出功率360W，如图3-5所示，图3-5 直流电源GW PSW 160-7.2示波器GDS-2304A/GDS-2204E测量波形信号时使用GDS-2304A (或GDS-2204E)，4通道，彩色数字储存示波器，如图3-6所示，图3-6 示波器GDS-2304A/GDS-2204E直流负载PEL-2000直流负载使用PEL-2040与PEL-2004，如图3-7所示，具有编辑功能，可模拟负载的实际状况。

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。

降压式直流斩波电路设计第三章降压式直流斩波电路设计3.1 降压式设计原理降压式直流斩波电路是一种用来连接电源和负载，能够有效降低电源输出电压，同时保持电源工作电压及负载工作电压在允许范围内的电路。

由于降压式直流斩波电路有双极半桥，可以有效减少电源输出电压，并且保证电源工作电压和负载工作电压的稳定性。

一般来说，降压式直流斩波电路的运行原理如下：当电源输出电压大于负载工作电压时，双极半桥由负极起动，电源输出电压会被半桥放电，电流不断流入负载，从而使电源输出电压降低；当电源输出电压低于负载工作电压时，双极半桥由正极起动，电源输出电压被半桥吸收，电流向负载输出，从而使电源输出电压增加。

3.2 降压式斩波电路设计降压式直流斩波电路的设计主要包括以下几个方面：（1）选择合适的电路板尺寸：首先，根据电路的尺寸要求，为降压式直流斩波电路板选择合适的尺寸。

（2）安装合适的电路板模块：其次，根据不同设计要求，需要安装合适的模块，比如双极半桥和稳压模块等。

（3）选择合适的参数：最后，为了确保电路的正确运行，还需要根据电路应用场景选择合适的参数，比如电源电压、斩波电压、负载最大输出电流等。

3.3 降压式斩波电路实验为了检测降压式直流斩波电路的设计是否符合设计要求，我们进行了实验检验。

实验内容如下：（1）电源输出电压：我们采用WZT-30-2L-24电源，在实验室测试，电源输出电压为24V±1V。

（2）负载工作电压：我们在实验室测试，负载工作电压稳定在5V±0.1V。

（3）负载最大输出电流：我们在实验室测试，负载最大输出电流为4A。

实验结果表明，设计的降压式直流斩波电路符合设计要求，可以正常运行。

直流斩波电路原理实验概述直流斩波电路是一种将直流信号转换为脉冲信号的电路。

该电路通过控制开关管的导通和截止，实现了直流信号的二值化处理。

本文将介绍直流斩波电路的原理和实验步骤。

直流斩波电路原理直流斩波电路的原理基于开关管的开关功能，当开关管导通时，直流信号通过；当开关管截止时，直流信号被切断，产生脉冲信号。

在直流斩波电路中，常用的开关管有晶体管和场效应管。

实验材料1.直流电源2.NPN型晶体管3.耦合电容4.变压器5.负载电阻6.示波器实验步骤1. 搭建电路根据电路原理图，搭建直流斩波电路实验电路。

将直流电源连接到变压器的输入端，变压器的输出端与晶体管的集电极相连，同时将负载电阻接在晶体管的发射极和地之间。

2. 调整参数调整变压器的变比，使得输出信号的幅值适当。

同时调整负载电阻的阻值，以达到所需的输出功率。

3. 连接示波器将示波器的探头分别连接到晶体管的集电极和发射极上，以观察输出信号的波形。

4. 实验记录记录示波器显示的波形和各个参数的数值。

实验结果分析根据实验记录的数据，分析直流斩波电路的性能和特点。

主要包括以下几个方面：1. 输出波形通过示波器观察输出波形，可以判断直流斩波电路的工作状态和性能。

根据波形的幅值、频率和占空比等参数，可以评估电路的性能。

2. 电路效率根据输入功率和输出功率的比值，计算直流斩波电路的效率。

效率越高，电路的能量转换效率越高。

3. 噪声分析通过分析输出波形的噪声水平，可以评估直流斩波电路的抗干扰能力和噪声性能。

实验应用直流斩波电路在实际应用中有着广泛的用途，主要包括以下几个方面：1. 消息传输直流斩波电路可以将模拟信号转换为数字信号，用于消息传输和通信系统中。

2. 电力变换直流斩波电路在电力系统中可以用于直流与交流的转换，实现电力的变压变频控制。

3. 电动机控制直流斩波电路可用于电动机控制系统，实现电机的速度和方向控制。

4. 脉冲控制直流斩波电路产生的脉冲信号可用于触发其他电路和系统的工作，如触发器、计数器等。