直流斩波电路设计与仿真资料

基于Simulink 的直流斩波电路的建模与仿真摘要：直流—直流变流电路的功能是将直流电变为另一种固定电压或者可调电压的直流电，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 ），它的功能之将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。

间接直流变流电路是在直接直流变流电路增加了交流环节。

根据电力电子技术的原理，加到负载上的时间即开关导通时间on t 与输出脉冲电压周期T 之比叫做占空比D 。

下面主要介绍降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，buck 斩波电路。

关键词：Matlab/Simulink 直流斩波电路 建模与仿真1直流斩波电路的工作原理 1.1降压斩波电路若斩波器的开关导通时间on t ，关断时间off t ，则开关工作周期T=on t +off t 。

定义占空比为D=on t /T(D<1) ,则输入电压Uo=D*Us 。

这就是降压式斩波电路的调压原理。

1.2升压斩波电路若斩波器的开关导通时间on t ，关断时间off t ，则开关工作周期T=on t +off t 。

定义占空比为D=on t /T ，定义升压比为S U U 0=α。

根据电力电子技术原理，理论上电感储能与释放能量相等，有S S offO U U t T U β1==,还有，D+β=1。

由此可见，当Us 一定时，改变β就可以调节Uo 。

1.3升降压斩波电路若斩波器的开关导通时间on t ，关断时间off t ，则开关工作周期T=on t +off t 。

定义占空比为D=on t /T ，根据电力电子技术原理，则升降压斩波电路有输出电压SSonon Soffon O UDDUt T t Ut t U -=-==1。

由此可见，当Us 一定时，改变D 就可以调节Uo 。

1.4 Cuk 斩波电路其降压变换与升压变换的原理与Buck-Boost 斩波器相同。

2.直流斩波电路的建模与仿真2.1降压斩波电路（1）仿真模型及参数设置电源电压Us=220v ，Em=50v ；电阻设为500Ω，电感为10H ；触发脉冲的幅值为5，周期为0.02，脉冲宽度设为40。

直流斩波电路建模仿真实训报告新颖完整直流斩波电路是一种常用的电路拓扑，可用于将直流电转换为可调节的脉冲电压输出。

其在电力电子领域有着广泛的应用，例如交流电压变换、电流控制等。

本文将对直流斩波电路进行建模仿真，并详细介绍其原理和性能特点。

一、直流斩波电路的原理直流斩波电路主要由稳压电源、开关器件（如功率MOS管）、电流传感器、电感、电容、负载等组成。

稳压电源提供稳定的直流电压作为输入，开关器件通过控制开关时间和频率来调节输出波形。

电流传感器用于感应电流变化并反馈给控制电路，使控制电路能够根据需要来调整开关器件的导通时间，以达到输出波形的调节目的。

电感和电容则用来平滑输出波形。

直流斩波电路的工作原理是通过开关器件的周期性导通和截止来实现对直流电压的切割，进而产生脉冲电压输出。

当开关器件导通时，输入电压被加到负载上，电流开始增加；而当开关器件截止时，负载上的电流被切断，负载上的电压下降，电流开始减小。

通过改变开关器件的导通和截止时间，可以改变输出脉冲的宽度和频率。

二、直流斩波电路的性能特点1.可调节输出：直流斩波电路能够灵活地调节输出脉冲的宽度和频率，从而实现对输出脉冲电压的精确控制。

2.高效能转换：直流斩波电路能够将输入直流电转换为高频脉冲电压输出，具有高效的能量转换特性，可以提高系统的能量利用率。

3.电压稳定性好：直流斩波电路通过电感和电容来平滑输出波形，从而提高输出电压的稳定性，在脉动和噪声方面有较好的表现。

4.小型化设计：直流斩波电路由于结构简单，元件少，可以实现小型化设计，满足电子设备对体积的要求。

三、直流斩波电路的建模仿真首先，在LTspice中绘制直流斩波电路的原理图，包括稳压电源、开关器件、电流传感器、电感、电容、负载等。

然后，设置元件的参数，例如输入电压、负载电阻、开关器件的导通时间和截止时间等。

接下来，设置仿真的条件，例如仿真时间、步长等。

进行仿真分析时，可以观察直流斩波电路的输出波形，例如输出脉冲的宽度、频率、占空比等。

实验四直流降压斩波电路一实验目的1.理解降压斩波电路的工作原理及波形情况，掌握该电路的工作状态及结果。

2.研究直流降压斩波电路的全过程3.掌握降压斩波电路MATLAB的仿真方法，会设置各模块的参数。

二预习内容要点1. 降压斩波电路工作的原理及波形2. 输入值输出值之间的关系三实验内容及步骤1.降压斩波电路(Buck Chopper)的原理图如图2.1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UGE可知，当V处于通态时，电源Ui向负载供电，UD=Ui。

当V处于断态时，负载电流经二极管D续流，电压UD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，α为导通占空比，简称占空比或导通比(α=ton/T)。

由此可知，输出到负载的电压平均值UO最大为Ui，若减小占空比α，则UO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。

2.（1）器件的查找以下器件均是在MATLAB R2017b环境下查找的，其他版本类似。

有些常用的器件比如示波器、脉冲信号等可以在库下的Sinks、Sources中查找；其他一些器件可以搜索查找（2）连接说明有时查找出来的器件属性并不是我们想要的例如：示波器可以双击示波器进入属性后进行设置。

图2.11 / 4（3）参数设置1.双击直流电源把电压设置为200V。

负载电动势20V。

’2.双击脉冲把周期设为0.001s，占空比设为30％，40%，80%，（可多设几组）延迟角设为30度，由于属性里的单位为秒，故把其转换为秒即，30×0.02/360；3.双击负载把电阻设为10Ω，电感设为0.1H；4.双击示波器把Number of axes设为3，同时把History选项卡下的Limit data points to last前面的对勾去掉；5.晶闸管和二极管参数保持默认即可四仿真及其结果降压斩波仿真电路图仿真波形及分析占空比为40％占空比为60％占空比为80％占空比80%图2.2仿真波形图占空比从图中可以看出输出电压随占空比的变化而变化其关系为U0=ɑUi五、实验总结IGBT的门极驱动条件密切地关系到他的静态和动态特性。

protues直流变换器cuk电路设计与仿真直流斩波电路(DC Chopper)功能是将直流电变为另一固定电压或调电压的直流电，也称为直接直流一直流变换器(DC/DC Converter)。

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，因此本文对这两种电路作了着重介绍并利用Matlab/Simulink进行了仿真。

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。

DC Chopper (DC Chopper) function is to change DC to another fixed voltage or adjustable voltage DC, also known as direct DC - DC Converter (DC/DC Converter).The kinds of DC chopper are more, including six basic choppers: Buck Chopper, Boost Chopper, Boost-Buck Chopper, Cuk Chopper, Sepic Chopper and Zeta Chopper, among them the former two are the most basic circuits. On the one hand, the applications of the two circuits are the most widely, on the other hand, understanding the two circuits is the foundationof understanding the other circuits, so this thesis introduces emphatically the two circuits and simulates by Matlab/simulink. On the basis, the rest several circuits are introduced.Using different basic Chopper combination can form composite Chopper, such as Current Reversible Chopper, Bridge Type Reversible Chopper, etc. Using the same structural basic Chopper combination can form multiphase multiple Chopper. The above two kinds of circuits are also introduced and simulated.。

直流降压斩波电路仿真报告
本文主要介绍直流降压斩波电路的仿真报告。

由于直流降压斩波可以提供稳定的输出电压，所以它在电力系统中十分重要。

直流降压斩波电路成绩在电力系统中得到了普遍的引用，在涉及电压的应用场合也广泛应用。

本文的目的是研究直流降压斩波电路的输出特性曲线，以及在不同参数设置下的得到的结果。

为了达到这一目的，我们采用了模拟仿真的方法，建立的仿真模型，通过有限元仿真软件进行仿真，并采取相关的保护措施，最终得到仿真结果。

进行仿真实验前，我们根据直流降压斩波电路的工作原理，建立了相应的仿真模型，该仿真模型有助于更准确地了解电路的工作原理，也有助于设计直流降压斩波电路的各种设计参数，满足不同的应用要求。

仿真结果表明，当负载变化时，斩波电路具有良好的动态响应。

与功率型线性稳压器相比，斩波型稳压电路更能充分发挥节能优势，从而满足不同应用的要求。

同时，仿真结果也表明，当前节电能力比线性稳压电路还要高，输出响应因果也更加可靠，可以在负载状态有所变化时，有效抑制输出电压的抖动，保证了输出信号的稳定性和可靠性。

本文通过仿真实验研究表明，直流降压斩波电路具有良好的输出特性和可靠性，能够满足各种应用需求。

同时，意义重大，仿真实验结果可为直流降压斩波电路的更好运用和开发提供重要的参考。

实验报告（理工类）
通过本实验，加深对直流斩波电路工作原理的理解，并学习采用仿真软件来研究电力电子技术及相关控制方法。

二、实验原理
V L/R
¥GVD u 。

图2.1直流降压电路原理图
直流降压变流器用于降低直流电源的电压，使负载侧电压低于电源电压，其原理电路如图2.1所示。

U 。

=
&E=『E=aE （2-1） 4>n+^off /
式（2-1）中，T 为V 开关周期，%为导通时间，为占空比。

在本实验中，采用保持开关周期T 不变，调节开关导通时间&I 的脉冲宽度调制方式来实验对输出电压的控制。

仿真的模型线路如下图所示。

开课学院及实验室:
实验时间：年月日 一、实验目的
图2.2降压斩波电路仿真模型
在模型中采用了IGBT,IGBT的驱动信号由脉冲发生器产生，设定脉冲发生器的脉冲周期和脉冲宽度可以调节脉冲占空比。

模型中连接多个示波器，用于观察线路中各部分电压和电流波形，并通过傅立叶分析来检测输出电压的直流分量和谐波。

三、实验设备、仪器及材料
PC机一台、MATLAB软件
四、实验步骤（按照实际操作过程）
1.打开MATLAB,点击上方的SimUlink图标,进入SimUIinkLibraryBroWSer模式O
2.新建model文件，从SimulinkLibraryBrowser选择元器件，分别从sinks和SimPowerSystems 中选择，powergui单元直接搜索选取
3.根据电路电路模型正确连线
五、实验过程记录（数据、图表、计算等）
六、实验结果分析及问题讨论。

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。

（一）降压式直流斩波电路工作原理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。

（1）t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压U0=E，负载电流i0按指数曲线上升。

（2）t=t1时控制V关断，二极管VD续流,负载电压U0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。

图2-1 降压斩波电路原理图图2-2 电流连续时工作波形图2-3 电流断续时的工作波形电流连续时负载侧输出电压平均值和电流平均值分别为：上式中t on 为开通时间，t off 为关断时间，T 为开关周期，α为导通占空比。

U 0最大为E ，减小占空比，U 0将减小，因此称为降压斩波电路。

（二）升压式直流斩波电路工作原理图2-4升压式直流斩波电路原理图该电路也是使用一个全控型器件，以下来分析电路的工作原理：首先假设电路中的电感L 值很大，电容C 值也很大，V 处于通态时，电源E 向电感L 充电，电流I1恒定，电容C 向负载R 供电，输出电压U 0恒定。

V 处于断态时，电源E 和电感L 同时向电容C 充电，并向负载提供能量。

其工作的原理波形图如下所示 设V 通态的时间为t on ，此阶段L 上积蓄的能量为t on Ei 1 设V 断态的时间为t off ，则此期间电感L 释放能量为（u 0-E)i 1t off ，稳态时，一个周期T 中L 积蓄能量与释放能量相等，即：（式3）化简得：其中所以输出电压为：（式5） （式4）（式1）（式2）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。

基于MATLAB 的升压－降压式变换器的仿真一、摘要直流斩波电路就是将直流电压变换成固定的或可调的直流电压，也称DC/VC 变换.使用直流斩波技术，不仅可以实现调压功能，而且还可以达到改善网侧谐波和提高功率因素的目的。

直流斩波技术主要应用于已具有直流电源需要调节直流电压的场合。

直流斩波包括降压斩波电路、升压斩波电路和升降压斩波电路.而利用升压--降压变换器,既可以实现升压,也可以实现降压。

二、设计目的通过对升压—降压（Boost —Buck ）式变换器电路理论的分析，建立基于Simulink 的升压-降压式变换器的仿真模型,运用绝缘栅双极晶体管（IGBT ）对升压－降压进行控制，并对工作情况进行仿真分析与研究。

通过仿真分析也验证所建模型的正确性。

三、设计原理升压-降压式变换器电路图如右图所示。

设电路中电感L 值很大,电容C 值也很大，使电感电流L i 和电容电压0u 基本为恒值。

设计原理是：当可控开关V 出于通态时，电源经V 向电感L 供电使其贮存能量，此时电流为1i ，方向如图1—1中所示。

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 中贮存的能量向负载释放，电流为2i ，方向如图1—1中所示。

可见,负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，因此该电路也称作反极性斩波电路.稳定时，一个周期T 内电感L 两端电压L u 对时间的积分为零则 ： 00=⎰dt u T L当V 处于通态期间时，E u L =；而当V 处于端态期间时,=L u 0u -。

于是，=on Et off t U 0，所以输出电压为：E E t t U off on βα==其中β=1—α,若改变导通比α，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〈α<0。

5时为降压，当0.5<α〈1时为升压,如此可以实现升压—降压的变换，该电路称作升降压斩波电路即升降压变换器。

图中给出了电源电流1i 和负载电流2i 的波形,设两者的平均值分别为1I 和2I ， 当电流脉动足够小时，有=21I I offon t t 可得如下11002I I t t I n ff αβ== 如果V 、VD 为没有损耗的理想开关时，则: =1EI 20I U ， 其输出功率和输入功率相等，可将其看作直流变压器。