IGBT降压斩波电路..

IGBT降压斩波电路设计（纯电阻负载）1、设计要求输入直流电压：U d=100V；输出功率：100W；开关频率5KHz ；占空比10%~90% ；输出电压脉率：小于10% 。

设计主回路、触发电路，设计仿真模型；给出模型的仿真波形，进行分析。

2、参数计算取输出电压脉率8%，R=25Ω，由P=I2R=UI=W，得I0=2A，U0=50V；α=U0E0=50100=0.5;T=1f=15k=0.0002sL=U0(1−α)2I ∗T=50×0.52×2×0.0002=0.00125H=1.25e-3HC=U0(1−α)8LC ×TT50×(1−0.5)8(0.08×50)×0.00125×0.0002×0.0002=0.000025F=2.5e-5F3、工作原理及原理图工作原理：当开关管IGBT驱动为高电平时，IGBT导通，储能电感L被充磁，流经电感的电流线性增加，同时给电容C充电，给R供能。

当开关管IGBT驱动为低电平时，IGBT关断，电感L通过续流二极管放电，电感电流线性减少，输出电压靠输出滤波电容C放电，以及减小的电感电流维持。

4、仿真模型及波形5、分析开关管的导通与关断受控制电路输出的驱动脉冲控制。

当控制电路脉冲输出高电平时，开关管导通，续流二极管D阳极电压为零,阴极电压为电压电压Us ，因此反向截止，开关上流过电流is流经电感L向负载R供电；此时L中的电流逐渐上升，在L两端产生左端正右端负的自感电势阻碍电流上升，L将电能转化为磁能存储起来。

经过时间ton后，控制电路脉冲为低电平，开关管关断，但L中的电流不能突变，这时电感L两端产生右端正左端负的自感电势阻碍电流下降，从而使D正向偏置导通，于是L中的电流经D构成回路，电流值逐渐下降，L中储存的磁能转化为电能释放出来供给负载R。

经过时间off后，控制电路脉冲又使开关管导通，重复上述过程。

实验二 IGBT管的驱动、保护电路的测试及直流斩波降压电路的研究一、实验目的1．掌握IGBT驱动与保护电路的基本要求，熟悉驱动模块EXB841电路的驱动与保护环节的测试；2．掌握脉宽调制信号发生原理，能对脉宽调制电路的调试及负载电压波形进行分析；3．熟悉直流斩波降压电路的工作原理。

二、预习要求1．了解IGBT驱动的隔离和功率放大的要求；2．了解脉宽调制信号的发生原理；3．了解直流斩波电路的基本原理。

三、实验设备1．IGBT直流斩波电路实验装置单元2．示波器3．万用表四、实验原理及说明该实验由三个部分组成：直流斩波电路，IGBT的驱动和保护电路以及脉宽调制信号发生电路。

下面分别予以介绍。

1．直流斩波电路如图2-1所示，220V单相交流电经整流变压器TR，降为50V交流电，再经整流滤波后变为直流电，其幅值在45V～70V之间，视负载电流大小而定。

直流电路的负载为220V、15W白炽灯，用绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为开关管，来控制直流电路的通断，以调节负载上平均电压的大小。

图2-1 IGBT 直流斩波电路2．IGBT管的驱动和保护电路（1）IGBT管IGBT管是一个复合元件，它的前半部分类似绝缘栅场效应管（是电压控制型，具有输入阻抗高的优点），后半部分类似双极管晶体管（具有输出阻抗小、导通压降小、承受电流大的优点）。

它兼有场效应管和双极晶体管的优点，因而获得日益广泛的应用。

（2）IGBT的驱动电路IGBT具有显著的优点，已日益广泛应用于通用变频调速器，位置控制和不间断电源领域。

目前有多种IGBT驱动模块。

现以EXB841为例，来介绍IGBT驱动电路的工作原理。

EBX841型模块，可驱动300A/1200V IGBT元件，驱动延迟时间小于1μs，最高工作频率可达40～50kHz。

它只需要外部提供一个+20V的单电源（它内部自生反偏电压）。

模块采用高速光电耦合（隔离）输入，信号电压经电压放大和推挽（射极跟随）功率放大输出，并有过电流保护环节。

IGBT降压斩波电路设计解读首先，需要明确电路中的主要元件，包括IGBT晶体管、电感、电容和负载电阻。

IGBT晶体管是一种结合了普通MOSFET和双极型晶体管的半导体元件，可用作开关。

电感和电容则构成了滤波电路，用于减小电流和电压的纹波。

负载电阻是电路的输出负载，用于消耗电能。

IGBT降压斩波电路的工作原理如下：输入直流电压经过输入电感和滤波电容后，进入IGBT晶体管。

IGBT晶体管根据控制信号开关，将输入电压的波形转换为脉冲状的输出电压。

然后，经过输出电感和输出滤波电容进一步滤波，最后通过负载电阻供给负载。

控制信号由控制电路生成，通过与电压、电流进行反馈控制来实现输出电压的稳定调节。

在设计IGBT降压斩波电路时，需要考虑以下几个方面：1.输入电压范围：确定所需的输入电压范围，以便确定合适的IGBT和电感、电容参数。

2.输出电压和电流需求：根据负载的电压和电流需求，选择合适的负载电阻和电感、电容参数。

3.电路保护措施：考虑过压、过流等保护措施，以保护电路和负载。

4.控制电路设计：设计一个稳定可靠的控制电路，通过采样反馈信号对输出电压进行精确控制。

5.散热设计：IGBT晶体管的工作产生热量，需要适当散热，保证电路的稳定性和长寿命。

IGBT降压斩波电路的设计可以采用计算和仿真相结合的方法。

首先，使用电路分析工具进行理论计算，根据输入电压、输出电压和负载电流的需求计算出电感、电容和负载电阻的参数。

然后，使用电路仿真软件进行验证，模拟电路工作的波形和性能。

根据仿真结果进行调整和优化，直至满足设计要求。

除了设计之外，IGBT降压斩波电路的实际搭建和测试也是至关重要的。

在搭建电路时，应注意电路布局的合理性，减小信号干扰和串扰。

在测试时，可以测量输入输出电压、电流和负载电阻，通过对比实测数据和设计理论值来验证电路性能。

综上所述，IGBT降压斩波电路设计涉及多个方面的考虑，包括输入输出电压、电流需求、保护措施、控制电路设计和散热设计等。

IGBT降压斩波电路设计
首先，我们需要确定电路的输入和输出电压。

根据要求，我们假设输
入电压为Vin，输出电压为Vout。

接下来，我们选择合适的IGBT和二极管。

IGBT是一种功率开关器件，具有较高的开关速度和额定电流能力。

二极管则用于反向电压的导通，以
避免IGBT在关断时产生负压。

在设计电路时，我们需要考虑到IGBT和二极管的额定电压和电流。

根据这些参数，我们可以选择合适的元器件，并计算电路中需要的电阻值
和电容值。

```
Vin
│
▼
┌─┴─┐
│IGBT│
└┬─┬┘
││D1
││
││
┴┴
┌─┴─┐
│IGBT│
└─┬─┘
│
▼
Vout
```
在这个电路中，IGBT1和IGBT2交替导通，通过调整其导通比例和频率来控制输出电压。

为了保证电路的稳定性，我们可以使用负载电流的反馈控制技术，通过测量负载电流来实时调整IGBT的导通比例。

这样可以避免负载电流过大或过小，保证电路的安全运行。

为了提高电路的效率，我们可以使用高频交流变压器来提高功率传输效率。

变压器可以将输入电压转换为所需的输出电压，并且可以通过变换比例调整输出电压。

此外，在设计电路时，还需要考虑到电路的保护机制。

例如，可以使用过流保护和过温保护来避免电路的过电流和过热情况。

总结起来，IGBT降压斩波电路设计需要考虑电路的输入输出电压、元器件的选择、稳定性、效率和保护机制等因素。

通过合理的设计，可以实现稳定高效的电源供应。

电力电子技术课程设计报告课题名称升降压斩波电路设计IGBT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。

关键词全控型； IGBT升降压；直流斩波；：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22方案选择 (2)2.1方案一22.2方案二 23 电路设计 (3)3.1 主电路设计3 3.2 驱动电路设计33.3保护电路 44 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%10%输出电压脉率：小于 (5)1.2 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。

1、主电路①、降压斩波电路(Buck Chopper)降压斩波电路(Buck Chopper)的原理图及工作波形如图4-12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U GE 可知，当V 处于通态时，电源U i 向负载供电，U D =U i 。

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

由此可知，输出到负载的电压平均值U O 最大为U i ，若减小占空比α，则U O 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。

(a)电路图 (b)波形图图4-12 降压斩波电路的原理图及波形②、升压斩波电路(Boost Chopper)升压斩波电路(Boost Chopper)的原理图及工作波形如图4-13所示。

电路也使用一个全控型器件V 。

由图4-13b 中V 的栅极电压波形U GE 可知，当V 处于通态时，电源U i 向电感L 1充电，充电电流基本恒定为I 1,同时电容C 1上的电压向负载供电，因C 1值很大，基本保持输出电压U O 为恒值。

设V 处于通态的时间为t on ，此阶段电感L 1上积蓄的能量为U i I 1t on 。

当V 处于断态时U i 和L 1共同向电容C 1充电，并向负载提供能量。

设V 处于断态的时间为t off ，则在此期间电感L 1释放的能量为(U O -U i ) I 1t on 。

当电路工作于稳态时，一个周期T 内电感L 1积蓄的能量与释放的能量相等，即：U i I 1t on =(U O -U i ) I 1t off 上式中的T/t off ≥1,输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。

1引言1.1 直流斩波电路的意义及功能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。

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降压斩波电路由于易驱动，电压、电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔的发展前景，也由于开关电源向低电压，大电流和高效率发展的趋势，促进了IGBT降压斩波电路的发展。

1.2 本人所做的工作这里首先讨论了降压斩波电路主电路的工作原理及器件的参数选择、额定参数计算，并设计了PWM(脉冲宽度调制)控制方式的降压电路，并应用Matlab的可视化仿真工具Simulink，对该降压斩波主电路进行了建模，并对仿真结果进行了分析，既避免了繁琐的绘图和计算过程，又尝试得到了一种直观、快捷分析直流变换电路的新方法。

2 系统总体方案1.1设计课题IGBT直流降压斩波电路设计1.2课程设计目的1.加深理解《电力电子技术》课程的基本理论2.掌握电力电子电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力3.学习MATLAB仿真软件及各模块参数的确定1.3设计要求1.电源电压：直流U d =100V2.输出功率：400W3.占空比5.0=α4.开关频率5KHz5.L=100mH 2.4 主电路及其原理降压斩波电路的原理图如图2-1所示。

该电路使用一个全控型器件V ，图中为IGBT,若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。

图2-1中，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 。

若负载中无反电动势时，只需令E M =0。

课程安排任务书籍之阳早格格创做教死姓名：博业班级：指挥西席：处事单位：题目:IGBT落压斩波电路安排（杂电阻背载）安排条件：1、输进曲流电压：Ud=150V2、输出功率：250W3、开关频次4KHz4、占空比5%~50%5、输出电压脉率：小于5%央供完毕的主要任务:1、根据课程安排题目，支集相关资料、安排主电路、统制电路；2、用MATLAB/Simulink对付安排的电路举止仿真；3、撰写课程安排报告——画出主电路、统制电路本理图，证明主电路的处事本理、采用元器件参数，证明统制电路的处事本理、画出主电路典型波形，画出触收旗号（启动旗号）波形，并给出仿真波形，证明仿真历程中逢到的问题妥协决问题的要领，附参照资料；4、通过问辩.指挥西席签字：年月日系主任（或者责任西席）签字：年月日目录1本理分解及电路安排12各模块电路安排33系统仿真及停止分解10心得体验17参照文献18I GBT 落压斩波电路安排1本理分解及电路安排曲流-曲流变流电路的功能是将曲流电形成另一牢固电压或者可调电压的曲流电，包罗曲交曲流变流电路战间交曲流变流电路，IGBT 落压斩波电路是曲交曲流变流电路.曲流落压斩波电路不需要输进输出间的断绝.曲流电压变更电路主要可控器件为齐控器件IGBT ，其所戴背载可为阻性感性以及容性.与普遍电子电路结构类似，曲流落压斩波电路主要分为三个部分，分别为主电路模块，统制电路模块战启动电路模块. 电路的结构框图如图1所示.典型落压斩波电路的本理图如图2所示.VD 及电感组成.如图止，电流o i 流过大电感L ，电源给电感L 充电，共时为背载供电.而IGBT 停止时，电感L开初搁电为背载供电，二极管VD 导通，产死回路L-R-m E -VD.通过统制触收电路的触收时间，IGBT 以那种办法不竭沉复导通战关断，而电感L 足够大，使得背载电流连绝，而电压断绝.从输出电压波形图上估计输出电压仄衡值，可知输出电压的仄衡值减小了.输出电压与输进电压之比α由统制旗号的占空近去决断.果此不妨通过统制触收电路触收旗t OT i G t o n t o ff i o i 1i 2I 10I 20a)E M号的参数去统制α的大小，进而统制输出电压的大小.果为10<<a ，所以输出电压终究小于输进电压，该电路为落压斩波电路.落压斩波的典型波形如下图所示.图3 落压斩波电路处事波形图 落压斩波电路不妨戴多种，戴分歧的背载则处事正在分歧的状态.可戴感性、容性、阻性以及戴反电动势背载.图3为典型落压斩波电路反电动势背载的处事波形.反电动势背载有电流断绝战电流连绝二种处事状态.分别如图3中a ）战b ）所示. 由输出电压的波形图可知，正在电流断绝与连绝的情况下输出电压的仄衡值皆与背载无关，其大小为：（1） on T 表示导通的时；off T 表示停止的时间 ；a 表示导通时间占空比.对付于输出电流，当E U o >时电流连绝，输出电流仄衡值大小为：（2） 当Uo<E 时，电流既无法通过IGBT 也无法通过二极管.于是便出现了电流断绝的局面.普遍不期视出现电流断绝的局面，果此需要通过统制旗号占空比的安排去保护背载的电流.当11-->σσe e m a 电流断绝，反之则电流连绝. 其中στσa t T T t t E E m T m ====111;/;/.2各模块电路安排戴杂电阻背载落压斩波电路如图4所示.0i图4 戴电阻落压斩波电路E E T t E t t t U α==+=on off on on o RE U I M o o -=tOO O EO t t t E M i G t t T i Gt ont off i o i 1i 2I 10I 20t 1u o a)b)O OT E E i G t on t off i ot x i 1i 2I 20t 1t 2u o（1）处事本理：当触收脉冲使V 导通时,电源E 背背载供电，绝流二极管VD 果启受反背电压而关断，果此产死回路E-V-L-R-E.共时电容C 被充电，电感L 正在蓄积能量.正在V 导通的时间on T 内回路电流0i 删大，由于电感值很大，所以正在回路中产死的的电流0i 的大小险些无变更.输出电压为0U ,极性为上正下背.当触收脉冲使V 关断时，电源E 不再背背载供电时.由于电感的电流不克不迭突变，此时二极管VD 启受反压导通绝流，使回路中的电流渐渐减小，消耗正在背载电阻上.当电感的的能量释搁到使流过电感的电流小于0i 时，电容C 开初搁电，与流过电感的电流叠加脆持背载电流基础稳定.所有关断历程即是电感通过回路L-R-VD-L 释搁能量战电容通过回路C-R-C 搁电的历程，正在V 关断时间off T 内留过背载电阻的电流0i 战其二端的电压0U 基础稳定.正在上述二种处事状态下落压斩波电路的处事波形如图5所示.GEU VDU 0U图5 落压斩波电路处事波形（杂电阻背载）其中GE U 为IGBT 的栅极G 战射极E 二端的电压，VD U 为二极管VD 二端的电压，0U 为背载二端的输出电压，占空比T T a on / .上述波形是正在各器件处事正在理念状态下的波形.IGBT 不导通战关断延缓，也不导通压落战泄电流；非线性元件电感战电容皆处事正在线性区，即正在导通战关断历程中不出现鼓战局面；且电感电容的值足够大，使输出电压基础无脉动.由典型落压斩波电路可知，输出电压0U 的大小由占空比a 统制，所以通过安排占空比a便不妨安排输出电压的大小.斩波电路中有三种安排占空比办法：1）脆持开关周期T 稳定，安排开关导通时间ton ，称为脉冲宽度调制或者脉冲调宽型：2）脆持导通时间稳定，改变开关周期T ，成为频次调制或者调频型；3）导通时间战周期T 皆可调，是占空比改变，称为混同型.其中第一种是最时常使用的要领，其安排占空比的真量是给齐控器件IGBT 的栅极G战射极E 之间所加电压正在一个开关周期内大于开开电压)(th GE U 的时间ton 的大小，即安排脉冲宽度.PWM 统制旗号的爆收要领有很多，有与IGBT 相适配的博用触收芯片SG3525.SG3525是一种本能劣良、功能齐齐战通用性强的单片集成PWM 统制芯片，它简朴稳当及使用便当机动，输出启动为推推输出形式，减少了启动本领；里面含有短压锁定电路、硬开用统制电路、PWM 锁存器，有过流呵护功能，频次可调，共时能节制最大占空比.SG3525管足图如图6所示.图6 SG3525引足图各引足功能功能证明睹附录2.由SG3525形成的PWM 统制旗号爆收电路如图7所示.图7 PWM 统制旗号爆收电路SG3525所爆收的只是不过PWM 统制旗号，强度不敷，不克不迭够曲交去启动IGBT ，中间还需要有启动电路将旗号搁大.其余，主电路会爆收很大的谐波，很大概效用到统制电路中PWM 旗号的爆收.果此，还需要对付统制电路战主电路举止电气断绝.IGBT 是电压启动型电力电子器件，栅射极之间存留数千皮法的极间电容，果此统制电路爆收的统制旗号普遍易以以曲交启动IGBT.果此需要旗号搁大的电路.其余曲流斩波电路会爆收很大的电磁搞扰，会效用统制电路的仄常处事，以至引导电力电子器件的益坏.果而还安排中还教要有戴电器断绝的部分.简曲去道IGBT 的启动央供有一下几面：1）动背启动本领强，能为IGBT 栅极提供具备陡峭前后沿的启动脉冲.可则IGBT 会正在开通及关延时，共时要包管当IGBT 益坏时启动电路中的其余元件不会被益坏.2）能背 IGBT 提供适合的正背战反背栅压，普遍与+15 V 安排的正背栅压比较妥当，与-5V反背栅压能让IGBT稳当停止.3）具备栅压限幅电路，呵护栅极不被打脱.IGBT栅极极限电压普遍为土20 V，启动旗号超出此范畴大概益害栅极.4）当 IGBT处于背载短路或者过流状态时，能正在IGBT允许时间内通过渐渐落矮栅压自动压制障碍电流，真止IGBT的硬关断.启动电路的硬关断历程不该随输进旗号的消得而受到效用.IGBT的启动多采与博用的混同集成启动器.不妨采用EXB841或者EX840启动芯片.启动电路如图8所示.图8 启动电路呵护电路主假如依赖EXB841及其相协共的障碍旗号启锁电路.启动电路中VZ5起呵护效用，预防EXB841的6足启受过电压，通过VD1检测是可过电流，交VZ3的手段是为了改变EXB模块过流呵护起控面，以落矮过下的呵护阀值进而办理过流呵护阀值太下的问题.R1战C1及VZ4交正在+20 V电源上包管宁静的电压.VZ1战VZ2预防栅极战射极出现过电压，电阻Rge是预防IGBT误导通.针对付 EXB840存留呵护盲区的问题，可如图8所示将EXB841的6足的超赶快回复二极管VDI换为导通压落大一面的超赶快回复二极管或者反背串联一个稳压二极管，也可采与对付每个脉冲节制最小脉宽举止启锁，进而包管硬关断的成功举止.该电路办理了EXB841存留的过电流呵护无自锁功能那一问题.通过考查创制该电路正在仄常处事时，不妨通过EXB841的3足收出+15V战-5V电压旗号启动IGBT开通战关断，当IGBT爆收过流时该电路能稳当天举止硬关断.针对付EXB841硬关断呵护不稳当的问题，不妨正在EXB841的5足战4足间交一个可变电阻，4足战天之间交一个电容，皆是用去安排关断时间，包管硬关断的稳当性.针对付背偏偏压缺累的问题，不妨思量普及背偏偏压.普遍采与的背偏偏压是-5V，不妨采与-8V的背偏偏压(天然背偏偏压的采用受到IGBT栅射极之间反背最大耐压的节制).图8下半部分所示为障碍旗号的启锁电路.当IGBT仄常处事时EXB841的5足是下电仄，此时光耦6N137停止，其6足为下电仄，进而V1导通，于是电容C6不充电，NE555P 的3足输出为下电仄，输人旗号被交到15足，EXB841仄常处事启动IGBT.当EXB841检测到过电流时EXB841的5足形成矮电仄，于是光耦导通使V1停止，+5V电压经凡是战R4对付几充电，R5战R ，的总阻值为90K Ω,C6为100 pF ，通过5 us 后NE555P 的3足输出为矮电仄，通过与门将输人旗号启锁.果为EXB841从检测到IGBT 过电流到对付其硬关断中断要10 ms ，此电路延缓5us ，处事是果为EXB841检测到过电流到EXB841的5足旗号为矮电仄需要5 us ，那样通过NE555 P 定时器延缓5 ms 使IGBT 硬关断后再停止输人旗号，预防坐时停止输人旗号制成硬关断.当V 导通时，电感L 充电，充电电流I 基础恒定.V 处于导通的时间为on T ，此阶段电源提供的能量为on T EI 0.当V 处于断态时L 战C 共共背背载供电时间为off T ，共时果为C 值很大，基础脆持输出电压0U 基础稳定.正在所有周期T 历程中，电感电容充搁电历程真足好同不能量变更，背载消耗的的RT I 20.当电路处事于稳态时，一个周期T 中，忽略电路中的耗费，则电源提供的能量与背载消耗的能量相等，即T RI T EI on 200= （3）则 aE E T T R I U on ===00 （4）由于储能电感的时间常数近大于开关周期T ，果此正在充搁电历程中电感的电流L i 变更不妨瞅着线性删少战衰减的，正在1t 时刻达到最大值max i .电感电流L i 与t 的关系如图9所示.图9 电感电流波形图由图9 可知： on t l t L U E dt L U E i 0001-=-=∆⎰+（5）off t t l t L U dt L U i 0021==∆⎰- （6）当电路的参数采用是当时，电感电流L i 连绝变更，不出现为0的情况.当电感较L 小时，背载电阻R 较大时，则背载电路的时间常数较小或者当开关周期T 较大时，将出现电感电流已下落到0，但是下一个开关周期还出到去，即电感电流断绝.当一个开关周期中断时电感电流刚刚佳衰减到0时，即电感电流连绝与断绝的临界面，临界情况如图10所.图10 临界L i 波形图由图10分离式（5）（6）可知，临界状态下 02I i l =∆（7）其中R U I 00=.分离式（5）（6）（7）可知T I a U RT L off002)1(2-== (8)电容正在充电户的的电压为c U 208)1(T LC a U U c -= (9)由上式可得208)1(T L U a U C C -= (10)有安排央供可知E=150V,P 0=250W,0.05<a<0.5,开关频次f=4KHZ.W R I I U P 25020000=== 与电阻R=10Ώ，则V U A I 50;500==. 占空比33.0150500===E U a ，s f T 4105.21-⨯==. 所以mH T I a U L 84.0105.252)33.01(502)1(400=⨯⨯⨯-⨯=-=-.为了使电感电流变更交近线性变更，本量与电感的值不妨与大一面，与L>1mH.安排央供输出电压的脉率小于5%，与电压脉率为4%，则mF T L U a U C C 18.0105.25004.0104.88)33.01(508)1(82420=⨯⨯⨯⨯⨯-⨯=-=--本量与电容C 的值应博得大一些，以使输出电压基础脆持稳定.统制电路的各元件的参数如本理图所示（图7）.如本理图所示连交电路，可爆收PWM 统制旗号，脉宽调制范畴为0～50%.谦足安排央供占空比15%～50%.3系统仿真及停止分解正在电力电子安排历程中利用MATLAB 去举止仿真修模分解有很大的佳处，它不但非常便当而且不妨正在很大程度范畴内缩小果安排问题而制成的浪费.那里的仿真主假如使用MATLAB 硬件中的simulink 工具.先从simulink 的元件库中找到需要用的元件，而后拆修相映的主电路，树坐佳参数后即可举止仿真.正在matlab 中新修model 文献,从simulink library 中加载形成仿真电路所需要的元器件，连交佳的系统仿真电路图如图11所示.图11 系统仿真电路图按如下步调树坐仿真参数.（1）曲流电压源大小树坐为150V，如图12所示.图12 曲流电压源参数树坐（2）PWM统制旗号树坐，幅值为1，周期为0.000025s，占空比为50%，占空比根据需要安排，如图13所示.图13 PWM统制旗号参数树坐（3）电感的值树坐为0.84mH,如图14所示.图14 电感值树坐（4）电阻值树坐为10Ώ，如图15所示.图15电阻值树坐（5）电容值树坐为0.18mF，如图16所示.图16 电容值树坐（6）示波器参数树坐，如图17（a）(b)所示.(a)(b)图17示波器参数树坐正在PWM 统制旗号树坐为分歧的占空比时，输出电压的大小也分歧，通过示波器咱们不妨瞅察PWM 波形g U (a),电感电压波形L U (b)，VD 二端电压波形VD U (c)，电感电流波形L i (d)，输出电压0U (e)电流0I (f)波形.改变占空比a ，则输出的波形也会改变，图18为占空比为50%时的仿真停止.(a) g U 仿真波形（b) L U 仿真波形(c) VD U 仿真波形(d) L i 仿真波形(e)0U 仿真波形(f) 0I 仿真波形图18 占空比为50%时仿真波形图通过本量仿真可知，采用几个特定的占空比仿真，可得到输出电压的值及波形，可得如图18所示的类似波形，占空比为a ，根据表面估计公式也可估计出输出电压0U 的表面值.当a=5%,0U 的仿真值为8.43V ，表面估计值V U 5.705.01500=⨯=.当a=15%,0U 的仿真值为24.49V ，表面估计值V U 5.2215.01500=⨯=.当a=25%,0U 的仿真值为38.6V ，表面估计值V U 5.3725.01500=⨯=.当a=40%,0U 的仿真值为59.12V ，表面估计值V U 604.01500=⨯=.当a=50%,0U 的仿真值为74.13V ，表面估计值V U 755.01500=⨯=.通过仿真可得，正在目前树坐的电阻电感电容值下，电感电流连绝与断绝的临界占空比为a=33.3%,其波形图如图19所示.图19 临界状态下L i 波形对付比仿真停止可知，丈量值与表面值存留一定的缺面，但是缺面允许范畴内，所以仿真停止谦足安排央供，即本系统谦足安排央供.综上所述，本安排可分离典型落压斩波电路，安排杂电阻背载斩波电路.本量仿真停止标明，主电路，统制电路，启动电路，呵护电路安排均谦足安排央供.即输出背载功率为250W ，占空比正在5%～50%之间，输出电压脉率小于5%.心得体验电力电子技能课程安排是对付电力电子技能的概括使用，正在电力电子变更四大典型中，本次安排是曲流-曲流变更中曲交曲流变更落压斩波.正在本次落压斩波电路安排历程中，尔认识到所有一个完备的电力电子系统必须包罗主电路，统制电路，启动电路，呵护电路，检测电路.通过对付组电路的安排及参数决定尔越收流利天掌握了落压斩波电路的处事本理，通过对付控电路的安排让尔认识到，分歧的典型的电力电子器件由于里面结构分歧，其处事本理也分歧.呵护电路是电力电子系统必不可少的部分.通过那次对付落压曲流斩波电路的课程安排，坚韧了表面知识.正在本次安排历程中使用到了二款博业硬件Altium Designer 战MATLAB ，通过对付个部分电路图的画制，进一步掌握了使用Altium Designer 画制本理图的本领.通过使用MATLAB 中Simulink 组件不妨修坐系统仿真模型对付电路系统举止真时仿真，用该硬件对付该电路举止分解，大大简化了估计战画图步调.但是正在本量使用历程对付其一些功能仍旧不很相识，果此正在仿真历程中出现了一面小过得，通过进一步查阅资料办理了那一问题.共时本次课程安排是以组为单位，正在安排准备阶段共共支集资料，计划安排规划，普及了本次安排的效用，也普及了自己的团队合做本领.每一次课程安排报告书籍的撰写便是又一次普及部分博业修养的历程.总之本次课程安排坚韧了表面知识，拓展了课中知识战普及部分博业修养.参照文献[1]王兆安、黄俊.电力电子技能.北京：板滞工业出版社，2008[2]王维仄.新颖电力电子技能及应用.北京：东北大教出版社，1999[3]叶斌.电力电子应用技能及拆置.北京：铁道出版社，1999[4]马修国.孟宪元.电子安排自动化技能前提.浑华大教出版社,2004[5]马修国.电子系统安排.北京：下等培养出版社,2004[6][M].北京：板滞工业出版社，2004附录一：总电路图附录二：SG3525的引足图及结构圆框图1)SG3525的引足如图所示.(1)反相输进端(引足1):缺面搁大器的反相输进端，该缺面搁大器的删益标称值为80dB，其大小由反馈或者输出背载而定，输出背载不妨是杂电阻，也不妨是电阻性元件战电容元件的推拢.该缺面搁大器的共模输进电压范畴为1.5~5.2V.此端常常交到与电源输出电压贯串交的电阻分压器上.背反馈统制时，将电源输出电压分压后与基准电压相比较. (2)共相输进端(引足2):此端常常交到基准电压引足16的分压电阻上，博得2.5V的基准比较电压与引足1的与样电压相比较. (3)共步端(引足3):为中共步用.需要多个芯片共步处事时，每个芯片有各自的振荡频次，不妨分别与它们的引足4相副足3贯串，那时所有芯片的处事频次以最快的芯片处事频次共步;也不妨使单个芯片以中部时钟频次处事.图1 SG3525的引足及结构圆框图(4)共步输出端(引足4):共步脉冲输出.动做多个芯片共步处事时使用.但是几个芯片的处事频次不克不迭出进太大，共步脉冲频次应比振荡频次矮一些.如不需多个芯片共步处事时，引足3相副足4悬空.引足4的输出频次为输出脉冲频次的2倍.输出锯齿波的电压范畴为0.6~3.5V. (5)振荡电容端(引足5):振荡电容一端交至引足5，另一端曲交交至天端.其与值范畴为0.001~0.1pF.仄常处事时，正在研二端不妨得到一个从0.6~3.5V变更的锯齿波. (6)振荡电阻端(引足6):振荡电阻一端交至引足6，另一端曲交交至天端.RT的阻值决断了里面恒流值对付研充电.其与值范畴为2~15Okn.RT战研越大，充电时间越少;反之，则充电时间短. (7)搁电端(引足7):Ct的搁电由5、7二端的死区电阻决断.把充电战搁电回路合并，有用处通过死区电阻去安排死区时间，使死区时间安排范畴更宽，其与值范畴为0~500no搁电电阻RD战乙越大，搁电时间越少;反之，则搁电时间短. (8)硬起动(引足8):比较器的反相端，即硬起动器统制端(引足8)，引足8可中交硬起动电容.该电容由里面UREF的50pA恒流源充电. (9)补偿端(引足9):正在缺面搁大器输出端引足9与缺面搁大器反相输进端引足1间交电阻与电容，形成PI安排器，补偿系统的幅频、相频赞同个性.补偿端处事电压范畴为1.5~5.2V. (10)启锁端(引足10):引足10为PWM锁存器的一个输进端，普遍正在该端交进过流检测旗号.过流检测旗号保护时间万古，硬起动引足8交的电容C将被搁电.电路仄常处事时，该端呈下电仄，其电位下于锯齿波的峰值电位(3，30V).正在电路非常十分时，只消引足10的电压大于0.7V，三极管导通，反相端的电压将矮于锯齿波的谷底电压(0.9V)，使得输出PWM旗号关关，起到呵护效用(输人下电仄关关旗号). (11)脉冲输出端(引足11、引足14):输出终级采与推挽输出电路，启动场效力功率管时关断速度更快.引足11相副足14相位出进180.，推电流战灌电流峰值达200nA.由于存留开关滞后，使输出战吸支之间出现沉叠导通.正在沉叠处有一个电流尖脉冲，持绝时间约为100ns.不妨正在Uc处交一个约0.l件F的电容滤去电压尖峰. (12)交天端(引足12):该芯片上的所有电压皆是相对付于引足12而止，既是功率天也是旗号天.正在本量电路中，由于交进缺面搁大器反相输进端的反馈电压也是相对付于引足12而止，所以主回路战统制回路的交天端应贯串. (13)推挽输出电路电压输进端屿1足13):动做推挽输出级的电压源，普及输出级输出功率.不妨战副足15共用一个电源，也可用更下电压的电源，电压范畴是18~34V.(14)芯片电源端(引足15):曲流电源从引足15引人分为二路:一路动做里面逻辑战模拟电路的处事电压;另一路支到基准电压稳压器的输进端，爆收5.1V土1的里面基准电压.如果该引足电压矮于门限电压(8V)，该芯片里面电路锁定，停止处事(基准源及需要电路除中)使消耗的电流落至很小(约2mA).其余，该引足电压最大不克不迭超出35V，使用中该当用电容曲交旁路到天端引足12. (15)基准电压端(引足16):基准电压端引足16的电压由里面统制正在5.1V土1.不妨分压后动做缺面搁大器的参照电压. 2)SG3525脉宽调制器的个性.(1)处事电压范畴宽:8~35V. (2)5.1V士1%微调基准电源. (3)振汤器上做频次泡围寻:l00~400kHz. (4)具备振荡器中部共步功能. (5)死区时间可调. (6)内置硬起动电路. (7)具备输进短电压锁定功能. (8)具备PWM锁存功能，克制多脉冲. (9)逐个脉冲关断. (10)单路输出(灌电流啦电流):500mA(峰值).。

一、实验目的1. 理解降压斩波电路的工作原理，掌握其组成和结构。

2. 掌握降压斩波电路的实验步骤和操作方法。

3. 分析实验数据，验证降压斩波电路的性能和特点。

4. 了解降压斩波电路在实际应用中的意义和作用。

二、实验原理降压斩波电路（Buck Chopper）是一种将输入直流电压转换为输出直流电压的电力电子电路。

其工作原理是利用开关器件（如MOSFET、IGBT等）的导通和截止来控制电感电流的流动，从而实现电压的降低。

当开关器件导通时，电感电流逐渐增加，电感两端电压上升；当开关器件截止时，电感电流逐渐减小，电感两端电压下降。

通过调节开关器件的导通和截止时间（占空比），可以控制输出电压的大小。

三、实验设备与仪器1. 电力电子实验台2. 降压斩波电路实验板3. 示波器4. 万用表5. 信号发生器6. 计算器四、实验步骤1. 按照电路图连接降压斩波电路，注意电路连接正确。

2. 将实验板上的开关器件设置为合适的占空比，启动实验。

3. 使用示波器观察开关器件的栅极电压和电感电流波形，记录数据。

4. 使用万用表测量输入电压、输出电压和电流，记录数据。

5. 改变占空比，重复步骤3和4，观察输出电压的变化。

6. 分析实验数据，验证降压斩波电路的性能和特点。

五、实验数据与分析1. 输入电压为Uin，输出电压为Uout，开关器件的占空比为D。

2. 根据实验数据，计算输出电压Uout与占空比D的关系：Uout = D Uin3. 通过改变占空比D，观察输出电压Uout的变化，验证降压斩波电路的性能。

4. 分析实验数据，总结降压斩波电路的特点：（1）输出电压与占空比成正比，即占空比越大，输出电压越高；（2）输出电压稳定性较好，受输入电压波动的影响较小；（3）开关器件承受较大的电压和电流，需选择合适的器件。

六、实验结论1. 通过本次实验，掌握了降压斩波电路的工作原理和实验步骤。

2. 验证了降压斩波电路的性能和特点，为实际应用提供了理论依据。

IGBT降压斩波电路设计纯电阻负载
首先，根据负载的额定电流和电压，确定电路的工作参数。

为了使输
出电流稳定不受电源电压波动的影响，可以采用闭环控制方式，即通过对
输出电流进行反馈控制。

在反馈控制中，可以采用PI控制器来实现输出
电流的稳定控制。

其次，在整流桥后面加入滤波电感，用来平滑输出电流，并减小电压
波动。

选择合适的滤波电感，其感抗值应满足滤波需求，并考虑系统能耗
和体积的限制。

然后，IGBT开关的选择和驱动电路的设计也是关键。

IGBT应具有足
够的承受电流和电压能力，以及低开关损耗和漏电流。

而驱动电路则需要
能够提供足够的电流和电压以控制IGBT的开关动作，并保证信号的完整性。

最后，补偿电容的选取也是电路设计中需要考虑的因素之一、补偿电
容的主要作用是提供短时间的电流脉冲给负载，以满足起动和加速要求。

根据负载的电感和电动势等参数，可以计算出合适的补偿电容值。

在设计过程中，还需要考虑过电流和过温度保护措施。

通过加入保险
丝和热敏电阻等保护元件，可以在电路发生异常情况时及时切断电源，并
保护电路和负载不受损害。

总之，IGBT降压斩波电路在纯电阻负载下的设计需要考虑电流和电
压的稳定性、滤波和脉冲要求、开关元件和驱动电路的特性，以及过电流
和过温度保护等因素。

通过合理的设计和调试，可以使电路工作稳定可靠，并满足负载的要求。