实验2 直流斩波电路的性能研究

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。

自动化（院、系）自动化专业112 班组电力电子技术课实验二、基于Simuilink的直流斩波电路仿真实验一、实验目的(1)加深理解直流斩波电路的工作原理。

(2)学会应用Matlab的可视化仿真工具Simulink以及元器件的参数设置。

二、实验内容2.1理论分析2.1.1直流降压斩波电路直流降压斩波电路原理图如图1(a)所示。

图中用理想开关S代表实际的电力电子开关器件；R为纯阻性负载。

当开关S在ton时间接通时，加到负载电阻上的电压Uo等于直流电源Ud。

当开关S在toff时间断开时,输出电压为零,直流变换波形如图1(b)所示。

输出电压平均值为：Uo=ton/Ts*Ud= D*Ud(1)式中：ton为斩波开关S在一个周期内的导通时间；toff为斩波开关S在一个周期内的关断时间；Ts为斩波周期,Ts= ton+toff；D为占空比，D = ton/Ts。

由此可见，改变导通占空比D，就能够控制斩波电路输出电压Uo的大小。

由于D是在0~1之间变化的系数，因此输出电压Uo总小于输入电压Ud，即为降压输出。

（院、系）专业班组课2.1.2直流升降压斩波电路升降压斩波电路输出电压平均值为：Uo=-ton/toff*Ud=-D/（1-D）*Ud 式中：负号表示输出电压与输入电压反相。

当D =0.5时，Uo=Ud；当D>0.5时，Uo>Ud，为升压变换;当D<0.5时，Uo<Ud,为降压变换。

2.2仿真设计2.2.1直流降压斩波电路图2为由IGBT组成的Buck直流变换器仿真模型，IGBT按默认参数设置,并取消缓冲电路即RS=5Ω；CS=0；电压源参数取US=200 V，E=80 V；负载参数取R=10Ω，L=5 mH。

打开仿真参数窗口，选择ode23tb算法,相对误差设置为1e -03，开始仿真时间设置为0，停止仿真时间设置为0.01 s，控制脉冲周期设置为0.001 s(频率为1 000 Hz)，控制脉冲占空比。

实验五直流斩波电路的性能研究实验报告第五组Document number【SA80SAB-SAA9SYT-SAATC-SA6UT-SA18】X X X学院实验报告学院：专业：班级：成绩：姓名：学号：组别：组员：实验地点：实验日期：指导教师签名：实验（序号）项目名称：直流斩波电路的性能研究（六种典型线路）实验五直流斩波电路的性能研究（六种典型线路）一、实验目的(1)熟悉直流斩波电路的工作原理。

(2)熟悉各种直流斩波电路的组成及其工作特点。

(3)了解PWM 控制与驱动电路的原理及其常用的集成芯片。

序号型号备注1DJK01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。

2DJK09单相调压与可调负载3DJK20 直流斩波电路4D42 三相可调电阻5慢扫描示波器自备6万用表自备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，若减小占空预习情况正常操作情况正常考勤情况正常数据处理情况正常比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。

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。

实验二 直流斩波电路的性能研究一、实验目的(1)熟悉直流斩波电路的工作原理。

(2)熟悉各种直流斩波电路的组成及其工作特点。

(3)了解PWM 控制与驱动电路的原理及其常用的集成芯片。

三、实验线路及原理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6-1所示。

图中V 为全控型器件，选用IGBT 。

D 为续流二极管。

由图6-1b 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6-1 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6-2所示。

电路也使用一个全控型器件V 。

由图6-2b 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：ii on i off on on o aU U TtU t t t U ==+=U GEU D tt tU Ot ont offT U i-+-+UU 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。