1 绪论
电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。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。电子设备的小型化和低成本化使电源向轻，薄，小和高效率方向发展。开关电源因其体积小，重量轻和效率高的优点而在各种电子信息设备中得到广泛的应用。
直流斩波电路（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GTR的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，输入阻抗高，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围，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。所以用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路就有了IGBT易驱动，电压、电流容量大的优点，因此发展很快。
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，驱动电路模块，除了上述主要模块之外，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气隔离。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。但以 IGBT 为功率器件的直流斩波电路在实际应用中需要注意以下问题:（1）系统损耗的问；2）栅极电阻；（3）驱动电路实现过流过压保护的问题。此斩波电路中IGBT的驱动信号由集成脉宽调制控制器SG3525产生，由于它简单可靠及使用方便灵活，大大简化了脉宽调制器的设计及调试。
二.课程设计
1. 降压斩波电路的设计目的
（1）培养文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。（2）培养综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。
（3）培养运用知识的能力和工程设计的能力。
（4）提高课程设计报告撰写水平。
2. 降压斩波电路设计的基本要求
对Buck降压电路的基本要求有以下几点：
=100V
1.输入直流电压：U
d
2.开关频率40KHz
3.输出电压围50V~80V
4.输出电压纹波：小于1%
5.最大输出电流：5A（在额定负载下）
6.具有过流保护功能，动作电流：6A
7.具有稳压功能
8.效率不低于70%
3. 总体电路框图
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。因此，一个完整的降压斩波电路也应包括主电路，控制电路，驱动电路和保护电路这些环节。
根据降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动及保护电路，设计出降压斩波电路的结构框图如图1所示。
图1 电路框图
在图1结构框图中，控制电路是用来产生IGBT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IGBT控制端和公共端之间，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降压斩波电路的主电路工作。保护电路是用来保护电路的，防止电路产生过电流、过电压和欠电压等现象损害电路设备。
4 降压斩波主电路的设计
4.1 BUCK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。IGBT 降压斩波电路的主电路图如下图2所示。它是一种降压型变换器，其输出电压平均值U，总是小于输入电压Ud。该电路使用一个全控型器件V，为IGBT。在V 关断时，为了给负载中电感电流提供通道，设置了续流二极管VD。
图2 降压斩波主电路图
4.2 电路工作原理分析：
直流降压斩波主电路使用一个全控电压驱动器件IGBT 。用控制电路和驱动
电路来控制IGBT 的导通或关断。当t=0时，V 管被激励趋于导通，VD 管要承受
反压。在V 管接通的t1时间，开关管V 流过的电流就是电感电流，电感L 中电
流直线上升，能量存储于电感中。电源E 向负载供电，负载电压0u =E ，负载电
流0i 按指数曲线上升。电路工作时波形图如图3（b ）所示：
图3 电路工作时的电流波形图
当1t t 时刻V 管关断，由于电感储能作用，电感电流必须要按某一路径流
通，能量要释放。其中二极管VD 势必导通，电感电流可通过负载，VD 形成通电
回路。电流经二极管D V 续流，负载电压0u 近似为零，负载电流指数曲线下降。
为了使负载电流连续且脉动小，故应串联较大的电感L 。（2）
至一个周期T 结束，再驱动IGBT 导通，重复上一周期的过程。当电力工作
于稳态时负载电流在一个周期的初值和终值相等，负载电压的平均值为U.=KE, on t 为IGBT 处于通态的时间；off t 为处于断态的时间；T 为开关周期；K 为导通占
空比。
通过调节占空比K 使输出到负载的电压平均值0U 最大为E ，若减小占空比
α，则0U 随之减小。
根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，可分为三种工作方式：
1）保持开关导通时间t on 不变，改变开关周期T ，称为频率调制工作方式；
2）保持开关周期T 不变，调节开关导通时间t on ，称为脉冲宽调制工作方式；
3）开关导通时间t on 和开关周期T 都可调，称为混合型。
但是普遍采用的是脉冲宽调制工作方式。因为采用频率调制工作方式，容易产生
谐波干扰，而且滤波器设计也比较困难。此电路就是采用脉冲宽调制控制IGBT
的通断。
4.3 主电路元器件参数选择：
主电路中需要确定参数的元器件有直流电源、IGBT 、二极管、电感、电容、
电阻值，其参数选择如下说明：
(1) 对于电源，因为题目要求输入直流电压为100V ，所以该直流稳压电源
可直接作为系统电源。
(2)IGBT 由图2易知当IGBT 截止时，回路通过二极管续流，此时IGBT 两端
承受最大正压为100V ；而当α=1时，IGBT 有最大电流，其值为5A 。故需选择
集电极最续电流c I >5A ，反向击穿电压Bvceo>100v 的IGBT 。如果考虑2倍的安
全裕量需选择集电极最续电流c I 》10A ，反向击穿电压Bvceo 》200V 的IGBT 。
(4)二极管 当α=1时，其承受最大反压100V ；而当α趋近于1时，其承受
最大电流趋近于5A ，故需选择Vc>100v,I>5A 的二极管。考虑2倍的安全裕量：
Umin=2Xu1=200V Imin=1xIt=2x5=10A
(5)电感 选择大电感L ，使得电路能够续流，此时的临界电感为：
L=U0（Ud —U0）/2fUdI 。 设输出电压为80V ，则 L=80x （100—80）
/2x1000x40x100x5=0.04mH 所以电感L>=0.04mH ，取L=0.1mH 。
(6) 电容 选择的电容既要使得输出的电压纹波小于1%，也不能取的太
大，否则会使电路的速度变得很慢。电容的选择：也取输出电压为80V 时来算
C=U0（Ud—U0）/8LΔUcffUd
=80x（100—80）/8x0.1mHx0.01x40Kx40Kx100=12.5uF
这里取C=13uF。
(7)电阻RL 因为输出电压为50V—80V时，而输出的最大电流为5A。所以由欧姆定律R=U/I可得负载电阻值为最小取值在10Ω。
5. 控制电路原理与设计：
5.1控制电路方案比较及选择：
控制电路需要实现的功能是产生控制信号，用于控制斩波电路中主功率器件的通断，通过对占空比的调节达到控制输出电压大小。
IGBT控制电路的功能有：给逆变器的电子开关提供控制信号；以及对保护信号作出反应，关闭控制信号。脉宽调节器的基本工作原理是用一个电压比较器，在正输入端输入一个三角波，在负输入端输入一直流电平，比较后输出一方波信号，改变负输入端直流电平的大小，即可改变方波信号的脉宽。
对于控制电路的设计其实可以有很多种方法，可以通过一些数字运算芯片如单片机、CPLD等等来输出PWM波，也可以通过特定的PWM发生芯片来控制。因为斩波电路有三种控制方式，又因为PWM控制技术应用最为广泛，所以采用PWM 控制方式来控制IGBT的通断。PWM控制就是对脉冲宽度进行调制的技术。这种电路把直流电压“斩”成一系列脉冲，改变脉冲的占空比来获得所需的输出电压。改变脉冲的占空比就是对脉冲宽度进行调制，只是因为输入电压和所需要的输出电压都是直流电压，因此脉冲既是等幅的，也是等宽的，仅仅是对脉冲的占空比进行控制. 因为题目要求输出电压连续可调，所以我选用一般的PWM发生芯片来进行连续控制。
对于PWM发生芯片，我选用了SG3525芯片，它是一款专用的PWM控制集成电路芯片，它采用恒频调宽控制方案，部包括精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。
SG3525是定频PWM电路，采用16引脚标准DIP封装。其各引脚功能如图4所示，部框图如图5所示。
图4 SG3525的引脚
图5 部框图
5.2 SG3525各引脚具体功能：
（1）引脚1：误差放大器反向输入端。在闭环系统中，该引脚接反馈信号。在开环系统中，该端与补偿信号输入端（引脚9）相连，可构成跟随器。（2）引脚2：误差放大器同向输入端。在闭环系统和开环系统中，该端接给定信号。根据需要，在该端与补偿信号输入端之间接入信号不同的反馈网络。（3）引脚3：振荡器外接同步信号输入端。该端接外部同步脉冲信号可实现与外电路同步。
（4）引脚4：振荡器输出端。
（5）引脚5：振荡器定时电容接入端。
（6）引脚6：振荡器定时电阻接入端。
（7）引脚7：振荡器放电端。该端与引脚5之间外接一只放电电阻，形成放电回路。
（8） 引脚8：软启动电容接入端。
（9） 引脚9：PWM 信号输入端。
（10） 引脚10：外部关断信号输入端。
（11） 引脚11：输出端A 。
（12） 引脚12：信号地。
（13） 引脚13：输出级偏置电压接入端。
（14） 引脚14：输出端B 。
（15） 引脚15：偏置电源接入端。
（16） 引脚16：基准电源输出端。
5.3 SG3525芯片特点如下：
（1） 工作电压围：8-35v 。
（2） 5.1V 微调基准电源
（3） 振荡器频率工作围：100Hz-500kHz 。
（4） 具有振荡器外部同步功能
（5）死区时间可调。
（6） 置软启动电路。
（7） 具有输入欠电压锁定功能。
（8） 具有PWM 锁存功能，禁止多脉冲。
（9）逐个脉冲关断。
（10）双路输出（灌电流/拉电流）：Ma(峰值)
其11和14脚输出两个等幅、等频、相位互补、占空比可调的PWM 信号。脚
6、脚7 有一个双门限比较器，设电容充放电电路，加上外接的电阻电容电路共同构成SG3525 的振荡器。振荡器还设有外同步输入端(脚3)。脚1 及脚2 分别为芯片部误差放大器的反相输入端、同相输入端。该放大器是一个两级差分放大器。根据系统的动态、静态特性要求，在误差放大器的输出脚9和脚1之间一般要添加适当的反馈补偿网络，另外当10脚的电压为高电平时，11和14脚的电压变为10输出。
5.4 控制电路原理分析：
由于SG3525的振荡频率可表示为 ：
)
37.0(1d t t R R C f += 式中:t C , t R 分别是与脚5、脚6相连的振荡器的电容和电阻；d R 是与脚7相连
的放电端电阻值。根据任务要求需要频率为40kHz ，所以由上式可取t C =1μF, t R =10Ω,d R =6.2Ω。可得f=39.1kHz ，基本上等于实际40 kHz 即满足要求。
SG3525有保护的功能，可以通过改变10脚电压的高低来控制脉冲波的输出。因此可以将驱动电路输出的过流保护电流信号经一电阻作用，转换成电压信号来进行过流保护。当驱动电路检测到过流时发出电流信号，由于电阻的作用将10脚的电位抬高，从而13脚输出低电平，而当其没有过流时，10脚一直处于低电平，从而正常的输出PWM 波。
由此可以得出控制电路的电路图如图6所示：
图6.控制电路图
其中第十脚过流过压还有欠电压保护输入端。
6 驱动电路原理与设计
6.1 驱动电路方案设计与选择：
该驱动部分是连接控制部分和主电路的桥梁，该部分主要完成以下几个功能：(1)提供适当的正向和反向输出电压，使IGBT 可靠的开通和关断；(2)提供足够大的瞬态功率或瞬时电流，使IGBT 能迅速建立栅控电场而导通；(3)尽可能小的输入输出延迟时间，以提高工作效率；(4) 足够高的输入输出电气隔离性能，使信号电路与栅极驱动电路绝缘；(5)具有灵敏的过流保护能力。针对以上几个要求，对驱动电路进行以下设计。针对驱动电路的隔离方式：
(1)采用磁耦隔离，最常用的是用时变压器隔离，即通过一次侧和二次侧的磁耦联系将电路隔开，从而取到电气隔离的作用。这种方法的优点是简单，不需要外接电源对器件进行驱动，且传递的效率很高。但同时缺点也很明显，首先磁耦隔离只能用于交流电路，直流电路无效，其次变压器的体积较大，不利于集成。
(2)采用光电耦合式驱动电路，该电路双侧都有源。其提供的脉冲宽度不受
限制，较易检测IGBT 的电压和电流的状态，对外送出过流信号。另外它使用比较方便，稳定性比较好。但是它需要较多的工作电源，其对脉冲信号有1μs 的时间滞后，不适应于某些要求比较高的场合。（11）
由于这次设计的电路是直流电路，且要求不是很高，所以选择光耦隔离。
6.2 驱动电路工作分析：
驱动电路的电路图如图5所示：
图7： 驱动电路原理图
如图7所示，IGBT 降压斩波电路的驱动电路提供电气隔离环节。 光耦合器由发光二极管和光敏晶体管组成，封装在一个外壳。本电路中采用的隔离方法是，先加一级光耦隔离，再加一级推挽电路进行放大。采用推挽电路进行放大的原因是因为驱动IGBT 的电压叫高，约为12V 左右，而SG3525芯片提供的电压只有5V 左右，直接连入无法驱动IGBT 。并且推挽式电路简单实用，故用推挽式进行电压放大。
IGBT 是电压控制型器件，在它的栅极-发射极间施加十几V 的直流电压，只有μA 级的漏电流流过，基本上不消耗功率。但IGBT 的栅极-发射极间存在着较大的寄生电容（几千至上万pF ），在驱动脉冲电压的上升及下降沿需要提供数A 的充放电电流，才能满足开通和关断的动态要求，这使得它的驱动电路也必须输出一定的峰值电流。
7 保护电路原理与设计
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、过电流、dt du /保护和dt di / 保护也是必要的。
7.1 过电压保护电路：
过压保护要根据电路中过压产生的不同部位，加入不同的保护电路，
当达
到—定电压值时，自动开通保护电路，使过压通过保护电路形成通路，消耗过压储存的电磁能量，从而使过压的能量不会加到主开关器件上，保护了电力电子器件。
本次设计的电路要求输出电压为50V —80V ，所以当输出电压设定时，一旦出现过电压，为了保护电路和器件，应立刻将电路断开，及关断IGBT 的脉冲，使电路停止工作。因为芯片SG3525的引脚10端为外部关断信号输入端，所以可以利用SG3525的这个特点进行过压保护。当引脚10端输入的电压等于或超过8V 时，芯片将立刻锁死，输出脉冲将立即断开。所以可以从输出电压中进行电压取样，并将取样电压通过比较器输入10端，从而实现电压保护。
如图6所示：取样电压的方法是在U 。端串联两个电阻再通过在电阻中分得的电压连入比较器的正端，与连入负端的基准电压（5V ）进行比较。正常状态下，取样电压小于基准电压，此时比较器输出的是负的最大值，芯片正常工作，当出现过电压是，取样电压高于基准电压，此时输出高电平15V ，在通过电阻分压得到5V 的高电平送入芯片的10端，使其锁死，IGBT 脉冲断开，电路断开，从而对电路实现过压保护。
设计的过压保护电路图如图8所示：
图8：过压保护电路原理图
7.2 过电流保护电路
当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。当器件击穿或短路、触发电路或控制电路发生故障、出现过载、直流侧短路、可逆传动系统产生环流或逆变失败，以及交流电源电压过高或过低、缺相等，均可引起过流。由于电力电子器件的电流过载能力相对较差，
必须对变换器进行适当的过流
保护。
本次设计要求具有过流保护功能，在电流达到6A时动作。因为前面说过，SG3525的引脚10端在输入一个高电平时具有自锁功能，所以仍然可以利用这个方法进行过流保护。主要思想是将过电流转化为过电压。具体的做法是在干路上串联一个很小的功率电阻，再在这个小电阻上并联一个大电阻，从而进行过电流与过电压的转化。将转化的电压连入比较器于一个基准电压(取0.6V)相比较，就是在基准 5.1V经过电阻分压得到0.6V,再将输出经降压后得到5V后连入SG3525的10端。在正常状态下连入的电压小于基准电压，此时，输出一个负的最大值，芯片不会锁死，正常工作。而当过电流时，转化的电压高于基准电压，此时输出一个高电平，芯片的10端锁死，IGBT脉冲断开，电路断开，从而对电路实现过流保护。
设计的过流保护电路如图9所示：
图9：过电流保护原理电路图
7.3 欠电压保护电路
欠电压保护是指防止输入电压发生故障，输入电压突然下跌，使得输入电压过低，导致电力电子器件或芯片工作在低电压下，可能产生的损害。所以欠电压保护就是对输入电源进行检测，当出现低电压时动作。本次设计的欠电压保护还是利用芯片SG3525的引脚10端的自锁功能。设计的欠电压保护电路如图10所示。如图所示，具体的方法是在电源侧并联大电阻，再通过电阻进行电压取样，将取样电压接入比较器的负端，与比较器的正端的基准电压（取5V）相比较。正常状态下，取样电压高于基准电压，此时输出一个负的高电压，芯片正常工作。当出现欠电压时，取样电压降低，低于基准电压，此时输出一个高电平，芯片SG3525的引脚10端锁死，IGBT的脉冲关断，电路断开，从而实现欠压保护的功能。
图10： 欠电压保护电路原理图
7.4 IGBT 的保护
IGBT 如果不采取保护，它很容易损坏。一般认为ＩＧＢＴ损坏的主要原因有两种：一是ＩＧＢＴ退出饱和区而进入了放大区，使得开关损耗增大；二是ＩＧＢＴ发生短路，产生很大的瞬态电流，从而使ＩＧＢＴ损坏。下面是对IGBT 进行设计的保护电路。RC 串联电路可以对IGBT 进行过电压保护，而反向二极管可以对IGBT 进行过电流保护。在无缓冲电路的情况下，ＩＧＢＴ开通时电流迅速上升，di/dt 很大；关断时du/dt 很大，并出现很大的过电压。在有缓冲电路的情况下；V 开通时C5通过R34向V 放电，使ic 先上一个台阶，以后因有Li ，ic 上升速度减慢；V 关断时负载电流通过VD 向C5分流，减轻了V 的负担，抑制了du/dt 和过电压。VD 和R34的作用是在V 关断时，给Li 提供释放储能的回路。如图11所示：
图11 ：IGBT保护电路
8.设计稳压直流电源15V和直流电压100V
题目只给直流电压Ud=100V，而运算放大器和SG3525芯片需要15V的工作电压。如图12所示，先用变压器将220V降压为22V的交流电，再经过桥式整流得到直流电压。通过滤波电容滤波后，用三端集成稳压器稳压成15V的电压输出。其中变压器匝数比为220V/24V,电容C1=100uF并且耐压50V，三端集成稳压器型号为7815。选择二极管型号为IN4003。同时再将220V通过变压器降压后，再通过桥式整流，再接滤波电容滤波后，即可得到直流电压Ud=100V。
图12 ：稳压15V电路
9.课程设计总结
经过七天的电力电子课程设计让我懂了很多，也得到了很多的收获，受益匪浅。不仅仅是在知识方面得到了提升，在交流方面也有了进一步提高。
刚刚看到这个课程设计任务书时，对这些课题很熟悉却无从入手，课本上都有提到，但有些不大全面。考虑了很久，才确定了设计课题，那就是“降压斩波电路设计”这个课题时，在复习这章节的同时，也去了图书馆找了很多资料以便更广地了解这部分的容，再不懂得地方请教老师，还有自己网上查资料。经过几天的努力，终于有了一个电路的基本框架，知道了一个完整的电路应该包含几部分，各部分之间的连接又应该注意些什么问题等等。
知道了大概的模块之后，我对认真地设计每个模块，在设计过程中发现问题后，可以再加于完善。实在不懂的问题，可以和团队交流，再者就是查资料。也正因此，我对直流降压斩波电路有了更深的认识和了解，同时，也加强了自己的文件检索能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。为了能够是设计更加合理，对很多实际问题也进行了比较深入的思考。比如，保护电路这个模块。所以在很大程度上提高了思考能力和解决实际问题的能力。
尤其在控制电路这个环节，花费了很多心思。首先通过不断地查资料，了解PWM控制器（SG3525）的运用，具体理解每个引脚代表什么，功能是什么。毕竟是第一次进行课程设计，能力不够，所以很多问题都没有考虑周到，有些难题是和同学们商量才得出的结果，期间和同组的组员做了很多的沟通和商量，从而解决了很多问题，这在合作上也是一个不小的进步。同时，老师也给予了很多的指导和意见，这让我明白了很多东西。
在答辩的时候，拿着自己的设计进行说明，老师帮助我们发现了问题，并提出了很多改进的意见，由此才得到了最后的设计图。撰写这份报告也很用心，花了很多的时间，提高了课程设计报告的撰写水平，这对以后写一些比较正式和重要的报告而言是很有好处的
这次的设计经验，在以后的学习、设计中提供了基础。也让我懂得无论多么大的设计，应该分模块去完成，才会把看似难题的东西解决掉。
三．元器件清单
四．参考文献
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电力电子技术课程设计题目：降压直流斩波电路 院（系）： 专业班级： 学号： 学生： 指导教师： 起止时间：
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，降压斩波 第1章电路总体设计方案 1.1 设计课题任务 设计一个直流降压斩波电路。 1.2 功能要求说明 将24V直流电压降压输出并且平均电压可调，围为0-24V。 1.3 设计总体方案和设计原理 降压斩波电路的原理图以及工作波形如图1.1所示。该电路使用一个全控型器件V，图中为IGBT。为在V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。
图1.1 降压斩波电路原理图 如图1.2中V 的栅极电压u GE 波形所示，在t=0时刻驱动V 导通，电源E 向负载供电，负载电压u o =E ，负载电流i o 按指数上升。 当t=t 1时刻，控制V 关断，负载电流经二极管VD 续流，负载电压u o 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，通常是串联的电感L 值较大。 至一个周期T 结束，在驱动V 导通，重复上一周期的过程。当工作处于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等，如图1.2所示。负载电压平均值为 E E T E U α==+=on off on on t t t t o 式1.1 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。 由式1.1可知，输出到负载的电压平均值U o 最大为E ，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。 负载电流平均值为 R E U I m o o -=
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。
基于单片机的直流斩波电路的设计 本文介绍了基于单片机的直流斩波电路的基本方法，直流斩波电路的相关知识以及用单片机产生ＰＷＭ波的基本原理和实现方法。重点介绍了基于MCS 一51单片机的用软件产生PWM 信号以及信号占空比调节的方法。对于实现直流斩波提供了一种有效的途径。本次设计中以直流降压斩波电路为例。 关键词：单片机最小系统； PWM ；直流斩波： 直流降压斩波电路的原理 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3-1中Em 所示 工作原理，两个阶段 t=0时V 导通，E 向负载供电，uo=E ，io 按指数曲线上升 t=t1时V 关断，io 经VD 续流，uo 近似为零，io 呈指数曲线下降 为使io 连续且脉动小，通常使L 值较大 数量关系 电流连续时，负载电压平均值 E E T t E t t t U on off on on o α==+= a ——导通占空比，简称占空比或导通比 Uo 最大为E ，减小a ，Uo 随之减小——降压斩波电路。也称为Buck 变换器（Buck Converter ）。 负载电流平均值 R E U I m o o -= （3-2） 电流断续时，uo 平均值会被抬高，一般不希望出现 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t on ，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。
其原理图为： 图3-1降压斩波电路的原理图及波形 a）电路图b）电流连续时的波形c）电流断续时的波形
直流降压斩波电路的设计 摘要: 本实验设计的是Buck降压斩波电路，采用全控型器件IGBT。根据降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动及保护电路。 关键词:降压斩波，主电路、控制电路、驱动及保护电路。 引言：直流传动是斩波电路应用的传统领域，而开关电源则是斩波电路应用的新领域，是电力电子领域的一大热点。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。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。斩波器的工作方式有：脉宽调制方式，频率调制方式和混合型。脉宽调制方式较为通用。当今世界软开关技术使得DC/DC变换器发生了质得变化和飞跃。美国VICOR公司设计制造得多种ECI 软开关DC/DC变换器，最大输出功率有300W、600W、800W等，相应得功率密度为（6.2、10、17）W/cm3，效率为（80—90）%。日本NemicLambda公司最新推出得一种采用软开关技术得高频开关电源模块RM系列，其开关频率为200—300KHz,功率密度已达 27W/cm3，采用同步整流器（MOS-FET代替肖特基二极管），使整个电路效率提高到90%。 1设计目的 直流斩波电路（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，其中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GTR的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，输入阻抗高，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。
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2.1
（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％
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 姓名： 学号： 班级： 指导老师： 专业： 设计时间：
目录 1．降压斩波电路 (6) 一．直流斩波电路工作原理及输出输入关系 (12) 二．D c／D C变换器的设计 (18) 三．测试结果 (19) 四．直流斩波电路的建模与仿真 (29) 五．课设体会与总结 (30) 六．参考文献 (31)
摘要 介绍了一种新颖的具有升降压功能的DC ／DC 变换器的设计与实现，具体地分析了该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，最后给出了测试结果 关键词：DC ／DC 变换器，降压斩波，升压斩波，储能电感，直流开关电源，PWM ；直流脉宽调速 一．降压斩波电路 1.1 降压斩波原理： R E U I E E T t t t E t U M on off on on -= ==+=000α 式中on t 为V 处于通态的时间；off t 为V 处于断态的时间；T 为开关周期；α为导通占空比，简称占空比火导通比。 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on t 不变，称为PWM 。 2） 3） on t i E M
1.2 工作原理 1）t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压u o=E，负载电流i o 按指数曲线上升 2）t=t1时刻控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压u o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接的电感L值较大 ●基于“分段线性”的思想，对降压斩波电路进行解析 ●从能量传递关系出发进行的推导 ●由于L为无穷大，故负载电流维持为I o不变
湖南工程学院应用技术学院课程设计 课程名称电力电子技术 课题名称DC-DC变换电路分析 专业电气工程 班级 学号 姓名 指导教师李祥来 2014 年月日
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：DC-DC变换电路分析 专业班级：电气1184 学生姓名： 学号： 指导老师： 审批： 任务书下达日期2014年月日 设计完成日期2014年月日
前言 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者可调电压的直流电，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，也称为带隔离的直流-直流变流电路或直-交-直电路。习惯上，DC-DC变换器包括以上两种情况，且甚至更多地指后一种情况。 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。 降压斩波电路（Buck Chopper）的设计与分析是接下来课程设计的主要任务。。
目录 一．降压斩波电路 (7) 1.1 降压斩波原理： (7) 1.2 工作原理 (8) 1.3 IGBT结构及原理 (8) 二．直流斩波电路的建模与仿真 (11) 2.1IGBT驱动电路的设计.................................... 错误！未定义书签。 2.2电路各元件的参数设定................................ 错误！未定义书签。 2.3元件型号选择 ............................................... 错误！未定义书签。 2.4仿真软件介绍 ............................................... 错误！未定义书签。 2.5仿真电路及其仿真结果................................ 错误！未定义书签。 2.6仿真结果分析 ............................................... 错误！未定义书签。三．课设体会与总结. (19) 四．附录（完整电路图） (19) 五．参考文献 (19) 六．课程设计成绩表 (19)
目录 一、引言 (2) 二、设计要求与方案 (2) 2.1设计要求 (2) 2.2 方案确定 (3) 三、主电路设计 (3) 3.1 主电路方案 (3) 3.2 工作原理 (4) 3.3 参数分析 (5) 四、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) 五、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) 六、保护电路设计 (11) 6.1 过压保护电路 (11) 6.2 过流保护电路 (12) 七、系统仿真及结论 (13) 八、结论 (16) 九、参考文献 (16) 十、致谢 (17)
一、引言 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。电子设备的小型化和低成本化使电源向轻，薄，小和高效率方向发展。开关电源因其体积小，重量轻和效率高的优点而在各种电子信息设备中得到广泛的应用。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。所以用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路就有了IGBT易驱动，电压、电流容量大的优点。 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。 二、设计要求与方案 2.1 设计要求 2.1.1 课程设计目的 1、培养文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。 2、培养综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。 3、培养运用知识的能力和工程设计的能力。 4、提高课程设计报告撰写水平。 2.1.2 课程设计要求 降压斩波电路设计要求： 1、输入直流电压：U d=100V 2、开关频率5KHz 3、输出电压20V 4、最大输出电流：20A 5.L=100mH
电力电子技术课程设计 目录 一、引言 (2) 二、设计要求与方案 (2) 2.1设计要求.................................................. ..2 2.2方案确定.................................................. .3 三、主电路设计....................................... .3 3.1主电路方案................................................ ..3 3.2工作原理.................................................. ..4 3.3参数分析.................................................. ..5 四、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 五、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. 六、保护电路设计........................................ .11 6.1过压保护电路................................................ ..11 6.2过流保护电路................................................. ..12 七、系统仿真及结论....................................... .13 八、结论.......................................... .16 九、参考文献........................................... .16
电力电子降压斩波电路课程设计
《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： 完成时间： 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
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。 关键字：直流斩波，降压斩波
ABSTRACT DC chopper as DC into another fixed voltage DC voltage or adjustable in DC converter, and DC - regenerative power transmission system, charging circuit, switch power, power electronics device and all sorts of electrical equipment transformation in ordinary application. Then appeared such as step-down chopper, booster chopper, lift pressure chopper composite chopper, etc.. the commutation circuit DC chopper technology has been widely used in switching power supply and DC driver, make its smooth acceleration control, and obtain the fast response, managing electric energy effect. All-controlling power electronics device IGBT in traction power transmission and transformation of power transmission and active filter etc widely application. Keywords: DC chopping; Buck chopper
1.引言 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。电子设备的小型化和低成本化使电源向轻，薄，小和高效率方向发展。开关电源因其体积小，重量轻和效率高的优点而在各种电子信息设备中得到广泛的应用。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。所以用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路就有了IGBT易驱动，电压、电流容量大的优点。 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。
2.方案确定 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。 根据降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动及保护电路，设计出降压斩波电路的结构框图如图1所示。 图1降压斩波电路结构框图 在图1结构框图中，控制电路是用来产生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。
电力电子技术课程设计报告课题：降压斩波电路的设计
目录 一．引言 二．课程设计 1 降压斩波电路的设计目的 2. 降压斩波电路的设计内容及要求 3. 降压斩波电路主电路基本原理 4. IGBT驱动电路 4.1 IGBT简介 4.2驱动电路设计方案比较 5. 保护电路的设计 6. MATLAB仿真 6.1 MATLAB简介 6.2 MATLAB发展历程 6.3主电路仿真 7.PROTEL原理图及PCB图的绘制 8. 心得体会 9. 元件清单 三．参考文献
一．引言 高频开关稳压电源已广泛运用于基础直流电源、交流电源、各种工业电源，通信电源、通信电源、逆变电源、计算机电源等。它能把电网提供的强电和粗电，它是现代电子设备重要的“心脏供血系统”。BUCK变换器是开关电源基本拓扑结构中的一种，BUCK变换器又称降压变换器，是一种对输入输出电压进行降压变换的直流斩波器，即输出电压低于输入电压，由于其具有优越的变压功能，因此可以直接用于需要直接降压的地方。 二．课程设计 1.降压斩波电路的设计目的 (1). 通过对降压斩波电路（buck chopper）的设计，掌握buck chopper电路的工作原理，综合运用所学知识，进行buck chopper电路和系统设计的能力。 (2). 了解与熟悉buck chopper电路拓扑、控制方法。 (3). 理解和掌握buck chopper电路及系统的主电路、控制电路和保护电路的设计方法，掌握元器件的选择计算方法。 (4). 具有一定的电力电子电路及系统实验和调试的能力 2. 降压斩波电路的设计内容及要求 (1). 设计内容: 对Buck Chopper电路的主电路和控制电路进行设计，参数如下：直流电压E＝200V，负载中R＝10 ，L值极大,反电动式E1＝30V。 (2).设计要求 (a)理论设计： 了解掌握Buck Chopper电路的工作原理，设计Buck Chopper电路的主电路和控制电路。包括：IGBT电流,电压额定的选择，画出完整的主电路原理图和控制电路原理图列出主电路所用元器件的明细表 (b).仿真实验: 利用MATLAB仿真软件对Buck Chopper 电路主电路和控制电路进行仿真建模，并进行仿真实验 (c).实际制作： 利用PROTEL软件绘出原理图，结合具体所用元器件管脚数，外型尺寸，考虑散热和抗
直流斩波电路课程设计
目录 第一章方案的选择和电路的整体结构 (1) 1.1 方案的选择 (1) 1.2 电路的整体结构 (2) 第二章主电路的设计 (3) 2.1 主电路的原理 (3) 第三章驱动电路的设计 (4) 3.1 驱动芯片的选择 (4) 3.2 驱动芯片的介绍 (5) 3.3 驱动电路的设计 (6) 第四章控制电路的设计 (6) 4.1 控制电路的设计原理 (6) 4.2控制电路原理图 (7) 第五章保护电路的设计 (8) 5.1 IGBT的栅极保护 (8) 5.2 IGBT的集电极和发射极的保护 (9) 5.3 IGBT的过热保护 (10) 第六章结论 (10) 心得体会 (11) 附录：ATMEGA16设计源程序 (12) 参考文献 (14)
第一章方案的选择和电路的整体结构 1.1 方案的选择 1.1.1 主电路的选择 本次设计的内容是直流可调电源，目的是实现输出电源的可调节，有以下两种主电路的方案，现对这两种方案进行分析比较。 方案一：桥式全控整流电路 桥式全控直流电路采用四个晶闸管桥式连接，通过控制晶闸管的导通时间使得输出的平均电压降低，实现电压可调。 优点：可以直接用市电进行整流调节。 缺点：晶闸管属于半控器件，控制不灵活。输出电压不稳定，有波动。输入端与输出端进行隔离。 方案二：直流斩波电路 直流斩波电路属于DC-DC变换电路，通过控制电力电子器件IGBT或MOSFET 的通断时间来实现电压大小的可调节。 缺点：不能直接用市电进行设计，需要有恒定的直流电源。 优点：输入端与输出端不用进行隔离，IGBT和MOSFET为全控器件，可以随意的控制其开通或者关断，并且电路结构简单，容易实现。 综上所述，本次设计采用直流斩波电路为设计主电路，并且使用IGBT作为开关器件。 1.1.2 控制电路的选择 控制电路的功能是控制电力电子器件IGBT的通断，现有两种主电路的设计方案，现进行比较分析。
《电子科学与技术》课程设计报告课题：直流降压斩波电路的设计 专业电气工程及其自动化 班级 2011级三班 姓名 学号 指导教师 日期
摘要: 本实验设计的是Buck降压斩波电路，采用全控型器件IGBT。根据降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动及保护电路。 关键词:降压斩波，主电路、控制电路、驱动及保护电路。 引言：直流传动是斩波电路应用的传统领域，而开关电源则是斩波电路应用的新领域，是电力电子领域的一大热点。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。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。斩波器的工作方式有：脉宽调制方式，频率调制方式和混合型。脉宽调制方式较为通用。当今世界软开关技术使得DC/DC变换器发生了质得变化和飞跃。美国VICOR公司设计制造得多种ECI 软开关DC/DC变换器，最大输出功率有300W、600W、800W等，相应得功率密度为（6.2、10、17）W/cm3，效率为（80—90）%。日本NemicLambda公司最新推出得一种采用软开关技术得高频开关电源模块RM系列，其开关频率为200—300KHz,功率密度已达 27W/cm3，采用同步整流器（MOS-FET代替肖特基二极管），使整个电路效率提高到90%。 1设计目的 直流斩波电路（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，其中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GTR的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，输入阻抗高，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。所以用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路就有了IGBT易驱动，电压、电流容量大的优点，因此发展很快。
目录 一、引言???????????????????????2 二、设计要求与方案??????????????????2 2.1 设计要求?????????????????????????..2 2.2 方案确定?????????????????????????.3 三、主电路设计????????????????????.3 3.1 主电路方案????????????????????????..3 3.2 工作原理?????????????????????????..4 3.3 参数分析?????????????????????????..5 四、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 五、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 六、保护电路设计???????????????????.11 6.1 过压保护电路???????????????????????..11 6.2 过流保护电路???????????????????????..12 七、系统仿真及结论???????????????????.13 八、结论????????????????????.16 九、参考文献?????????????????????.16 十、致谢???????????????????????.17
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说明书直流降压斩波电路的设计 院、部： 学生姓名： 指导教师：职称 专业： 班级： 完成时间：
摘要 直流降压斩波电路又称为Buck变换器，它对输入电压进行降压变换。通过控制电路的占空比即通过IGBT来控制降压斩波电路的输出电压。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。 首先分析了直流斩波主电路（即Buck变换器）的工作原理，计算了电路的电压电流和IGBT承受的正反向电压，按照留有裕量的选型原则，选择了IRG4PC40U型号的IGBT，并对其参数进行了介绍。利用PWM控制芯片SG3525作为触发电路的核心部件，最后利用MATLAB建立了仿真模型，设置了模型的参数，并进行了仿真。仿真结果证明了设计的正确性。 关键字：设计；仿真；直流降压斩波；Buck
目录 1 绪论 (1) 1.1 设计的背景与意义 (1) 1.2 直流斩波发展现状 (1) 1.3 本设计主要内容 (2) 2 直流斩波主电路的设计 (3) 2.1 设计原始参数 (3) 2.2 直流斩波电路原理 (3) 2.3 主电路的设计 (4) 2.3.1 直流降压斩波电路 (4) 2.3.2 直流降压斩波电路参数计算 (4) 2.3.3 主电路参数分析 (5) 3 控制电路设计 (7) 3.1 PWM控制芯片SG3525简介及特点 (7) 3.2 SG3525内部结构及工作特性 (7) 3.3 触发电路 (9) 4 仿真调试 (10) 4.1 仿真软件的介绍 (10) 4.2 仿真模型建立 (10) 4.3 仿真结果分析 (12) 结束语 (15) 参考文献 (16) 致谢 (17) 附录 (18) 附录A：元件清单 (18) 附录B：主电路CAD图 (19)
1 绪论 电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。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。电子设备的小型化和低成本化使电源向轻，薄，小和高效率方向发展。开关电源因其体积小，重量轻和效率高的优点而在各种电子信息设 备中得到广泛的应用。 直流斩波电路（DC C hopper）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GTR的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，输入阻抗高，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围，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。所以用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路就有了IGBT易驱动，电压、电流容量大的优点，因此发展很快。 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，驱动电路模块，除了上述主要模块之外，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气隔离。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。但以 IGBT 为功率器件的直流斩波电路在实际应用中需要注意以下问题:（1）系统损耗的问；2）栅极电阻；（3）驱动电路实现过流过压保护的问题。此斩波电路中IGBT的驱动信号由集成脉宽调制控制器SG3525产生，由于它简单可靠及使用方便灵活， 大大简化了脉宽调制器的设计及调试。