实验四·直流斩波电路BUCK电路
BUCK-BOOST电路工作过程分析及说明
BUCK-BOOST电路工作过程分析及说明一、直流斩波电路的基本原理Buck/Boost变换器是输出电压可低于或高于输入电压的一种单管直流变换器，其电路如图4.8。
与Buck和Boost电路不同的是，电感L f在中间，不在输出端也不在输入端，且输出电压极性与输入电压相反。
开关管也采用PWM控制方式。
Buck/Boost变换器也有电感电流连续和断续两种工作方式，此处以电感电流在连续状态下的工作模式。
图4.8是电感电流连续时的主要波形。
图4.10是Buck/Boost变换器在不同工作模态下的等效电路图。
电感电流连续工作时，有两种工作模态，图4.11(a)的开关管Q导通时的工作模态，图(b)是开关管Q关断、D续流时的工作模态。
V o图4.9电路ArrayVi LFi Qi DV图4.10感电流连续工作波形V oV o(a) Q 导通 (b) Q 关断，D 续流图5.11 Buck/Boost 不同开关模态下等效电路二、电感电流连续工作原理和基本关系电感电流连续工作时，Buck/Boost 变换器有开关管Q 导通和开关管Q 关断两种工作模态。
1.在开关模态1[0~t on ]：t=0时，Q 导通，电源电压V in 加载电感L f 上，电感电流线性增长，二极管D 戒指，负载电流由电容C f 提供：f L fin di L V dt=(2-1)oo LDV I R =(2-2)ofo dV C I dt= (2-3)t=t on 时，电感电流增加到最大值max L i ，Q 关断。
在Q 导通期间电感电流增加量f L i ∆f inL y fV i D T L ∆=⋅ (2-4)2.在开关模态2[t on ~ T]:t=t on 时，Q 关断，D 续流，电感L f 贮能转为负载功率并给电容C f 充电，f L i 在输出电压Vo 作用下下降：f L fo di L V dt=(2-5)f o o oL fo f LDdV dV V i C I C dt dt R =+=+ (2-6)t=T 时，f L i 见到最小值min L i ，在t on ~ T 期间f L i 减小量f L i ∆为：(1)f o o L off y f fV Vi t D T L L ∆=⋅=- (2-7)此后，Q 又导通，转入下一工作周期。
直流斩波电路建模仿真
项目一 降压式直流斩波电路建模仿真实训一、 降压式直流斩波电路（buck ）（1）原理图用IGBT 作为电路的控制开关，用上一个二极管起续流作用，在加上L-C 低通滤波电路组成Buck 电路 。
如图1-1。
+-U0E图1-1（2）建立仿真模型根据原理图用matalb 软件画出正确的仿真电路图，如图1-2。
图1-2仿真参数，算法（solver ）ode15s ，相对误差（relativetolerance ）1e-3，开始时间0结束时间0.05s ，如图1-3。
图1-3脉冲参数，振幅1V，周期0.002，初始占空比为10% 如图1-4图1-4电源参数，电压100v 如图1-5所示。
图1-5 IGBT参数，如图1-6所示。
图1-6电感参数设为0.1H，如图1-7所示图1-7电感参数设为0.1H，如图1-8所示图1-8（3）仿真参数设置设置触发脉冲的占空比分别为30%、50%、60%、90%。
与其产生的相应波形分别如图1-9、图1-10、图1-11、图1-12。
在波形图中第一列波形为流过二级管的电流波形，第二列波形为流过IBGT的电流波形，第三列波形为IGBT的电压波形，第四列波形为负载电流波形，第五列波形为负载的电压波形。
图1-9图1-10图1-11图1-12（4）小结当输入电压E不变时，输出电压随占空比D的线性变化而线性变化，而与电路其他参数无关。
输出电压U0=DE，即占空比越大，输出电压越大，最大等于E。
项目二升压式直流斩波电路建模仿真实训二、 升压式直流斩波电路（boost ）（1）原理图升压式直流斩波电路与降压式直流斩波电路最大的不同，控制开关IGBT 与负载R 呈并联形式连接。
如图2-1。
-U0E图2-1（2）建立仿真模型根据原理图用matalb 软件画出正确的仿真电路图，如图2-2。
图2-2仿真参数，算法（solver ）ode15s ，相对误差（relativetolerance ）1e-3，开始时间0结束时间0.05s ，如图2-3。
直流斩波电路的性能研究(六种典型线路)
• 设V处于断态的时间为 ，则在此期间电感L1释放 的能量为（UO-Ui）I1ton。当电路工作于稳态时， 一个周期T内电感L1积蓄的能量与释放的能量相 等，即： • UiI1ton=（UO-Ui）I1toff
• 上式中T/toff ≥1，输出电压高于电源电压，故称该 电路为升压斩波电路。
• 升压斩波电路的原理图及波形
注意
• (1)整流电路输入交流电源得到直流电源，要注意 输出的直流电源不能超过50V。直流侧有1A熔丝 保护。负载电流不要超过0.5A。 • (2)在主电路通电后，不能用示波器的两个探头同 时观测主电路元器件之间的波形，否则会造成短 路。 • (3)用示波器两个探头同时观测两处波形时，要注 意共地问题，否则会造成短路，在观测高压时应 衰减10倍，在做直流斩波器测试实验时，最好使 用一个探头。
1.4
1.6
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2.2
2.4
2.5
八、实验报告
• (1)分析图中产生PWM信号的工作原理。 • (2)整理各组实验数据绘制各直流斩波电路 的Ui/UO- α 曲线，并作比较与分析。 • (3)讨论、分析实验中出现的各种现象。Fra bibliotek1.4
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(3)用示波器分别观测A、B和PWM信号的波形 、频率和幅值，并填入下表。
观测点 波形类型 幅值A（V） 频率f（Hz） A（11脚） B（14脚） PWM （ 脚 （ 脚
(4)用双踪示波器的两个探头同时观测11脚和 14脚的输出波形，调节PWM脉宽调节电位 器，观测两路输出的PWM信号，测出两路 信号的相位差，并测出两路PWM信号之间 最小的“死区”时间。
BUCK-BOOST电路工作过程分析及说明
BUCK-BOOST电路工作过程分析及说明一、直流斩波电路的基本原理Buck/Boost变换器是输出电压可低于或高于输入电压的一种单管直流变换器，其电路如图4.8。
与Buck和Boost电路不同的是，电感L f在中间，不在输出端也不在输入端，且输出电压极性与输入电压相反。
开关管也采用PWM控制方式。
Buck/Boost变换器也有电感电流连续和断续两种工作方式，此处以电感电流在连续状态下的工作模式。
图4.8是电感电流连续时的主要波形。
图4.10是Buck/Boost变换器在不同工作模态下的等效电路图。
电感电流连续工作时，有两种工作模态，图4.11(a)的开关管Q导通时的工作模态，图(b)是开关管Q关断、D续流时的工作模态。
V o图4.9电路ArrayVi LFi Qi DV图4.10感电流连续工作波形V oV o(a) Q 导通 (b) Q 关断，D 续流图5.11 Buck/Boost 不同开关模态下等效电路二、电感电流连续工作原理和基本关系电感电流连续工作时，Buck/Boost 变换器有开关管Q 导通和开关管Q 关断两种工作模态。
1.在开关模态1[0~t on ]：t=0时，Q 导通，电源电压V in 加载电感L f 上，电感电流线性增长，二极管D 戒指，负载电流由电容C f 提供：f L fin di L V dt=(2-1)oo LDV I R =(2-2)ofo dV C I dt= (2-3)t=t on 时，电感电流增加到最大值max L i ，Q 关断。
在Q 导通期间电感电流增加量f L i ∆f inL y fV i D T L ∆=⋅ (2-4)2.在开关模态2[t on ~ T]:t=t on 时，Q 关断，D 续流，电感L f 贮能转为负载功率并给电容C f 充电，f L i 在输出电压Vo 作用下下降：f L fo di L V dt=(2-5)f o o oL fo f LDdV dV V i C I C dt dt R =+=+ (2-6)t=T 时，f L i 见到最小值min L i ，在t on ~ T 期间f L i 减小量f L i ∆为：(1)f o o L off y f fV Vi t D T L L ∆=⋅=- (2-7)此后，Q 又导通，转入下一工作周期。
直流斩波电路工作原理分析
直流斩波电路工作原理分析直流斩波电路的主要是实现直流电能的变换，对直流电的电压或电流进行控制。
按照输入电压与输出电压之间的关系，可以分为六种不同的形式，分别为降压斩波电路（BUCK ）、升压斩波电路（BOOST ）、升降压斩波电路（BUCK-BOOST ）、Cuk 斩波电路、Sepic 斩波电路和Zeta 斩波电路。
下面分别对它们的工作原理进行简单的介绍。
一．降压斩波电路降压斩波（BUCK ）电路的拓扑结构图如1-1所示。
U io图1-1 BUCK 电路拓扑结构分析在开关器件导通和关断时，电路的动态工作过程。
图1-1中实线部分表示开关器件导通时的回路，虚线部分表示器件关断时的续流回路。
在续流过程中，根据电感中的电流的不同分为，电感电流连续（CCM ）和断续（DCM ）两种情况。
由此可以得到降压斩波电路的动态工作过程如图1-2所示。
U ioa) S 导通时等效电路oCob) S 关断，i L ≠0时等效电路c) S 关断，i L =0时等效电路图1-2 BUCK 电路动态工作过程在工作过程中，驱动信号以及电感上的电压和电流波形如图1-2所示。
u Su Li Li La) 电感电流连续时波形b) 电感电流断续时波形图1-3 BUCK 电路的工作原理图由电感器件的伏秒平衡原理，可以得出在电流连续和断续两种情况下，BUCK 斩波电路的输出电压。
a) 电感电流连续时，有()(1)0i o o U U D U D ---= （1-1）化简可得o i U DU = （1-2）b) 电感电流断续时，有1()0i o o U U D U --∆= （1-3）化简可得1o i DU U D =+∆ （1-4） 由此可以看出，电感电流断续情况下的输出电压更高。
二．升压斩波电路升压斩波（BOOST ）电路的拓扑结构如图2-1所示。
U iLo图2-1 BOOST 电路拓扑结构在图2-1中，实线部分表示开关器件导通时的回路，虚线部分表示开关器件关断时的回路，由此可以得到升压斩波电路的动态工作过程如图2-2所示。
实验四·直流斩波电路BUCK电路
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:图式中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。
（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，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，30×360；3.双击负载把电阻设为10Ω，电感设为；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仿真波形及分析占空比为40％占空比为60％占空比为80％图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。
直流斩波电路原理实验报告
直流斩波电路原理实验报告【实验日期】2021年05月24日【实验目的】1. 了解直流斩波电路的工作原理。
2. 掌握直流斩波电路的实现方法。
3. 学会使用示波器观测斩波电路的输出波形。
直流斩波电路是一种将直流电信号转换为可控的脉冲信号的电路。
斩波电路是通过对输入直流电压进行切割，使其呈现出一个矩形脉冲的形式，从而得到一个近似于正弦波的波形。
直流斩波电路的核心部件是斩波元件（如晶闸管、场效应管等），它的主要作用是控制输出信号的幅度和频率。
直流斩波电路的两个主要类型是单相半波斩波电路和单相全波斩波电路。
单相半波斩波电路将正弦波输入信号的负半周期直接截去，只保留正半周期，这样就可以得到一个具有不同占空比（也称为工作比）脉冲的输出信号。
如果幅度和频率能够精确控制，输出信号的形状就可以接近正弦波。
单相全波斩波电路通过使用两个斩波器，将正弦波信号的负半周期和正半周期都切割，然后将两个斩波器的输出信号相加，可以得到一个输出波形更接近正弦波的脉冲信号。
1. 直流电源2. 稳压电源3. 晶闸管4. 电阻5. 电容6. 示波器7. 多用电表1. 按照电路图连接电路。
2. 接通直流电源和稳压电源，调节稳压电源输出电压，并使用多用电表检测电压值。
3. 使用示波器观测晶闸管的正向电压和负向电压，并实时记录值。
4. 调节输入直流电压和斩波角度，观察输出脉冲信号的波形变化，并记录每个角度的输出波形。
通过实验可以得到不同控制角度下的直流斩波输出波形，并可以根据输出波形的变化情况分析电路的工作性质。
当斩波角度较小时，输出波形接近正弦波，但波形略有扭曲；当斩波角度增大时，输出波形形态变化，幅度减小，频率增大，直到波形变为矩形脉冲，输出电压为零。
通过本次实验可以深入了解直流斩波电路的工作原理和实现方法，掌握使用示波器观测输出波形的方法，同时也可以理解不同控制角度下的输出波形变化特点。
直流斩波电路在电力调控、数码电子等领域有广泛的应用，掌握其原理和实现方法对于工程实践具有重要意义。
直流斩波电路的性能研究
直流斩波电路的性能研究一、实验原理及内容：直流斩波电路（DC Chopper）的功能是将直流电变为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）。
目前比较基本的和较为常用的直流斩波电路有以下几种：一）降压斩波电路（Buck Chopper）1、电路图如下：2、降压斩波电路原理：在t=0时驱动V导通，电源E向负载供电，负载u o=E，负载电流i o按指数曲线上升。
当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，通常串接L值较大的电感。
只一个周期T结束，再驱动V导通，重复上一周期过程。
当电路工作于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等U o的值与占空比（alpha）成正比。
3、典型应用：拖动直流电机，带蓄电池负载二）升压斩波电路（Boost Chopper）1、电路图如下：2、升压斩波电路的原理：假设电路中电感L很大，电容C很大。
当V导通，电源E向L充电，充电电流基本恒定位为I1，同时电容C上的电压向负载R供电，由于C值很大，基本保持输出电压u o位恒值，记为U o。
当V关断的时候电源与电感L同时对电容C充电，并且向负载R提供能量。
当电路工作稳定时，有如下方程：U o=(t on+t off)E/t off=TE/t off由上式可知，输出电压高于电源电压。
3、典型应用：直流电动机传动，单项功率因数校正（Power Factor Correction—PFC）电路，用于其他交直流电源中三）升降压斩波电路（Boost-Buck Chopper）1、电路图如下：2、升降压斩波电路原理：假设电感L很大，电容C很大，致使电感电流i L和电容典雅即负载电压u o基本为恒值。
V导通，L充电，有电流i1。
同时有电容C维持输出电压基本恒定并向负载R供电。
V关断，电感L向负载提供其所储存的能量，此时有电流i2。
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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％
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=ɑU i
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。
门极电路的正偏压uGS、负偏压-uGS和门极电阻RG的大小，对IGBT的通态电压、开关、开关损耗、承受短路能力及du/dt电流等参数有不同程度的影响。
其中门极正电压uGS的变化对IGBT的开通特性，负载短路能力和duGS/dt电流有较大的影响，而门极负偏压对关断特性的影响较大。
同时，门极电路设计中也必须注意开通特性，负载短路能力和由duGS/dt电流引起的误触发等问题。
根据上述分析，对IGBT
驱动电路提出以下要求和条件：
(1)由于是容性输出输出阻抗；因此IBGT对门极电荷集聚很敏感，驱动电路必须可靠，要保证有一条低阻抗的放电回路。
(2)用低内阻的驱动源对门极电容充放电，以保证门及控制电压uGS有足够陡峭的前、后沿，使IGBT的开关损耗尽量小。
另外，IGBT开通后，门极驱动源应提供足够的功率，使IGBT不至退出饱和而损坏。
(3)门极电路中的正偏压应为+12～+15V；负偏压应为-2V～-10V。
(4)IGBT 驱动电路中的电阻RG对工作性能有较大的影响，RG较大，有利于抑制IGBT 的电流上升率及电压上升率，但会增加IGBT 的开关时间和开关损耗；RG 较小，会引起电流上升率增大，使IGBT 误导通或损坏。
RG的具体数据与驱动电路的结构及IGBT 的容量有关，一般在几欧～几十欧，小容量的IGBT 其RG值较大。
(5)驱动电路应具有较强的抗干扰能力及对IGBT 的自保护功能。
IGBT 的控制、驱动及保护电路等应与其高速开关特性相匹配，另外，在未采取适当的防静电措施情况下，IGBT的G～E极之间不能为开路。
IGBT驱动电路分类驱动电路分为：分立插脚式元件的驱动电路；光耦驱动电路；厚膜驱动电路；专用集成块驱动电路。
本文设计的电路采用的是专用集成块驱动电路。
IGBT驱动电路分析随着微处理技术的发展(包括处理器、系统结构和存储器件)，数字信号处理器以其优越的性能在交流调速、运动控制领域得到了广泛的应用。
一般数字信号处理器构成的控制系统，IGBT驱动信号由处理器集成的PWM模块产生的。
而PWM接口驱动能力及其与IGBT的接口电路的设计直接影响到系统工作的可靠性。