直流斩波电路的性能研究
直流斩波电路的性能研究(六种典型线路)
直流斩波电路是一种常用于电力电子器件中的控制电路，用于将直流电源转换成可控的脉冲电压输出，常用于调节、变换和逆变等应用中。
以下是六种典型的直流斩波电路及其性能研究：1. 单元斩波电路：单元斩波电路是最基本的斩波电路，通过单个开关器件（如晶闸管或晶体管）控制输出电压的开关，简单实用。
2. 双元斩波电路：双元斩波电路采用两个开关器件进行控制，可以提高输出电压的精度和稳定性，适用于一定功率范围内的应用。
3. 三元斩波电路：三元斩波电路引入第三个开关器件，通常用于中功率的直流斩波调节电路中，提高了输出波形的质量和稳定性。
4. 逆变斩波电路：逆变斩波电路是将直流输入转换为交流输出的电路，通过斩波技术实现对输出波形的调节和控制，适用于各种逆变器应用。
5. 多电平斩波电路：多电平斩波电路通过控制多个开关器件的状态，实现输出波形的多级调节，提高了输出波形的谐波失真程度和效率。
6. 多电压级斩波电路：多电压级斩波电路结构复杂，但能够实现更高精度的输出电压控制和更低的谐波失真，适用于高要求的功率电子应用。
性能研究包括但不限于以下几个方面：-效率和功率因数：研究直流斩波电路的效率和功率因数，评估其能量转换效率和功率因数对系统整体性能的影响。
-波形质量：分析输出波形的谐波含量、波形失真度等指标，评估直流斩波电路对输出波形的调节和控制能力。
-动态响应特性：研究直流斩波电路的动态响应特性，包括开关速度、响应时间等参数，评估其对系统动态性能的影响。
-稳定性和可靠性：考察直流斩波电路在不同工况下的稳定性和可靠性，包括温度变化、负载变化等条件下的性能表现。
-成本和复杂度：综合考虑直流斩波电路的成本和复杂度，评估其在实际应用中的经济性和可行性。
通过对六种典型直流斩波电路的性能研究，可以全面了解各种电路结构的优缺点，为选择合适的直流斩波电路结构和优化设计提供参考和指导。
轨道交通列车直流斩波器研究
轨道交通列车直流斩波器研究摘要：随着科学技术的发展和国民经济水平的飞速提高，轨道交通业呈现出蓬勃发展的局面，在我国国民经济中起着愈来愈重要的作用。
本文浅显地对轨道交通列车用直流斩波器结构及其工作原理进行了阐述,希望能够对专业工作人员有所帮助，促使专业人员更加深入的进行直流斩波器研究，从而改善动车组的生产质量,保障动车组的安全运行。
关键词：轨道交通列车、直流斩波器、结构、原理1.引言近年来，随着国家铁路建设的发展，高速铁路交通发展十分迅猛，轨道列车的普及为人们的日常出行带来了极大的方便，是当下客运业务的主力军。
高速铁路是当今世界铁路发展的潮流。
高速铁路以其速度高、运量大、准点率高、对环境污染小、占用土地少、安全、可靠等优势在世界各国得到了大力发展。
全国各大城市都在大规模地建立或扩展城市轨道交通网，我国轨道交通展现出一派生机勃勃的景象。
高速轨道交通列车作为高速铁路网的重要组成部分，速度更快、牵引功率更强，对列车及其零部件的质量要求也更高。
轨道交通列车用直流斩波器的作用是将直接将直流电变为另一直流电，在轨道交通列车运行中扮演十分重要的角色，一旦出现问题，将会带来危及行车安全的严重后果。
2.直流斩波器结构及工作原理直流斩波电路的功能是直接将直流电变为另一直流电。
其一般结构如图1所示。
图1斩波器系统结构图斩波控制调压技术是一种高性能的交流调压技术。
直流电压变换电路中，由于输入电源为直流电，因此对开关元件来说，其电流无自然过零点，元器件的切换只能通过一些强迫换流措施来实现。
由于强迫电流需要较大的换流电容器、辅助晶间管等，造成了线路的复杂化和成本的提高，因此，直流电压变换电路多采用全控型开关器件。
直流斩波电路是通过控制直流电源的通断时间来对负载上的平均电压和功率进行控制的。
直流斩波电路一般是指直接将直流变成直流的情况，不包括直流－交流－直流变换的情况。
3.直流斩波器电路分析直流斩波有六种基本电路形式：降压斩波、升压斩波、升降压斩波、Cuk斩波、Sepic斩波和Zeta斩波。
电力电子课程设计直流斩波电路优秀设计
课程设计汇报课题名称：直流斩波电路旳设计电力电子技术课程设计任务书系：电气与信息工程系年级：专业：自动化直流斩波电路旳功能是将直流电变为另一种固定旳或可调旳直流电，也称为直流-直流变换器（DC/DC Converter），直流斩波电路一般是指直接将直流变成直流旳状况，不包括直流-交流-直流旳状况；直流斩波电路旳种类诸多：降压斩波电路，升压斩波电路，这两种是最基本电路。
此外尚有升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路，Zeta斩波电路。
斩波器旳工作方式有：脉宽调制方式（Ts不变，变化ton）和频率调制方式（ton不变，变化Ts）。
本设计是基于SG3525芯片为关键控制旳脉宽调制方式旳升压斩波电路和降压斩波电路，设计分为Multisim仿真和Protel两大部分构成。
Multisim重要是仿真分析，借助其强大旳仿真功能可以很直观旳看到PWM控制输出电压旳曲线图，通过设置参数分析输出与电路参数和控制量旳关系，运用软件自带旳电表和示波器能直观旳分析多种输出成果。
第二部分是硬件电路设计，它通过Protel等软件设计完毕。
关键字：直流斩波；PWM；SG35251 直流斩波主电路旳设计 (1)1.1 直流斩波电路原理 (1)直流降压斩波电路 (1)直流升压斩波电路 ........................................... 错误!未定义书签。
1.2 主电路旳设计.............................................................. 错误!未定义书签。
直流降压斩波电路 ........................................... 错误!未定义书签。
直流降压斩波电路参数计数 ........................... 错误!未定义书签。
直流升压斩波电路 ........................................... 错误!未定义书签。
实验五 直流斩波电路的性能研究(六种典型线路)
韩山师范学院实验报告姓名： 学号： 专业、班级科目：日期：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。
二、实验所需挂件及附件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ii oni off on on o aU U TtU t t t U ==+=U GEU D t t tU Ot ont of fT U i-+-+U②、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 。
直流斩波电路的性能研究
T1，同时，C 向负载 R 输出电压 u0 为恒值，记为 U0。设 VT 在通态的时间为 ton，储能电感 L 中的电量为 EI1ton；VT 处 于断态时，电源 E 与储能电感 L 同时为 C 以及 R 供电。设 VT 在断态的时间为 toff，则储能电感 L 输出电量为（U0-E） I1toff；在稳态时，储能电感 L 在周期 T 内的输入与输出电量 相同，则有：
2.2 直流斩波器的测试 直流斩波器的测试过程如下：接通交流电源，由三相 调压器输出单相交流电，通过 DJK20 挂箱上的单相桥式 整流，并经过电容滤波后，得到斩波电路的输入直流电压 Ui，然后记录 Ui 波形以及平均值。 直流斩波电路测试的具体步骤如下： 步骤 1：首先切断电源，然后依照主电路图将各元器 件接成测试电路。控制输出接于 V 的 G 端，将驱动电路输 出接于 E 端，所接电阻负载的电流最大值不得超过 22mA。 步骤 2：检查步骤 1 中的电路接线是否正确，重点检 查电解电容的极性，确定无误后接通电源。 步骤 3：通过示波器来观察测试情况，主要观测对象 包括 PWM 信号、UGE 电压、UCE 电压、输出电压 U0 以及 二极管两端电压 UD，同时观测上述对象彼此间的波形相 位关系。 步骤 4：通过 PWM 脉宽调节电位器，对 Ur 进行调节。 观测并记录各占空比（琢）下的 Ui、U0 和 琢 数值，以此得到 测试结果波形图。 2.3 测试结果 通过上述步骤进行测试，最终得到直流斩波器的升降 压波形图，如图 5、图 6 所示。
将式（1）进行化简，从而可以得到：
（1）
（2）
由此看出，当 T toff
>1 时，输出电压是高于输入电压，进
而达到升压的目的。
1.2 降压式直流斩波电路分析
降压式直流斩波电路包括可控开关 VT、滤波电容 C、
直流斩波电路工作原理
直流斩波电路工作原理
直流斩波电路是一种电子电路，用于将直流电源输出变为脉冲或交流信号。
其工作原理基于开关管的导通和断开，使得直流电源的电压在输出端产生高频脉冲。
直流斩波电路由两个主要部分组成：开关管和滤波电容。
开关管的导通和断开控制通过外部电路或脉冲生成器进行调控。
当开关管导通时，直流电源的电压就会传递到输出端，此时输出就是高电平。
相反，当开关管断开时，输出端的电压就会降为低电平。
滤波电容与开关管并联连接，作为电荷储存和释放的元件。
当开关管导通时，滤波电容开始充电，存储电荷。
当开关管断开时，滤波电容开始放电，释放电荷。
由于滤波电容具有一定的电荷和放电时间常数，输出信号会变为脉冲或周期性交流信号。
通过调控开关管的导通和断开时间，可以改变输出信号的频率和占空比。
频率可以通过改变开关管操作频率来调节，而占空比可以通过调控导通和断开时间比例来实现。
直流斩波电路的主要应用是在交流电源中产生脉冲信号，例如交流变频器、电力电子传动等领域。
它也可以用于产生交流电信号进行实验室测试和研究。
电力电子技术-5.1直流斩波
z EM E e ( 1 T1/ E M T TR ) (1 ) T / I 20 e e ) , (1z z R R e 1 R L
上式代入
[t 1,T]
I I 20 I10
E R
1 e
di 1 E EM t / t / L (1 / 0 t t1 i1 EIM10 eRi 1) T E E ME , T(1 Me E M) (1 ) T / E E E M I 10 e e e e dt I R d R R R R 0 T 0 . 5 T I I max R T di 2 ) i 1 ( 0 ) t / I 10 , M ( Ed ( 1 ) T / E L / RE ( t t 1 ) / t 1 E L Ri 2 Ee(1 e0M, (te1 ),) 20 i1 ( t 1 ) M t I T e e e 1 + Ii10 (1 I 20 ) 2 R R dt RR EM T RT T T
输出电压平均值为： ton E (T ton t x ) EM Uo T 负载电流平均值为：
1 (1 m)e t x ln m
电流断续时的波形
t2
t
tx<toff
e 1 m e 1
ton t x 1 m E T
1
t1
5.1.1 降压斩波的工作原理 输出电压平均值 Ua u 0 dt
T
0
t1 T
E ft 1 E E
降压斩波电路
题目直流降压斩波电路一、直流斩波电路的技术特点及应用方面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。
直流变换技术已被广泛的应用于开关电源及直流电动机驱动中，如不间断电源（UPS）、无轨电车、地铁列车、蓄电池供电的机动车辆的无级变速及20世纪80年代兴起的电动汽车的控制。
从而使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能，并同时收到节约电能的效果。
直流变换系统的结构如下图-1所示。
由于变速器的输入是电网电压经不可控整流而来的直流电压，所以直流斩波不仅能起到调压的作用，同时还能起到有效地抑制网侧谐波电流的作用。
单相、REm二、分电路的原理及选择2.1 降压斩波电路工作原理电路的原理图如图2所示，图2 降压斩波电路主电路此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。
并设置了续流二极管VD ，在V 关断时给负载中电感电流提供通道。
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，后两种情况下负载中均会出现反电动势，如图中Em 所示。
工作原理：当t=0时刻驱动V 导通，电源E 向负载供电，负载电压uo=E ，负载电流io 按指数曲线上升。
当 t=t1时控制V 关断，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，通常串接较大电感L 使负载电流连续且脉动小。
此电路的基本数量关系为： （1）电流连续时负载电压的平均值为 (1-1)E E Tt E t t t U onoff on on o α==+=V 1V 3V 2V 4C 1R U ~V zU 上式中，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。
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直流斩波电路的性能研究
苏宪臣
（08级、自动化2班、200801071503）
摘要：直流-直流变流电路（DC/DC Converter）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）。
功能是将直流电变为另一种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，在直流变流电路中增加了交流环节。
在交流环节通常采用变压器实现输入输出之间的隔离，因此也称为直一交一直电路。
关键词：DC/DC转换，降压斩波，升压斩波，MA TLAB仿真。
0引言：
本文主要研究升压斩波电路和降压斩波电路的结构和工作原理，研究斩波电路的性能提升方法，通过对斩波电路的基本原理的研究，从中发现提升性能的方法。
DC/DC变换试讲固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。
斩波器的工作方式有：脉宽调制方式（Ts不变,改变ton）和频率调制方式(ton不变,改变Ts)两种。
1基本斩波电路
1.1降压斩波电路（Buck Chopper）
1）电路分析
（1）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。
（2）设置了续流二极管VD，在V关断时给负载中电感电流提供通道。
（3）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，后两种情况下负载中均会出现反电动势，如图中Em所示。
基本的数量关系
电流连续时
负载电压的平均值为负载电流平均值为
E
E
T
t
E
t
t
t
U on
off
on
on
o
R
E
U
I m
o
o
1.2升压斩波电路
1)工作原理
(1) 假设L 和C 值很大。
(2)V 处于通态时，电源E 向电感L 充电，电流恒定I1，电容C 向负载R 供电，输出电压Uo 恒定。
(3)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。
2)基本的数量关系
当电路工作于稳态时，一个周期T 中电感L 积蓄的能量与释放的能量相等，即
1.3升降压斩波电路
1)工作原理
(1)V 导通时，电源E 经V 向L 供电使其贮能，此时电流为i1，同时C 维持输出电压恒定并向负载R 供电。
（2） V 关断时，L 的能量向负载释放，电流为i2，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路。
1.4 Sepic 斩波电路和Zeta 斩波电路 1）Sepic 斩波电路
工作原理
（1） V 导通时，E —L1—V 回路和C1—V —L2回路同时导电，L1和L2贮能。
（2） V 关断时，E —L1—C1—VD —负载回路及L2—VD —负载回路同时导电，此阶段E 和L1既向负载供电，同时也向C1充电（C1贮存的能量在V 处于通态时向L2转移）。
E
t T E t t t U off
off
off
on o
2）Zeta斩波电路
工作原理
（1） V导通时，电源E经开关V向电感L1贮能。
（2） V关断时，L1－VD－C1构成振荡回路， L1的能量转移至C1，能量全部转移至C1上之后，VD关断，C1经L2向负载供电。
2复合斩波电路和多相多重斩波电路
2.1 电流可逆斩波电路
1）电路结构
（1） V1和VD1构成降压斩波电路，电动机为电动运行，工作于第1象限。
（2）V2和VD2构成升压斩波电路，电动机作再生制动运行，工作于第2象限。
（3）必须防止V1和V2同时导通而导致电源短路。
2）工作过程
（1）两种工作情况：只作降压斩波器运行和只作升压斩波器运行。
（2）第3种工作方式：一个周期内交替地作为降压斩波电路和升压斩波电路工作。
（3） 3种工作方式下，当一种斩波电路电流断续而为零时，使另一个斩波电路工作，让电流反方向流过，这样电动机电枢回路总有电流流过。
2.2 桥式可逆斩波电路
1）将两个电流可逆斩波电路组合起来，分别向电动机提供正向和反向电压，使电动
机可以4象限运行。
2）工作过程
（1）V4导通时，等效为图5-7a所示的电流可逆斩波电路，提供正电压，可使电动机工作于第1、2象限。
（2）V2导通时，V3、VD3和V4、VD4等效为又一组电流可逆斩波电路，向电动机提供负电压，可使电动机工作于第3、4象限。
2.3 多相多重斩波电路
1）是在电源和负载之间接入多个结构相同的基本斩波电路而构成的。
2）相数:一个控制周期中电源侧的电流脉波数。
3）重数：负载电流脉波数。
3相3重降压斩波电路
4）电路及波形分析
（1）相当于由3个降压斩波电路单元并联而成。
（2）总输出电流为 3 个斩波电路单元输出电流之和，其平均值为单元输出电流平均值的3倍，脉动频率也为3倍。
（3）总输出电流最大脉动率（电流脉动幅值与电流平均值之比）与相数的平方成反比，其总的输出电流脉动幅值变得很小，所需平波电抗器总重量大为减轻。
3仿真实验
3.1仿真模型及参数
（1）由IGBT构成直流斩波电路的建模及参数设置，E=100，负载R=1欧，脉冲高度5，L=OH，C=inf.
（2）直流降压斩波电路的仿真
打开仿真参数窗口，选择ode23t b算法相对误差设置为1e-03,开始仿真时间设置为零，停止仿真时间设置为0.01s，控制脉冲周期设置为0.005s(频率为200Hz)，控制脉冲占空比为50%。
参数设置完毕后，启动仿真，得到下图仿真结果。
控制脉冲周期设置为0.01S（频率为100Hz）,控制脉冲占空比为50%。
参数设置完毕后启动仿真得到下图
控制脉冲周期设置为0.01S(频率100Hz，占空比为30%。
参数设置完毕启动仿真得到下图仿真结果。
4结束语
通过以上的仿真过程分析，可以得到下列结论：
（1）直流变换电路主要以全控型电力电子器件作为开关器件，通过控制主电路的接通与断开，将恒定的直流斩成断续的方波，经滤波后变为电压可调的的直流输出电压。
利用Simulink 对降压斩波电路和升压斩波电路的仿真结果进行了详细分析，与采用常规电路分析方法所得到的输出电压波形进行比较，进一步验证了仿真结果的正确性。
（2）采用Matlab/Simulink对直流斩波电路进行分析，避免了常规分析方法中繁琐的绘图和计算过程，得到了一种较为直观，快捷分析斩波电路的新方法。
同时其建模方法也适用于其他斩波电路的方针，只需要对电路结构稍作改变即可实现，因此实用性较强。
（3）应用Matlab/Simulink进行仿真，在仿真过程中可以灵活的改变仿真参数，并且能直观地观察到仿真结果随参数的变化情况。
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