直流降压斩波电路的设计
基于单片机的直流斩波电路的设计说明
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）电流断续时的波形驱动电路更加复杂。
设计方案：用单片机为控制核心，以电力电子器件ＩＧＢＴ为主电路关键器件，完成直流斩波器的电路设计，包括控制程序设计、电力电子器件驱动、信号隔离及其它的一些保护部分。
指标要求：输入电压要求：ＡＣ220Ｖ50Ｈz输出电压为0——180Ｖ输出功率：1ＫＷ设计框图本设计总体框图如图所示，系统分为五部分：主电路、控制电路、集中隔离与驱动电路等。
直流降压斩波电路实验报告
直流降压斩波电路实验报告实验目的本实验旨在研究直流降压斩波电路的原理、特性及其在实际电路中的应用。
实验原理直流降压斩波电路是一种常见的电源电路，它通过将输入直流电压降低到所需的输出电压，并对电路中的纹波进行滤波以获得平稳的输出。
直流降压斩波电路的核心元件是电容和二极管。
实验设备本实验所使用的设备和元件如下： - 直流电源 - 变压器 - 滤波电容 - 整流二极管 - 负载电阻 - 示波器 - 万用表实验步骤1.将直流电源连接至变压器的输入端，设置合适的输入电压。
2.通过变压器将输入电压降低到所需的输出电压。
3.将滤波电容并联在输出端，以滤除输出电压中的纹波。
4.将整流二极管连接在滤波电容的正极，确保输出电压为正。
5.将负载电阻连接在整流二极管和滤波电容之间，作为电路的负载。
6.使用万用表测量输出电压和电流，记录实验数据。
7.使用示波器观察输出电压的波形，并测量其纹波水平。
8.分析实验结果，总结直流降压斩波电路的特性和应用。
实验结果与分析根据实验数据测量和示波器观察，我们得到了直流降压斩波电路的输出电压和波形。
通过测量输出电压和电流的关系，我们可以计算出电路的输出功率和效率，并分析其特性和应用。
结论通过本实验，我们深入研究了直流降压斩波电路的原理、特性及其在实际电路中的应用。
通过实验数据的测量和分析，我们得出了该电路的特性和性能参数，并对其应用进行了讨论。
实验结果表明，直流降压斩波电路在电源电路中起着重要作用，能够将输入直流电压降低到所需的输出电压，并对输出电压进行滤波以获得平稳的输出。
致谢感谢实验室老师对本实验的指导和支持，感谢实验室的同学们在实验过程中的帮助和合作。
参考文献[1] XXX，XXXX年，XXXX出版社。
[2] XXX，XXXX年，XXXX期刊。
直流斩波电路设计
第一章电路总体思路，基本结构和原理框图1.1 电路总体思路直流斩波电路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。
在设计直流斩波电路过程中，日常所用的电源一般都是220V 交流电，在设计中首先通过变压器降压，然后用整流电路将交流电转变为直流电，经过绿波电路滤掉高次谐波，从而获得直流斩波电路的输入电压。
控制和驱动电路，采用直接产生PWM的专用芯片SG3525，该芯片的外围电路只需简单的连接几个电阻电容，就能产生特定频率的PWM波，通过改变IN+输入电阻就能改变输出PWM波的占空比，故在IN+端接个可调电阻就能实现PWM控制。
为了减少不同电源之间的相互干扰，SG3525输出的PWM经过光电耦合之后才送至驱动电路，通过驱动电路对信号进行放大，放大后的电压可以直接驱动IGBT。
此电路具有信号稳定，安全可靠等优点。
因此他适用于中小容量的PWM斩波电路。
过压和过流保护电路，均采用反馈控制,将过流过压信号反馈到芯片SG3525的输入，从而起到调节保护作用。
1.2 基本结构直流斩波电路一般主要可分为主电路模块，控制电路模块和驱动电路模块三部分组成。
主电路模块，主要由电源变压器、整流电路、滤波电路和直流斩波电路组成，其中主要由全控器件IGBT的开通与关断的时间占空比来决定输出电压u。
的大小。
控制电路模块，可用直接产生PWM的专用芯片SG3525来控制IGBT的开通与关断。
驱动电路模块，驱动电路把控制信号转换为加在IGBT控制端和公共端之间，用来驱动IGBT的开通与关断。
1.3 原理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。
直流降压斩波电路课程设计
直流降压斩波电路课程设计引言直流降压斩波电路是电子电路领域中一种常见的电路，它主要用于将高压直流电源降压为所需的低压直流电源，并通过斩波电路消除输出信号的脉动。
本文将详细介绍直流降压斩波电路的设计原理、实施步骤和实际应用。
设计原理直流降压斩波电路的设计原理基于基础的电路理论知识。
在设计中，需要考虑以下几个方面的内容：输入电压和输出电压的关系根据设计的需求，需要确定输入电压和输出电压的关系。
通常情况下，输出电压要低于输入电压。
这个关系对于电路的元件选择和参数确定非常重要。
电路拓扑结构根据输入输出电压的关系，可以选择不同的电路拓扑结构。
常见的直流降压斩波电路拓扑有BUCK和BOOST两种。
BUCK电路用于输出电压小于输入电压的情况，BOOST电路用于输出电压大于输入电压的情况。
斩波电路设计斩波电路的设计是直流降压斩波电路设计中的重要部分。
斩波电路的作用是消除输出信号的脉动，使输出电压更加稳定。
常见的斩波电路包括电容滤波、电感滤波等。
根据设计需求，选择合适的斩波电路并计算电路参数。
控制电路设计直流降压斩波电路通常需要控制电路来调整输出电压。
控制电路可以通过开关元件的开关频率和工作占空比来实现电压调节。
控制电路的设计需要考虑开关元件的特性和相关电路参数。
实施步骤针对以上设计原理，可以按照以下步骤进行直流降压斩波电路的设计：1.确定输入输出电压的关系，并计算所需降压比例。
2.根据电压关系选择合适的电路拓扑结构，BUCK或BOOST。
3.根据拓扑结构选择合适的元件并计算参数，包括开关元件、电容和电感等。
4.设计斩波电路，选择合适的斩波电路拓扑和计算电路参数。
5.设计控制电路，选择合适的控制策略和计算相关参数。
6.综合考虑各个部分的设计结果，进行仿真验证。
7.制作电路原型并进行实际测试，调整和优化电路参数。
8.编写电路设计报告，包括设计原理、步骤、仿真结果和实际测试结果等。
实际应用直流降压斩波电路在实际应用中有广泛的应用。
直流降压斩波电路课程设计
直流降压斩波电路课程设计一、设计背景直流降压斩波电路是电子工程中常见的一种电路，其作用是将高压的直流电源转换为低压的直流电源，以满足不同设备对电压的需求。
本次课程设计旨在通过设计一个直流降压斩波电路来加深学生对该电路原理和应用的理解，并提高学生的实践能力。
二、设计要求1. 输入电压：24V DC2. 输出电压：12V DC3. 输出电流：最大2A4. 效率：不低于80%5. 稳定性：输出稳定性好，纹波小于100mV三、设计原理1. 直流降压原理直流降压是指通过变换器将输入端直流高压转换成输出端所需的较低直流电源。
通常情况下，使用变换器将输入端高频交变成矩形波进行输出，再通过滤波器进行平滑处理，从而得到稳定的直流输出。
2. 斩波原理斩波是指将交流信号转化为脉冲信号输出。
在斩波过程中，通过改变占空比（即高电平时间与周期时间之比）可以调节输出脉冲宽度，从而实现对输出电压的调节。
3. 直流降压斩波电路原理直流降压斩波电路是将直流高压输入信号通过变换器转化为高频交流信号，再通过斩波电路将其转化为脉冲信号输出。
最后通过滤波器对输出信号进行平滑处理，得到稳定的直流低压输出。
四、设计方案1. 变换器选择变换器是直流降压斩波电路中最关键的部分之一。
在本次设计中，我们选择使用UC3845作为变换器控制芯片，并搭配IRF540N MOSFET管进行驱动。
同时，我们还需要根据输入和输出电压的不同来选择合适的变压器。
2. 斩波电路设计在本次设计中，我们选择使用NE555作为斩波芯片，并根据输入和输出电压的不同来计算出合适的占空比。
同时，在斩波过程中还需要注意控制脉冲宽度以保证输出稳定性。
3. 滤波器设计滤波器是直流降压斩波电路中用于平滑处理输出信号的部分。
在本次设计中，我们选择使用L-C滤波器进行滤波处理，以保证输出电压的稳定性和纹波小于100mV。
4. 控制电路设计为了保证直流降压斩波电路的稳定性和安全性，我们还需要设计一个控制电路来监测输入和输出电压，并对变换器进行合适的控制。
直流降压斩波电路实验报告
直流降压斩波电路实验报告
一、实验目的
本实验的主要目的是了解直流降压斩波电路的工作原理，掌握电路的搭建方法和调试技巧，同时能够通过实验数据分析和计算得出电路的性能参数。
二、实验原理
直流降压斩波电路是一种常用的电源调节电路，它可以将高压直流电源转换为低压直流电源。
该电路由三个部分组成：变压器、整流滤波器和斩波稳压器。
其中变压器主要起到降压作用，整流滤波器则可以将交流信号转换为直流信号，并对信号进行平滑处理，最后斩波稳压器则可以对输出信号进行稳定控制。
三、实验步骤
1. 搭建直流降压斩波电路。
2. 连接示波器和负载。
3. 调节变压器输出电压为所需输出值。
4. 调节斩波管触发角度和输出信号稳定性。
5. 记录实验数据并进行分析。
四、实验注意事项
1. 实验过程中应注意安全，避免触电等事故。
2. 严格按照步骤操作，避免误操作导致电路损坏。
3. 实验数据应准确记录，避免误差产生。
五、实验结果分析
通过实验数据的分析和计算，可以得出直流降压斩波电路的性能参数。
其中包括输出电压、输出电流、效率等指标。
同时还可以观察到斩波
管的触发角度对输出信号稳定性的影响，并对电路进行优化调整。
六、实验总结
本次实验通过搭建直流降压斩波电路并进行调试和分析，深入了解了
该电路的工作原理和性能参数计算方法。
同时也提高了我们的实验技
能和安全意识，为今后的学习和科研奠定了基础。
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。
直流斩波电路设计
一、设计项目与要求1、输入直流电压U i=60V,R=8Ω；2、输出电压范围为0-100V，试选用合适斩波电路；3、计算占空比α=23%和α=59%时，负载两端输出电压和电流；4、画出α=23%和α=59%时斩波电路的电压电流波形分析图；5、IGBT的工作特性分析。
二、电路原理图设计2.1主电路的设计斩波电路:将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。
也称为直流-直流变换器(DC/DCConverter)。
一般指直接将直流电变为另一直流电，不包括直流-交流-直流。
升降压斩波斩波电路结构Boost型升降压斩波变换器的特点是输出电压可以低于电源电压，也可以高于电源电压，是将降压斩波和升压斩波电路结合的一种直接变换电路。
主要由功率开关、二极管、储能电感、输出滤波电容等组成。
本次课题是在输入直流电压为60V时，想要输出电压的范围为0-100V，故而要选择的斩波电路应为升降压斩波斩波电路。
图1升降压斩波电路原理图2.2触发电路设计斩波器触发电路由三部分组成，图2为斩波器触发电路的原理图。
第一部分为由幅值比较电路U1和积分电路U2组成一个频率和幅值均可调的锯齿波发生器。
电位器RP1用来调节锯齿波的上下位置，电位器RP2用来调节锯齿波的频率，频率从100到700Hz可调。
由于晶闸管的开关速度及LC振荡频率所限，所以在斩波实验中我们一般选用200Hz这一范围。
第二部分是比较器部分。
比较器U3输入的一路是锯齿波信号，另一路是给定的电平信号，输出为前沿固定后沿可调的方波信号。
改变输入的电平信号的值，则相应改变了输出方波的占空比。
第三部分是比较器产生的方波送到4098双单稳电路U4，单稳电路则在方波的前沿和后沿分别产生两个脉冲，如图4所示，其后沿脉冲随方波的宽度变化而移动，前沿脉冲相位则保持不变，输出的脉冲经三极管放大通过脉冲变压器输出。
将上述两脉冲分别送至主晶闸管及辅助晶闸管，其中方波前沿触发脉冲G1、K1接主晶闸管VT1，而后沿触发脉冲G2、K2接辅助晶闸管VT2。
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《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。
2 设计任务与要求
2.1 设计任务
要求设计降压斩波电路的主电路、控制电路、驱动。
2.2 设计要求
对Buck降压电路的基本要求有以下几点：
1.输入直流电压：U d=15V
2.开关频率20KHz
3.输出电压8V
4.输出电压纹波：小于1%
5.具有稳压功能
3 设计内容
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，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。
3.1 设计方案的选定与说明 3.2 降压斩波电路 3.2.1 降压斩波电路原理
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，简称占空比或导通比。
降压斩波电路的占空比小于1。
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） 保持开关导通时间on t 不变，改变开关周期T ，称为频率调制或调频型。
3） on t 和T 都可调，使占空比改变，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。
3.3 降压斩波电路主电路设计 3.3.1 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d U 。
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 。
i E M
图2 降压斩波主电路图
3.3.2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15V ，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15V ；而当α=1时，IGBT 有最大电流，R=50Ω，计算约为0.3A 。
故需选择集电极最大连续电流c I >0.3A ，反向击穿电压B vceo >15v 的IGBT 。
如果考虑2倍的安全裕量需选择集电极最大连续电流c I 》0.6A ，反向击穿电压vceo B 》15V 的IGBT 。
(3)二极管 当α=1时，其承受最大反压15V ；而当α趋近于1时，其承受最大电流趋近于0.3A ，故需选择Vc >15v,I >0.3A 的二极管。
考虑2倍的安全裕量：
min U =21u X =15V min I =1x It =2x0.3=0.6A
(4)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 =0U （d U —o U ）/2f d U I 。
设输出电压为8V ， 则L =8x （15—8）/2x1000x20x15x0.3=0.03mH
所以电感L >=0.03mH ，取L =0.1mH 。
(5) 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 =0U （d U —o U ）/8L Δc U ff d U
=8x （15—8）/8x0.1mHx0.01x20Kx20Kx15=11.6mF 这里取C =12mF 。
3.4 降压斩波电路控制电路的设计 3.
4.1控制电路及器件选择
3.4.1.1 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。
由此可以得出控制电路的电路图如图6所示：
3.5驱动电路核心芯片（IR2110）
1、IR2110简介：
IR2110内部功能由三部分组成：逻辑输入；电平平移及输出保护。
根据IR2110的特点，可以为装置的设计带来许多方便。
尤其是高端悬浮自举电源的设计，可以大大减少驱动电源的数目，即一组电源即可实现对上下端的控制。
IR2110可按如下方式接线：
这里利用IR2110的功率放大作用，将单片机生成的PWM 波进行放大后，再发送
给主电路的控制开关IGBT，基本接线图如下：
图6 控制电路图
4 元器件清单
回顾起此次电力电子课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理
论到实践，可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且培养了我的自学能力，特别是对PWM控制技术的学习。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中我发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。