降压直流斩波电路试验装置设计

辽辽宁宁工工业业 大大 学学 电力电子技术课程设计（论文）电力电子技术课程设计（论文） 题目题目降压直流斩波电路实验装置 降压直流斩波电路实验装置 1 课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语 院（系） 电气工程学院教研室电气 学 号 设计题目 学生姓名专业班级 降压直流斩波电路实验装置降压直流斩波电路实验装置 课 程 设 计 （ 论 文 ） 任 务 工 作 计 划 指 导 教 师 评 语 及 成 绩 课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数 实现功能实现功能 为了电力电子技术课程的教学实验，设计此装置，使学生通过该装置测试、观 察直流斩波电路的各个参数及波形，应用此装置可验证降压斩波的相关理论知识。 设计任务与要求设计任务与要求 1、方案的经济技术论证。 2、整流电路设计。 3、通过计算选择整流器件的具体型号。 4、斩波电路设计。 5、斩波器件选择。 6、驱动电路设计或选择。 7、绘制相关电路图。 8、模拟实验或 matlab 仿真。 9、完成 4000 字左右的设计说明书。 技术参数技术参数 1、交流电源单相 220V。2、前级整流输出电压限制在 50V 以内。3、斩波输 出电流最大值 2A。4、负载纯电阻 90 欧。5、斩波输出直流电压在 10～40V 左右 可调。 第 1 天集中学习；第 2 天收集资料；第 3 天方案论证；第 4 天整流电路设 计；第 5 天斩波电路设计；第 6 天驱动电路设计；第 7 天元器件具体选择； 第 8 天在实验室调试或 matlab 仿真；第 9 天总结并撰写说明书；第 10 天答 辩 平时论文质量答辩指导教师签字 总成绩年月日 2 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 3 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； 4 第一章 摘要 1.1 直流斩波电路的介绍 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、 三相 不可控电流 蓄 电 池 滤波电容DC--DC变换器 直流变换系统结构 负载 5 1.2 直流斩波电路的发展前景 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，前者的应用是逐渐萎缩，而后者的应用方兴未艾、欣欣向荣，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（ Ts不变，改变ton）和频率调制方式（ton 不变，改变 Ts）两种。前者较为通用，后者容易产生干扰。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 （8090） 。 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 200300KHz,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。 6 第二章 降压直流斩波电路设计 2.1 降压斩波电路工作原理 2.1.1 降压斩波电路（Buck Chopper） 电路的原理图如图 2 所示， R L V Em E VD 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 t0 时刻驱动 V 导通，电源 E 向负载供电，负载电压 uoE，负载电流 io 按指数曲线上升。 当 tt1 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 t on t onU o E E E 1-1 t on  t off T 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， 为导通占 空比，简称占空比或导通比。负载电流平均值为U o  E mI o  1-2 R （2）电流断续时，负载电压 uo 平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续