电气工程及自动化课程设计说明书直流降压斩波.doc

成绩 南京工程学院课程设计说明书(论文)题 目 直流斩波电路设计 课 程 名 称 电力电子技术 院 系 电力工程学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 学 生 姓 名 学 号 设 计 地 点 指 导 教 师 目 录一、电力电子技术的应用与发展……………………………………………………………2 二、直流斩波电路简介………………………………………………………………………3三、整体设计方案……………………………………………………………………………3四、整流和滤波电路的设计…………………………………………………………………44.1整流和滤波电路的工作原理………………………………………………………4五、直流降压斩波电路计……………………………………………………………………45.1降压斩波信号的产生……………………………………………………………………45.2 Buck电路工作原理 ……………………………………………………………………5 5.3 Buck变化器外特性 ……………………………………………………………………75.4 Buck变换器参数设计 …………………………………………………………………85.4.1 Buck变换器性能指标 …………………………………………………………85.4.2 占空比α ………………………………………………………………………85.4.3 滤波电感Lf ……………………………………………………………………85.4.4 滤波电容Cf ……………………………………………………………………95.4.5 开关管 Q的选取 ………………………………………………………………9 六、完整组合电路……………………………………………………………………………10 七、仿真过程与效果分析…………………………………………………………………107.1Matlab仿真 ………………………………………………………………………107.2 实验室仿真波形…………………………………………………………………………14八、体会总结…………………………………………………………………………………14九、参考文献…………………………………………………………………………………15 一、电力电子技术的应用与发展电力电子技术是应用于电力领域的电子技术，它是利用电力电子器件对电能进行变换和控制的新兴学科。

电力电子技术可以理解为功率强大，可供诸如电力系统那样大的电流、高电压场合应用的电子技术，它与传统的电子技术相比，其特殊之处不仅仅是因为它能够通过大电流和承受高电压，而且要考虑在大功率情况下，器件发热、运行效率的问题电力电子技术研究的内容 电力电子技术研究的内容包括三个方面：电力电子器件、变换器主电路和控制电路1．1电力电子器件 电力电子器件用于大功率变换和控制时，与信息处理用器件不同：一是必须具有承受高电压、大电流的能力·二是以开关方式运行因此，电力电子器件也被称为电力电子开关器件按照开通、关断的控制可分为3类：不控型、半控型和全控型1．2电力电子变换器的主电路 现代电力电子技术的主要研究方向之一就是变换器主电路的拓扑优化拓扑优化可以理解为：在变换器设计中，合理选择确定网络中各元件的位置，以便实现功能和性能指标要求且最经济拓扑优化的目标为高频化、高效率、高功率因数和低变换损耗高频化加软开关技术和PWM控制方式，既可以减少变换器体积、重量和开关损耗，又能提高波形质置、功率因数和变换效率1．3电力电子电路的控铜 控制电路的主要作用是：为变换器中的功率开关器件提供控制极驱动信号。

驱动信号是根据控制指令，按照某种控制规律及控制方式而获得的控制电路应该包括时序控制、保护电路，电气隔离和功率放大等电路2 电力电子技术的应用电力电子技术是以功率和变换为主要对象的现代工业电子技术，当代工，农业等各个领域都离不开电能，高不开表征电能的电压，电流，频率、波形和相位等基本参数的控制和转换，而电力电子技术可以对这些参数进行精确的控制和高效的处理．所以电子技术是实现电气工程现代化的重要基础电力电子技术应用范围十分广泛，国防、工业、交通运输、能源，通信系统，电力系统、计算机系统、新能源系统以及家用电器等无不渗透着电力电子技术的成果．下面简单的介绍几种2．1一般工业电机调速 工业中大量应用各种交、直流电动机直流电动机具有良好的调速性能，为其供电的可控整流电源或直流折波电源都是电力电子装置近年来，由于电力电子变频技术的迅速发展，使得交流电动机的调速性能可与直流电动机相媲美因此，交流调速技术得到了广瑟的应用，并且占据主导地位2．2交通运输 电气化铁道中广泛采用电力电子技术，电气机车中的直流机车采用整流装置供电，交流机车采用变频装置供电如直流折波器广泛应用与铁道车辆，磁悬浮列车中电力电子技术更是一项关键的技术。

新型环保绿色电动汽车和混合动力电动汽车正在积极发展中汽车是靠汽油引擎运行而发展起来的机械，它排出大量二氧化碳和其他废气，严重污染了环境绿色电动车的电机是以蓄电池为能源，靠电力电子装置进行电力变换和驱动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子技术未来电动车将取代燃油汽车船舶．飞机需要各种不同要求的电源，因此航海、航空都离不开电力电子技术2．3电力系统 发达国家在用户最终使用的电能中，有六成以上的电能至少经过一次以上电力电子装置的处理电力系统在通向现代化的进程中，是离不开电力电子技术的高压直流输电，其送电端的整流和受电端的逆变装置都是采用晶闸管变流装置，它从根本上解决了长距离、大容量输电系统无功损耗问题2．4新能源开发和利用 传统的发电方式是火力、水利以及后来兴起的核能发电能源危机后，各种新能源、可再生能源及新型发电方式越来越受到重视其中太阳能发电、凤能发电的发展较快、燃料电池更受关注太阳能、风能发电受到环境条件的制约，发出的电能质量较差利用电力电子技术可以进行能力储存和缓冲改善电能质量同时，采用变速恒频发电技术，可以将新能源发电与电力系统联网2．5环境保护随着工、农业迅速发展，特别是火力发电和水泥业的发展对自然环境的污染越来越严重。

未来净化环境提高人们的生活质量，在某些行业采用高压静电除尘措施是十分有效的，其关键也是微机和电力电子技术总之，电力电子技术的应用范围十分广泛，从人类对宇宙和大自然的探索到国防，从军事到国民经济的各个领域，再到人们的衣食住行都离不开电力电子技术3电力电子技术的未来发展方向和前景电力电子技术已经进入各个领域，未来的广阔前景和发展方向，主要体现在下面几个方面：(1)新材料的进一步研究和应用，扩大了器件的频率、功率等级、使用温度范围，减少器件的体积和降低价格因此，可以大大改进系统性能和降低成本，使它的应用范围越来越广2)改进器件和装置封装形式，实现系统集成，以获得更高的集成化和可靠性3)使用无需吸收电路并且关断延时小的集成门极换流晶闸管，使得在大功率应用场合的器件选择越来越容易4)多电平逆变器在大功率逆变器中的应用5)体积小．重量轻，损耗小、无功率的全半导体变流系统的设计6)采用神经网络和模糊控制逻辑芯片的无速度传感器控制的传动系统采用专家系统获得优化的实时性和系统容错性控制7)自主学习与自适应调节控制器在传动系统中的应用8)改善动力系统供电质量，柔性交流输电技术将得到越来越广泛运用9)高效、轻便、绿色的电动车供不应求。

发展更高效的家用电器产品如上分析，电力电子技术是目前发展较为迅速的一门学科，是高新技术产业发展的主要基础技术之一，是传统产业改造的重要手段电力电子技术的发展是以电力电子器件为核心伴随变换技术和控制技术的发展而发展的可以预言，随着各学科新理论、新技术的发展，电力电子技术的应用具有十分广泛的前景二、直流斩波电路简介 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一、 整体设计方案整个设计主要分为四大块：降压变压电路的设计—整流电路的设计—滤波电路的设计—降压斩波电路的设计，其中降压变压电路我用一个变比为4:1的降压变压器实现，整流电路我采用的是单相桥式电路整流：由四个整流二极管组成，但由于整流电路出来的电压含有较大的纹波，电压质量不太好，故需要进行滤波。

滤波电路我采用的是RL低通滤波器（通过串联一个电感，滤除电流的高次谐波，并联一个电容滤除电压的高次谐波），以减小纹波降压斩波电路的控制电路是以SG3525为核心构成的，其内部含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等调节Rp的大小，在A、B两端可输出两个幅值相等、频率相等、相位相等、占空比可调的矩形波即PWM信号；主电路由IGBT、续流二极管、电感、电容、纯电阻组成，全控器件IGBT作为控制器，续流二极管作为模式2时的续流器件，电感作为模式1时的储能器件模式2时的电源，电容作为稳压器件，负载为纯电阻二、 整流和滤波电路的设计4.1 整流和滤波电路的工作原理 整流电路由四个整流二极管组成，其整流出来的电压进行傅里叶分解得到： 从方程中可以看出输出的电压信号含有大量高次谐波信号，故需要进行滤波通过串联一个电感，滤除电流的高次谐波，并联一个电容滤除电压的高次谐波，以减小纹波，电路图如图1所示： 图1 输入端接220V、50Hz的交流电，经过变压器T1（原线圈/副线圈为4/1）后输出55V、50Hz。

当同名端为正时D2、D5导通，D3、D4截止，电压上正下负当同名端为负时D2、D5截止，D3、D4导通，电压同样是上正下负，从而实现整流电感具有电流不能突变，通直流阻交流特性，因此串联一个电感可以提高直流电压品质而电容具有电压不能突变，通交流阻直流特性，因此并联一个大电容可以滤除杂波，减小纹波结合两种元器件的特性，组成上图整流电路，可以得到比较理想的直流电压（幅值为50V左右）五、直流降压斩波电路设计 5.1降压斩波信号的产生 此电路主要用来驱动IGBT斩波本电路采用直接产生PWM的专用芯片SG3525产生PWM信号.芯片的外围电路连接几个电阻电容用来产生特定频率的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控制该芯片内部还设有保护电路，提高了安全性它还具有高抗干扰能力，可以放心使用电路图如图2 图2工。