直流降壓斬波電路的仿真

1、用MATLAB進行直流降壓斬波電路仿真專業(yè)： 自動化 班級： 09自動化 姓名： 學(xué)號： 0937036指導(dǎo)老師： 傅思瑤 實驗日期： 2012-07-28用MATLAB進行直流降壓斬波電路仿真1 實驗?zāi)康脑O(shè)計一個直流降壓斬波電路，并用MATLAB仿真軟件進行檢驗。2 實驗要求（1）將24V直流電壓降壓輸出并且平均電壓可調(diào)，范圍為0-24V。（2）利用Simulink對降壓斬波電路和升降壓斬波的仿真結(jié)果進行詳細分析，與采用常規(guī)電路分析方法所得到的輸出電壓波形進行比較，進一步驗證了仿真結(jié)果的正確性。3 實驗原理（1）降壓斬波電路原理降壓斬波電路的原理圖以及工作波形如圖1.1所示。該電路使用一個全

2、控型器件V，圖中為IGBT。為在V關(guān)斷時給負載中電感電流提供通道，設(shè)置了續(xù)流二極管VD。斬波電路主要用于電子電路的供電電源，也可拖動直流電動機或帶蓄電池負載等。圖1.1 降壓斬波電路原理圖如圖1.2中V的柵極電壓uGE波形所示，在t=0時刻驅(qū)動V導(dǎo)通，電源E向負載供電，負載電壓uo=E，負載電流io按指數(shù)上升。當t=t1時刻，控制V關(guān)斷，負載電流經(jīng)二極管VD續(xù)流，負載電壓uo近似為零負載電流呈指數(shù)曲線下降。為了使負載電流連續(xù)且脈動小，通常是串聯(lián)的電感L值較大。至一個周期T結(jié)束，在驅(qū)動V導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過程。當工作處于穩(wěn)態(tài)時，負載電流在一個周期的初值和終值相等，如圖1.2所示。負載電壓平均值

3、為 式1.1式中，ton為V處于通態(tài)的時間；toff為V處于斷態(tài)的時間；T為開關(guān)周期；為導(dǎo)通占空比。由式1.1可知，輸出到負載的電壓平均值Uo最大為E，減小占空比，Uo隨之減小。因此將該電路稱為降壓斬波電路。也稱buck變換器。負載電流平均值為 圖1.2 降壓斬波電路的工作波形（2）設(shè)計降壓斬波電路1 ） IGBT驅(qū)動電路的設(shè)計IGBT的驅(qū)動是矩形波，所以我選擇了由比較器LM358產(chǎn)生矩形波。圖2.1 LM358的引腳圖LM358簡介：LM358 內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與

4、電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。圖2.2 比較器產(chǎn)生方波電路圖其中2、3口是輸入口4、6接直流電源電壓1為輸出口。（3）電路各元件的參數(shù)設(shè)定及元件型號選擇1） 各元件的參數(shù)設(shè)定1. IGBT的參數(shù)設(shè)定圖3.1 IGBT的簡化等效電路以及電氣圖形符號圖3.2 降壓斬波電路電路圖圖3.3 降壓斬波總電路圖由圖3.2所示此次設(shè)計的電源電壓為220V，當二極管VD導(dǎo)通時V的C和E兩端承受的電壓為電源電壓，因此UCE=220V。圖3.4 IGBT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性UGE(th)隨溫度的升高略有下降，溫度每升高1°C，其值下

5、降5mV左右。在+25°C時，UGE(th)的值一般為2-6V。參考電力電子技術(shù)課本可得： 式 3.1 式 3.2式中，；。若取為10，則：2. 續(xù)流二極管VD的參數(shù)設(shè)定VD所承受的最大反向電壓是當IGBT導(dǎo)通是的電源電壓100V。所承受的最大電流是當IGBT關(guān)斷瞬間電感L作用在VD上的電流，此電流為。3. 電感的參數(shù)設(shè)定由于電感L要盡量大一些否則會出現(xiàn)負載電流斷續(xù)的情況，所以選擇L的值為1。2） 元件型號選擇考慮其安全裕度則IGBT的額定電壓可以為2-3倍峰值電壓，所以額定電壓可為440-660.額定電流33-44，二極管VD與其類似，VD的最大反向電壓為220。選擇IGBT的型號

6、為IRG4PC40U其額定電壓為600，額定電流為40。選擇續(xù)流二極管的型號為HFA25TB60，其而定電壓為600，額定電流為25。4系統(tǒng)仿真及結(jié)論1）仿真電路及其仿真結(jié)果1.仿真電路圖圖4.1 降壓斬波的MATLAB電路的模型2 ）MATLAB的.仿真結(jié)果如下：圖4.2 =0.2時的仿真結(jié)果圖4.3 =0.4時的仿真結(jié)果圖4.4 =0.6時的仿真結(jié)果圖4.5 =0.8時的仿真結(jié)果圖4.6 =0.99時的仿真結(jié)果3） 仿真結(jié)果分析由公式可得：當時，=44=0.4時，=88。=0.6時，=132。=0.8時，=176。=0.99時，=217.8。上面的數(shù)據(jù)與理論值相同，由于使用的是仿真軟件所以沒有誤差。5心得體會經(jīng)過不懈的努力我終于順利的完成了此次直流降壓斬波電路的仿真，其中遇到了許多的問題和困難但是也學(xué)到了很多的知識。遇到的問題和困難：(1) 由于事先理論知識預(yù)習(xí)的不夠充分，所以很多計算問題困難重重，再次花費大量時間去研究，造成實驗進度大大減速，效率降低。(2) 選取實驗元器件時，由于缺乏實際操作經(jīng)驗，常常出現(xiàn)用錯元器件，造成實驗數(shù)據(jù)誤差很大，重復(fù)實驗多次。(3) 在用MATLAB軟件仿真是遇到了許多操