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1、直流斩波电路的设计作者：姚尧 学号：24071900241班级：机自三班摘要：MATLAB (矩阵实验室)是一种科学计算软件，它是一种以矩阵为基础的交互式程序计 算语言。SIMULINK是基于框图的仿真平台，它挂接在MATLAB环境上，以MATLAB的强大计 算功能为基础，以直观的模块框图进行仿真和计算。直流斩波是将固定的直流电压变换成可 变的直流电压，也称为直流-直流变换(DC/DC)变换。此文以MATLAB/SIMULINK仿真软件为 基础，完成了对斩波电路的仿真分析。关键词：Matlab/Simulink；仿真分析；斩波电路Abst rac t： MATLAB (Ma trix Labo
2、ra tory) is a scien ti fic comp uting soft ware, it is a matrixbased computing language and interactive process.SIMULINKblock diagram of the simulation platform is based on its mount in the MATLAB environment to MATLABs powerful calculation capabilitiesbased, intuitive block diagram simulation and c
3、alcula tio n.Chopper is a fixed DC volt age conver ted into a variable DC volt age, also known as DC DC Converter (DC / DC) transform.Article in MATLAB / SIMULINK simulation software based on the chopper to complete the simulation.Keywords： Matlab / Simulink； simulation； Chopper直流斩波电路的功能是将直流电变为另一种固定
4、的或可调的直流电，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的情况，不包括直流- 交流-直流的情况；直流斩波电路的种类很多，基本分为6种斩波电路：降压斩波电路，升 压斩波电路，这两种是最基本电路。另外还有升降压斩波电路，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VIC0R公司设计制造得多种ECI软开关 DC/DC变换器，最大输出
5、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（MOSFET代替肖特基二极管），使整个电路效率提高到90%。而MATLAB是美国MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术 计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。其中MATLAB可以进行矩 阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户
6、界面、连接其他编程语言的程序等，主要 应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分 析等领域。而Simulink是著名的、应用普遍的动态系统仿真工具，Simulink能够直观、快 捷地构建过程控制系统的方块图模型，并在此基础上进行仿真结果的可视化分析，是进行过 程控制系统设计和参数整定的首选仿真工具。11设计原理1.1降压斩波电路图1-1直流降压变流器原理图直流降压变流器用于降低直流电源的电压，使负载侧电压低于电源电压，其原理电路如 图1-1所示。在开关器件V导通时，有电流经电感L向负载供电，在V关断时，电感L释放储能，维持负载电流，电流经负载和二极管VD形
7、成回路。调节开关器件V的通断周期，可以调整负载侧输出电流和电压的大小。负载侧输 出电压的平均值为：ttU = onE = on E = a Eo t + tTonoff式中T为V开关周期，t为导通时间，为占空比。onUo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U -E电流断续时，uo平均值会被抬高，一般不希望出现。根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路可有三种控制方式：(1) 保持开关周期T不变，调节开关导通时间t ，称为PWM(PulseWidthMadula-tion)on或脉冲调宽型。(2) 保持开关导通时
8、间t不变，改变开关周期T,称为频率调制或调频型。on(3) t和T都可调，使占空比改变，称为混合型。2on降压变流器的主电路的设计除要选择开关器件和二极管外，还需要确定电感L的参数, 电感参数的计算是复杂的，但是采用仿真就很简单。仿真的模型线路如图1-2所示。仿真设计步骤如下：1. 根据直流降压变流器原理图建立变流器的仿真模型如图1-2所示。Fourier图1-2降压斩波电路模型在模型中采用了 IGBT,IGBT的驱动信号由脉冲发生器产生，设定脉冲发生器的脉冲周 期和脉冲宽度可以调节脉冲占空比。模型中连接多个示波器，用于观察线路中各部分电压 和电流波形，并通过傅立叶分析来检测输出电压的直流分量
9、和谐波。设直流降压变流器电源电压E=200V,输出电压=100V,电阻负载为5Q。设计电感 值。仿真步骤如下：(1) 在模型中设置参数，设置电源E电压为200V，电阻的阻值为5Q，脉冲发生器 脉冲周期T=0.2ms,脉冲宽度为50%, IGBT和二极管的参数可以保持默认值。2)设置*仿真时间为0.02s，算法采用()de15s。启动仿真,仿至波形如下。-图1-3二极管两端电压和电流图1-3所示二极管两端电压（图上部），可也看到，在二极管关断瞬间由于电感di/dt作用使二极管两端出现尖峰。导通期间电感L释放储能，维持负载电流，电流下降（图下部）。直流电源图1-5原理图输出的电压直流分量。由图可知
10、所设参数满足降压要求但是电压的波动很大。修改电感参 数进行多次仿真，可发现增大电感可以减少输出电压的脉动，但电压达到稳定的时间被延 迟。可以采取的措施是提高斩波频率和电容滤波。1.2升压斩波电路直流升压变流器用于需要提升直流电压的场合，其原理图如图1-5所示。在电路中IGBT导通时，电流 由E经升压电感L和V形成回路， 电感L储能；当IGBT关断时，电 感产生的反电动势和直流电源电压 方向相同互相叠加，从而在负载侧 得到高于电源的电压，二极管的作用是阻断IGBT导通是，电容的放电回路。调节开关器件V的通断周期，可以调整负载侧输出电流和电压的大小。负载侧输出电压的平均值为:t + tTU = o
11、noff E = Eottoffoff式中T为V开关周期，t为导通时间，t为关断时间。onott升压斩波电路之所以能使输出电压高于电源电压，关键有两个原因:一是L储能之后具有使 电压泵升的作用，二是电容C可将输出电压保持住。在以上分析中，认为V处于通态期间 因电容C的作用使得输出电压Uo不变，但实际上C值不可能为无穷大，在此阶段其向负载 放电，U。必然会有所下降，故实际输出电压会略低于理论所得结果，不过，在电容C值足 够大时，误差很小，基本可以忽略。2直流升压变流器的电感和电容的值设计，可以通过仿真来确定。已知直流电源200V，要求将电压提升到400V，且输出电压的脉动控制在5%以内，负载的等
12、值电阻为5Q。设计一个直流升压变流器，并选择电感和电容参数值。仿真设计步骤如下：1. 根据直流升压变流器原理图建立变流器的仿真模型如图1-6所示。L 匸 1.口1丁1ITID io d e图1-6升压斩波电路模型2. 在模型中设置仿真参数：（1）设置电源E电压为200V，电阻的阻值为5Q。（2）脉冲发生器脉冲周期T=0.2ms,脉冲宽度为50%。(3) IGBT和二极管的参数可以保持默认值。(4) 初选L的值为0.1ms, C的值为100站。3. 启动仿真设置仿真时间为0.03s,算法采用ode15s。仿真波形如图1-7所示。的计算结果。说明构建的仿真模型的正确性。从仿真结果还可以看出选择的参
13、数基本满足要求，只是输出电压存在波动，如果需要 进一步减少输出电压波动，可以提高脉冲发生器产生脉冲的周期，并选择多组LC参数比较 以得到更满意的结果。1.3 PWM控制芯片SG35251.3.1 SG3525引脚功能及特点简介其原理图如图1-8：ISYref 0-15Vcc O 12 GroundOSC.Output基堆电濾=TVc13(?Ontput ASyncRTCTEi schir ge匚ompenziti onI1IV. irkputMoninv. inputSot_St irt5.0kSVref锁横.91,2,3p-1h-lCll014 _l LOutput B输出怨图1-8SG35
14、25的引脚以及内部框图I. Inv.inpu t（引脚1）：误差放大器反向输入端。在闭环系统中，该引脚接反馈信号。在开 环系统中，该端与补偿信号输入端（引脚9）相连，可构成跟随器。2. Noninv.input （引脚2）：误差放大器同向输入端。在闭环系统和开环系统中，该端接给定 信号。根据需要，在该端与补偿信号输入端（引脚9）之间接入不同类型的反馈网络，可以 构成比例、比例积分和积分等类型的调节器。3.Sync（引脚3）：振荡器外接同步信号输入端。该端接外部同步脉冲信号可实现与外电路同步。4.0SC.0utput （引脚4）:振荡器输出端。5. CT（引脚5）：振荡器定时电容接入端。6. RT （引脚6）：振荡器定时电阻接入端。7. Discharge（引脚7）：振荡器放电端。该端与引脚5之间外接一只放电电阻，构成放电回 路。& Soft-Start （引脚8）：软启动电容接入端。该端通常接一只5的软启动电容。9.Compensation（引脚9）: PWM比较器补偿信号输入端。在该端与引脚2之间接入不同类型 的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型调节器。1O.Shutdown（引脚10）:外部关断信号输入端。该端接高电平时控制器输出被禁止。该端可 与保护电
