降压斩波电路

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1、摘要直流斩波电路是将直流电变成另一种固定电压或可调电压的DC-DC变换器,如果改变开关的动作频率，或改变直流电流接通和断开的时间比例，就可以改变加到负载上的电压、电流平均值。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MOSFET在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波等领域得到

2、了广泛的应用。关键词：BuckChopperMOSFETSimulink高频开关目录1降压斩波电路主电路基本原理12MOSFET基本性能简介52.1电力MOSFET的结构和工作原理52.1.1电力MOSFET的结构52.1.2功率MOSFET的工作原理62.2功率MOSFET的基本特性62.2.1静态特性62.2.2动态特性72.3电力MOSFET的主要参数83电力MOSFET驱动电路93.1MOSFET的栅极驱动93.2MOSFET驱动电路介绍及分析93.2.1不隔离的互补驱动电路93.2.2隔离的驱动电路103.2.3驱

3、动电路的设计方案比较134保护电路设计154.1主电路的保护电路设计154.2MOSFET的保护设计155仿真结果17心得体会23参考文献24武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书1降压斩波电路主电路基本原理高频开关稳压电源已广泛运用于基础直流电源、交流电源、各种工业电源，通信电源、通信电源、逆变电源、计算机电源等。它能把电网提供的强电和粗电，它是现代电子设备重要的“心脏供血系统”。BUCK变换器是开关电源基本拓扑结构中的一种，BUCK变换器又称降压变换器，是一种对输入输出电压进行降压变换的直流斩波器，即输出电压低于输入

4、电压，由于其具有优越的变压功能，因此可以直接用于需要直接降压的地方。降压斩波电路主电路原理图如图1所示。图1降压斩波电路主电路原理图t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压u0=E，负载电流i0按指数曲线上升。t=t1时控制V关断，二极管VD续流，负载电压u0近似为零，负载电流i0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。至一个周期T结束，再驱动V导通，重复上一周期过程。当电路工作稳定时，负载电流在一个周期的初值和终值相等，如图2所示。24武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书图2电流连续时的工作

5、波形负载电压的平均值为：U0=tonton+toffE=tonTE=αE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；α为导通占空比，简称占空比或导通比。输出到负载的电压平均值U0最大为E，减小占空比α，U0随之减小。负载电流的平均值为：I0=U0-EmR若负载中L值较小，则在V关断后，到了t2时刻，如图3所示，负载电流已衰减至零，会出现负载电流断续的情况。图3电流断续时的工作波形24武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书由波形可见，负载电压U0平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。根

6、据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波器的可有三种控制方式：（1）脉冲宽度调制（PWM）：保持开关周期T不变，调节开关导通时间ton。（2）频率调制：保持开关导通时间ton不变，改变开关周期T。（3）混合型：ton和T都可调，使占空比改变。对降压斩波电路进行解析:基于分时段线性电路这一思想，按V处于通态和处于断态两个过程来分析，初始条件分电流连续和断续。电流连续时得出I10=et1/τ-1eT/τ-1ER-EmR=(eαρ-1eρ-1-m)ERI20=1-e-t1/τ1-e-T/τER-EmR=(1-e-αρ1-e-ρ-

7、m)ER式中τ=LR,ρ=Tτ,m=EmE,t1τ=t1T*Tτ=αρI10和I20分别是负载电流瞬时值的最小值和最大值。把上述式子用泰勒级数近似，可得I10≈I20≈(α-m)ER=I0平波电抗器L为无穷大，此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。所示的关系还可从能量传递关系简单地推得，一个周期中，忽略电路中的损耗，则电源提供的能量与负载消耗的能量相等，即EI0ton=RI02T+EmI0T则I0=αE-EmR假设电源电流平均值为I1，则有I1=tonTI0=αI024武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书其值小于等于

8、负载电流Io，由上式得EI1=αEI0=U0I0即输出功率等于输入功率，可将降压斩波器看作直流降压变压器。电流断续时有I10=0，且t=ton+tx时，I2=0，可以得出tx=τln⁡[1-(1-m)e-αρm]当tx