1、1 引言高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源已廣泛運(yùn)用于基礎(chǔ)直流電源、交流電源、各種工業(yè)電源，通信電源、通信電源、逆變電源、計(jì)算機(jī)電源等。它能把電網(wǎng)提供的強(qiáng)電和粗電，它是現(xiàn)代電子設(shè)備重要的“心臟供血系統(tǒng)”。buck變換器是開關(guān)電源基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的一種，buck變換器又稱降壓變換器，是一種對(duì)輸入輸出電壓進(jìn)行降壓變換的直流斬波器，即輸出電壓低于輸入電壓，由于其具有優(yōu)越的變壓功能，因此可以直接用于需要直接降壓的地方。2.降壓斬波電路的設(shè)計(jì)目的(1). 通過對(duì)降壓斬波電路（buck chopper）的設(shè)計(jì)，掌握buck chopper電路的工作原理，綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，進(jìn)行buck chopper電路和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。(2

2、). 了解與熟悉buck chopper電路拓?fù)洹⒖刂品椒ā?3). 理解和掌握buck chopper電路及系統(tǒng)的主電路、控制電路和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)方法，掌握元器件的選擇計(jì)算方法。(4). 具有一定的電力電子電路及系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和調(diào)試的能力2. 1降壓斬波電路的設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求(1). 設(shè)計(jì)內(nèi)容: 對(duì)buck chopper電路的主電路和控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，參數(shù)如下：直流電壓e200v，負(fù)載中r10，l值極大,反電動(dòng)式e130v。(2).設(shè)計(jì)要求(a)理論設(shè)計(jì)：了解掌握buck chopper電路的工作原理，設(shè)計(jì)buck chopper電路的主電路和控制電路。包括：igbt電流,電壓額定的選擇，畫出完整

3、的主電路原理圖和控制電路原理圖、列出主電路所用元器件的明細(xì)表。(b).仿真實(shí)驗(yàn):利用matlab仿真軟件對(duì)buck chopper 電路主電路和控制電路進(jìn)行仿真建模設(shè)計(jì)2.2.降壓斬波電路主電路基本原理降壓斬波電路主電路工作原理圖如下：圖1 降壓斬波電路主電路工作原理圖t=0時(shí)刻驅(qū)動(dòng)v導(dǎo)通，電源e向負(fù)載供電，負(fù)載電壓，負(fù)載電流按指數(shù)曲線上升。t=t1時(shí)控制v關(guān)斷，二極管vd續(xù)流，負(fù)載電壓近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。通常串接較大電感l(wèi)使負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小。 當(dāng)電路工作穩(wěn)定時(shí)，負(fù)載電流在一個(gè)周期的初值和終值相等如圖2所負(fù)載電壓的平均值為：式中，為v處于通態(tài)的時(shí)間，為v處于斷態(tài)的時(shí)間；t為開

4、關(guān)周期；為導(dǎo)通占空比，簡(jiǎn)稱占空比或?qū)ū取Ｘ?fù)載電流的平均值為：若負(fù)載中l(wèi)值較小，則在v關(guān)斷后，到了時(shí)刻，負(fù)載電流已衰減至零，會(huì)出現(xiàn)負(fù)載電流斷續(xù)的情況。負(fù)載電壓平均值會(huì)被抬高，一般不希望出現(xiàn)電流斷續(xù)的情況。3.igbt驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)介igbt 是三端器件，具有柵極g，集電極 c和發(fā)射極 e。它是個(gè)場(chǎng)控器件，通斷由柵射極電壓 uge決定。uge 大于開啟電壓uge(th)時(shí)，mosfet內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，igbt 導(dǎo)通。通態(tài)時(shí)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻 r減小，使通態(tài)壓降減小。當(dāng)柵射極間施加反壓或不加信號(hào)時(shí)，mosfet內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，igbt 關(guān)斷。一般igbt的開啟電

5、壓uge（th）在 25度時(shí)為26v左右，而實(shí)際一般驅(qū)動(dòng)電壓取1520v，且關(guān)斷時(shí)施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓，有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。在柵極串入一只低值電阻有利于減小寄生振蕩，該電阻值應(yīng)隨被驅(qū)動(dòng)器件電流定額值的增大而減小。 4 .元件參數(shù)選擇有題目知p=400w，u=100v，a=0.8，所以負(fù)載電阻r=16，有頻率f=5khz，所以t=1/f=0.0002s，由于反電動(dòng)勢(shì)e=0所以m=em/e=0igbt的選擇：因?yàn)楸倦娐吩O(shè)計(jì)的e=100v,因此根據(jù)p=400w，u=100v，由于晶閘管安全域量可知所選igbt的額定電壓與額定電流分別為200-300v、7.5a-10a。柵極串聯(lián)電阻rg

6、的阻值：根據(jù)igbt的選擇，由可知知r的值為16。其他元器件的選擇標(biāo)準(zhǔn)如下：二極管額定電壓100v，電感l(wèi)=100ml，電流有式中，i10=4.98a和i20=5.02a分別是負(fù)載電流瞬時(shí)值的最小值和最大值有公式 判斷得電流連續(xù)。 輸出電壓平均值為得u0=80v負(fù)載電流平均值為 得i0=5.0a5、matlab仿真 matlab仿真簡(jiǎn)介 matlab 是美國(guó)mathworks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境，主要包括matlab和simulink兩大部分。matlab的優(yōu)勢(shì)如下：（1） 友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境；（2）簡(jiǎn)單易用的

7、程序語言；（3） 強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力；（4） 出色的圖形處理功能；（5） 應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱；（6） 實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺(tái)；（7） 應(yīng)用軟件開發(fā)（包括用戶界面）。5.1 主電路的仿真1.按原理圖在matlab中搭建模塊，搭建好的模型圖如下：圖19 仿真模型圖2調(diào)試與結(jié)果設(shè)定占空比為80%,得出輸出電流和電壓及其波形如下所示：輸出電流i0波形圖輸出電壓u0波形圖6.結(jié)論分析有電壓電流波形圖知在電流在電壓為e期間上升，在電壓為零期間下降，周期t=1/f=0.0002s，高電平導(dǎo)通時(shí)ton=at=0.8t=0.00016s,u0=100v，低電平導(dǎo)通時(shí)間toff=0.00004s

8、,u0=0v且電壓電流幅值范圍分別為，i=4.98a5.02a，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論一致。7.心得體會(huì)做課程設(shè)計(jì)我們都感覺入手比較困難，因?yàn)樗紫纫竽銓?duì)所學(xué)的知識(shí)都要弄懂，并且能將其聯(lián)系貫穿起來，因此課程設(shè)計(jì)是綜合性比較強(qiáng)的。這次的電力電子課程設(shè)計(jì)是我做的最辛苦的一次，主要的原因是這次試驗(yàn)要求我們學(xué)習(xí)兩個(gè)從來就沒有接觸過的軟件。而且時(shí)間還是有那么緊。首先把設(shè)計(jì)任務(wù)搞清，接下來就是找相關(guān)資料，可以通過上圖書館和上網(wǎng)，然后對(duì)資料進(jìn)行整理。找資料說起來好像很簡(jiǎn)單，但真正做起來是需要耐心的，不是你所找的就一定是有用的，要進(jìn)行篩選甄別，所以這個(gè)過程中是要花費(fèi)一些時(shí)間的，但這其中也拓展了你的知識(shí)面。書上原理性的東西與真正的動(dòng)手操作還是有很大的區(qū)別的，要考慮很多因素，比如說，參數(shù)的選取和設(shè)定，這些對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果是有很大的影響的。 通過重溫教材知識(shí)和翻閱相應(yīng)的資料，當(dāng)然還有一部分要?dú)w功于我的同學(xué)的幫助。通過這次課程設(shè)計(jì)我們掌握了一定的文檔的編排格式，這對(duì)于以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)及工作需要都有很大的幫助，在完成課程設(shè)計(jì)的同時(shí)我們也再復(fù)習(xí)了一遍電力電子這門課程，對(duì)于以前一知半解的問題有了更深刻的認(rèn)識(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)，使我明白了自身的不足，還有就是學(xué)習(xí)上存在的以應(yīng)試為目的的陋習(xí)，自己真正學(xué)到的知識(shí)還是相當(dāng)有限的，而且都是很死板的知識(shí)，并沒有做到活學(xué)活用。而且，在專業(yè)軟件學(xué)習(xí)方面還要有很大的提