1、 自动化学院课程设计报告自动化学院课程设计报告 题目：直流斩波控制电路题目：直流斩波控制电路 学生姓名学生姓名 学号学号 届届 班级班级 指导教师指导教师 专业专业电气工程及其自动化电气工程及其自动化 2 目录 1.设计概要4 2.设计原理分析 2.1 直流-直流降压斩波器原理分析4 2.2 全桥式直流斩波器分析.5 2.3 PWM 工作原理分析.6 方案一 用 MATLAB 中 SIMULINK 实现 3.1MATLAB 及 SIMULINK 简介.7 3.2 直流-直流降压斩波器仿真 3.2.1 仿真实现电路.8 3.2.2 占空比为 20%相关输出波形10 3.2.3 占空比为 50%相
2、关输出波形11 3,.3.4 占空比为 80%相关输出波形.11 3.3 全桥式直流斩波器仿 3.3.1 仿真实现电路12 3.3.2 占空比为 20%相关输出波形. 13 3.3.3 占空比为 60%相关输出波形. 14 3.3.4 占空比为 80%相关输出波形15 方案二 通过实际电力电子原器件实现 1. 相关器件介绍 1.1 TL494 介绍16 1.2 IRF3205 介绍18 2. 实现电路图 2.1 直流-直流降压斩波器实现电路图.18 2.2 全桥直流斩波器实现电路图.19 3. 实验结果析20 思考题.20 3 设计概要 直流-直流变换器也称为斩波器，利用电力电子器件的通断控制
3、，将一个固 定电压的直流电变为另一固定的或可调电压的直流电， 通过改变通断时间比来改 变输出电压平均值。直流-直流变换器被广泛地应用在直流开关电源和直流电机 拖动系统中。 直流-直流变换器主要有以下 5 种基本形式： 降压直流-直流变换器 升压直流-直流变换器 降压-升压直流-直流变换器 库克直流-直流变换器 全桥式直流-直流变换器 在本次课程设计中， 主要对降压直流-直流斩波器和全桥式直流-直流斩波器 进行了研究和阐述。通过两种不 SIMULINK 同的方法对以上两种电路进行了总结 和分析。第一种是在 MATLAB 里用来实现仿真研究，第二种是采用电力电子原器 件 TL494 及 IRF32
4、05 等器件来实现斩波控制来进行分析。 设计原理分析 2.1 直流-直流降压斩波器工作原理 降压斩波器也称为 Buck 变换器，正如名字所定义的，降压变换器的输出电 压 Uo 低于输入电压 Ud 降压变换器电路主要由电感和电容构成低通滤波器， 二极 管 VD 提供续流通道。 电路工作过程：在开关管 VT 导通期间，uD 等于直流输入电压 Ud，二极管 VD 反偏，输入电源经电感与电容和负载形成回路，提供能量给电感和负载，同 时给电容充电，电感电流增大。当开关管关断时电感的自感电势使二极管导通， 电感中储存的能量经二极管续流给负载，电感电流减少。 如果输出端的虑波电容足够大，则输出电压近似保持不
5、变，即 uo=Uo.在稳态情 况下， 因为电容电流平均值为0.所以电感电流平均值IL等于输出电流平均值Io。 图（一）直流降压斩波工作原理图 4 2.2 全桥式直流斩波器工作原理 全 桥 式 直 流 - 直 流 斩 波 器 的 电 路 图 如 下 图 所 示 ： 图（二）全桥式直流-直流变换器电路 在全桥式直流-直流斩波器中，斩波器的输入是直流电压 Ud,输出电压 Uo 是 极性可变，幅值可控的直流电，输出电流 Io 的幅值和方向也是可变的。因此， 全桥式直流-直流斩波器可以在 io-uo 平面的 4 个象限内运行。 全桥式斩波器有 4 个桥臂， 每个桥臂由一个开关管及与他反并联的二极管组 成
6、。上，下桥臂的两个开关管不能同时处于导通状态，否则就会造成直流短路。 在实际情况中， 由于开关管有一定的关断时间， 因此它们在一个短时间内都断开， 改时间称为桥臂互锁时间。 全桥式斩波器的脉宽调制时用三角波和控制电压 uco 比较产生 PWM 的， 有两 种 PWM 控制方式： 双极性 PWM 控制方式。在该控制方式下，图中(VT1，VT4)和(VT3，VT2) 被当做两对开关管，没对都是同时导通或关断。 双极性 PWM 工作时的波形如下图所示： 5 图（三）双极性 PWM 方式时的工作波形 单极性 PWM 控制模式。在该模式下，每个桥臂的开关管是单独控制的。 2.3 PWM 工作原理 直流-直流变换器在实际应用中，通常采用 PWM 来进行控制。在实际中我们 会遇到以下两个问题： 实际的负载，多类似电机这样的，多为感性负载，即使是阻性负载，也总 有线路电感，电感电流不能突变，因此，采用图(四）a 的开关管关断时可能由 于电感上的感应电压毁坏开关管。 6 图（四）脉宽调制原理图 图（四）a 电路
