用MATLAB进行直流降压斩波电路仿真专业：自动化班级：09自动化姓名：学号：0937036指导老师：傅思瑶实验日期：2012-07-28用MATLAB进行直流降压斩波电路仿真1实验目的设计一个直流降压斩波电路，并用 MATLAB仿真软件进行检验。2实验要求（1 ）将24V直流电压降压输出并且平均电压可调，范围为 0-24V。（2）利用Simulink对降压斩波电路和升降压斩波的仿真结果进行详细分析，与采用常规电路分析方法所得到的输出电压波形进行比较，进一步验证了仿真结果的正确性。3实验原理（1）降压斩波电路原理降压斩波电路的原理图以及工作波形如图 1.1所示。该电路使用一个全控型 器件V，图中为IGBT。为在V关断时给负载中电感电流提供通道，设置了续流 二极管VD。斩波电路主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带 蓄电池负载等。图1.1降压斩波电路原理图如图1.2中V的栅极电压uge波形所示，在t=0时刻驱动V导通，电源E 向负载供电，负载电压Uo=E，负载电流io按指数上升。当t=t 1时刻，控制V关断，负载电流经二极管 VD续流，负载电压uo近似 为零负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小，通常是串联的电 感L值较大。至一个周期T结束，在驱动V导通，重复上一周期的过程。当工作处于稳 态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等，如图1.2所示。负载电压平均值为Uo 乞 e &E E式 1.1t on t offT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； 为导通占空比。由式1.1可知，输出到负载的电压平均值 Uo最大为E,减小占空比 ，Uo 随之减小。因此将该电路称为降压斩波电路。也称buck变换器。负载电流平均值为Uo Em图1.2降压斩波电路的工作波形(2)设计降压斩波电路1 ) IGBT驱动电路的设计IGBT的驱动是矩形波，所以我选择了由比较器 LM358产生矩形波输L 2杓2() 杓卜 2( I )图2.1 LM358的引脚图LM358简介：LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运 算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式， 在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、 直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。图2.2比较器产生方波电路图其中2、3 口是输入口 4、6接直流电源电压1为输出口（3）电路各元件的参数设定及元件型号选择1）各元件的参数设定1. IGBT的参数设定图3.1 IGBT的简化等效电路以及电气图形符号图3.2降压斩波电路电路图图3.3降压斩波总电路图由图3.2所示此次设计的电源电压为220V ,当二极管VD导通时V的C和E两端承受的电压为电源电压，因此 U ce=220V图3.4 IGBT的转移特性和输出特性1 C，其值下降5mV左右。UGE（th）随温度的升高略有下降，温度每升高在+25 C时，UGE（th）的值一般为2-6V参考电力电子技术课本可得：I min(兰T/eEm1) R Rm) R式3.11 maxt1 /(冶E EmR Rm) ER式3.2式中,T/ ；m Em/E ;ti/ti若取R为10，则:I max 220 / R22A2. 续流二极管VD的参数设定VD所承受的最大反向电压是当IGBT导通是的电源电压100V。所承受 的 最大电流是当IGBT关断瞬间电感L作用在VD上的电流，此电流为Imax 22A。3. 电感的参数设定由于电感L要尽量大一些否则会出现负载电流断续的情况，所以选择L的值为1 mH。2）元件型号选择考虑其安全裕度则IGBT的额定电压可以为2-3倍峰值电压，所以额定电压 可为440 V -660 V .额定电流33 A-44 A，二极管VD与其类似，VD的最大反向 电压为220 V。选择IGBT的型号为IRG4PC40U其额定电压为600 V，额定电流为40 A。选择续流二极管的型号为 HFA25TB60，其而定电压为600 V，额定电流为25 A。图4.2=0.2时的仿真结果4系统仿真及结论1 )仿真电路及其仿真结果1仿真电路图图4.1降压斩波的MATLAB 电路的模型2 ) MATLAB的.仿真结果如下:图4.3=0.4时的仿真结果图4.4=0.6时的仿真结果图4.5=0.8时的仿真结果图4.6=0.99时的仿真结果3)仿真结果分析由公式UotonE tEE可得：ton tffT当0.2时，U=44V=0.4 时，U o =88 V。=0.6 时，U O =132 V。=0.8 时，U O =176 V。=0.99 时，U O=217.8。上面的数据与理论值相同，由于使用的是仿真软件所以没有误差。5心得体会经过不懈的努力我终于顺利的完成了此次直流降压斩波电路的仿真，其中遇到了许多的问题和困难但是也学到了很多的知识。遇到的问题和困难： 由于事先理论知识预习的不够充分，所以很多计算问题困难重重，再次 花费大量时间去研究，造成实验进度大大减速，效率降低。(2)选取实验元器件时，由于缺乏实际操作经验，常常出现用错元器件，造 成实验数据误差很大，重复实验多次。(3) 在用MATLAB软件仿真是遇到了许多操作上的问题，致使仿真花费的很 多时间才达到有效效果。学到的知识：(1) 通过这次课程设计我夯实了电力电子的基础知识。(2) 对直流斩波有了更深层次的理解。 对MATLAB软件和电路原理图的设计有了初步了解