电气工程学院2011级电力电子与电力传动实训报告项目名称：直流降压斩波电压源(110v/500w) 项目负责人：伍翔20111650项目成员：吴兵彭开晟负责老师：郭育华卢国涛指导老师：***2014年 12月 31项目成绩：评阅人：指导老师：年月日项目负责人：姓名伍翔学号******** 项目成员：姓名吴兵学号********项目成员：姓名彭开晟学号********摘要本项目完成了110V/534W直流降压（Buck电路）斩波实验中电压的开环和闭环控制实验。

实验项目初始阶段主要进行Buck降压电路方案的理论研究以及电路初始设计。

接着利用Matlab/Simulink仿真软件进行仿真，通过对电路参数多次的调整和修正，最后得到符合要求的仿真波形。

完成仿真设计后经预约进入实验室，对电路设计进行实物验证。

在实验台进行电路实物连接，并不断调试，最终得到电压开环和闭环控制较为稳定的输出。

最后测量所需的实验数据，并记录相应的实验波形。

关键字： Buck电路开环闭环目录１、项目技术目标 (1)1.1指标 (1)２、项目的主电路设计 (1)２.１方案确定 (1)２.２主电路设计方案 (2)２.３工作原理 (3)２.4参数选择 (4)３、项目的控制电路设计 (6)３.１控制电路方案 (6)３.２控制电路工作原理 (10)４、系统仿真 (10)4.1 开环控制 (10)４.２闭环控制 (12)5、实验分析 (13)5.１实验平台介绍 (13)5.1.1系统参数 (14)5.1.2系统构成 (15)5.2斩波控制箱接线 (16)5.3开环实验 (19)5.4闭环实验 (20)6实验总结体会 (22)２１、项目技术目标本项目为降压型斩波实验，实验目标为将输入电压源降压后输出，并稳定输出电压，负载大小变化和输入电压产生较大波动时，依旧能够保持负载两端的电压稳定。

采用电压反馈控制模式实现稳压。

1.1指标系统的输入输出参数目标：输入电压：DC200V，电压波动±15%输出电压：DC110V ,输出功率：1kW恒压精度：优于5%电压调整率：优于5%负载整率：优于5%２、项目的主电路设计２.１方案确定电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路、驱动电路、保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。

由信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或者关断来完成整个系统的功能，当控制电路所产生的控制信号能够足以驱动电力电子开关时就无需驱动电路。

根据降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动及保护电路，设计出降压斩波电路的结构框图如图2-1所示。

1图2.1 Buck斩波电路结构框图在图1结构框图中，控制电路是用来产生降压斩波电路的控制信号，控制电路产生的控制信号传到驱动电路，驱动电路把控制信号转换为加在开关控制端，可以使其开通或关断的信号。

通过控制开关的开通和关断来控制降压斩波电路的主电路工作。

控制电路中的保护电路是用来保护电路的，防止电路产生过电流现象损害电路设备。

２.２主电路设计方案根据所选课题设计要求设计一个降压斩波电路，可运用IGBT开关来控制电路的通断即改变占空比，从而获得我们所想要的电压。

这就可以根据所学的Buck降压电路作为主电路，这个方案是较为简单的方案，直接进行直直变换简化了电路结构。

Buck降压电路如图2-2所示：R图2.2 Buck降压电路23２.３工作原理直流降压斩波主电路使用一个全控器件IGBT 控制导通。

用控制电路和驱动电路来控制IGBT 的通断，当t=0时，驱动IGBT 导通，电源E 向负载供电，负载电压，电感电流I 上升。

电路工作时波形图如图2-3所示：i G i图2.3 Buck 降压电路波形图工作状态1（0～t 1时段）：开关S 处于t 0时刻接通，并保持通态到t 1时刻，在这一阶段，电感点段的电压U L =U i -U o ，由于U i >U o ，故电感L 的电流不断增长。

二极管处于断态。

工作状态2（t 1～t 2时段）：开关S 于t 1时刻断开，二极管D 导通，电感两端的电压U L =-U o ，电感通过D 徐留，电感电流不断减小。

直到t 2时刻开关S 再次接通，下一个开关周期开始。

根据上面的分析可得出电感两端的电压平均值为()Soffo on o i L T t U t U U U --=(2-1)0u E =4式中，U L 为电感两端的电压在一个开关周期内的平均值；TS 为开关周期，T S =t on +t off ；t on 为开关处于通态的时间。

根据稳态条件下电感两端电压在一个开关周期内平均值为零的基本原理，在电感电流连续的条件下，可以推导出降压型直直变换器电路的输出、输入电压比与开关通、断时间比间的关系。

令()Soffo on o i L T t U t U U U --==0有D T t U U Soni o == （2-2） 式中，D 为占空比，定义为开关到同时间与开关周期的比，即D=t on /T S 。

由于10≤≤D ，因此，降压型电路的输出电压不可能高于其输入电压，且与输入电压极性相同。

２.4参数选择考虑到实验安全性的原则加上现已有实验设备各元件参数，结合电路需要进行各元件参数选择。

2.4.1电源电压源：200V 2.4.2开关5电子开关：选用已有的绝缘栅双极型晶体管（IGBT ）作为开关。

因IGBT 综合了双极性GTR 导通压降低、阻断电压高、电流容量大以及单极性PMOSFET 驱动功率小、开关频率高、热稳定好的优点，目前已广泛应用于500kw 以下的中等功率变换器，如逆变器、高频整流器、直流稳压电源以及UPS 系统中。

IGBT 的单管容量可达400A-600A/1200V-1800V ，开关频率可达20KHz ，通态压降可降至1.5V 。

大容量、高频化是IGBT 发展的主要方向本次实验取T s =1KHz 2.4.3二极管其承受最大反压200V ，其承受最大电流趋近于10A ，考虑2倍裕量，故需选择V U N 400≥，A I N 20≥的二极管。

这里取选用快速恢复二极管。

2.4.4电感根据电感电流连续时电感量临界值条件L c =(1−D )R 2T S =(1−110200)×25⁄2×11000=5.6mh经过闭环电路的调试L 取6mh 可以基本达到要求2.4.5电容由于本次实验要求电压波动±15% ，根据电压波动公式 2()/8Uc Uo Ud Uo LCf Ud ∆=⋅-6得LC ≥2.6uFH 经过调试取L=510uf 2.4.6负载因为当输出电压为110V 左右时，假设输出2-5A 由可得负载电阻阻值22-55欧姆之间，取实验室最小负载25Ω 2.4.7 限幅额度上阈值1V ，下阈值0V 。

2.4.8 三角波频率 频率取值为1kHz３、 项目的控制电路设计３.１控制电路方案控制电路需要实现的功能是产生控制信号，用于控制斩波电路中主功率器件的通断，通过对占空比的调节达到控制输出电压大小的目的。

斩波电路有三种控制方式：1.保持开关周期T 不变，调节开关导通时间，称为脉冲宽度调制；on t 0oU R I2.保持导通时间不变，改变开关周期T，成为频率调制或调频型；3.导通时间和周期T都可调，是占空比改变，称为混合型。

因为斩波电路有这三种控制方式，又因为PWM控制技术应用最为广泛，所以采用PWM控制方式来控制IGBT的通断。

PWM控制就是对脉冲宽度进行调制的技术。

这种电路把直流电压“斩”成一系列脉冲，改变脉冲的占空比来获得所需的输出电压。

改变脉冲的占空比就是对脉冲宽度进行调制，只是因为输入电压和所需要的输出电压都是直流电压，因此脉冲既是等幅的，也是等宽的，仅仅是对脉冲的占空比进行控制。

对于控制电路的设计其实可以有很多种方法，可以通过一些数字运算芯片如单片机、CPLD等等来输出PWM波，也可以通过特定的PWM发生芯片来控制。

因要求输出电压连续可调，所以我选用一般的PWM发生芯片来进行连续控制。

对于PWM发生芯片，我们选用了SG3525芯片，其引脚图如图3.1所示，它是一款专用的PWM控制集成电路芯片，它采用恒频调宽控制方案，内部包括精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。

7图3.1 SG3525引脚图其SG3525的11和14脚输出两个等幅、等频、相位互补、占空比可调的PWM信号。

脚6、脚7 内有一个双门限比较器，内设电容充放电电路，加上外接的电阻电容电路共同构成SG3525 的振荡器。

振荡器还设有外同步输入端(脚3)。

脚1 及脚2 分别为芯片内部误差放大器的反相输入端、同相输入端。

该放大器是一个两级差分放大器。

根据系统的动态、静态特性要求，在误差放大器的输出脚9和脚1之间一般要添加适当的反馈补偿网络，另外当10脚的电压为高电平时，11和14脚的电压变为10输出。

SG3525有过流保护的功能，可以通过改变10脚电压的高低来控制脉冲波的输出。

因此可以将驱动电路输出的过流保护电流信号经一电阻作用，转换成电压信号来进行过流保护，同理也可以用10端进行过压保护。

当驱动电路检测到过流时发出电流信号，由于电阻的作用将10脚的电位抬高，从而11、14脚输出低电平，而当其没有过流时，10脚一直处于低电平，从而正常的输出PWM波。

89SG3525还有稳压作用。

1端接芯片内置电源，2端接负载输出电压，通过1端的变位器得到它的一个基准电位，从而当负载电位发生变化时能够通过1、2所接的误差放大器来控制输出脉宽的占空比，若负载电位升高则输出脉宽占空比减小，使得输出电压减小从而稳定了输出电压，反之则然。

调节变位器使得1端得到不同的基准电位，控制输出脉宽的占空比。

由于SG3525的振荡频率可表示为 ：)37.0(1d t t R R C f += 式中:t C , t R 分别是与脚5、脚6相连的振荡器的电容和电阻；d R 是与脚7相连的放电端电阻值。

需要频率为1kHz ，所以由上式可取t C =0.4μF, t R = Ωk 1,d R =Ω600。

可得f=1kHz图3.2 控制电路３.２控制电路工作原理预设电压与通过电压传感器传回负载两端的电压U o做比较，差值通过PI调节后进行限幅，送入比较器与方波进行比较。

从比较器输出比较结果的PWM波（A处）送入IGBT驱动电路，驱动IGBT导通关断。

当负载两端的电压高于预设电压时，得到一个负电压，经过PI调节与限幅后，比较器讲之与方波做比较，得到一个周期不变，占空比减小的PWM信号。

根据公式2-2，可知，U o将降低。

当负载两端的电压低于预设电压时，得到一个正电压，经过PI调节与限幅后，比较器讲之与方波做比较，得到一个周期不变，占空比变大的PWM信号。