1、目錄摘要- 2 -設計目的- 2 -設計原理- 2 -一、降壓斬波電路- 2 -二、升壓斬波電路- 3 -三、升降壓斬波電路- 3 -設計過程- 3 -一、仿真原理圖- 3 -二、仿真設計的詳細過程- 3 -結果- 3 -總結- 3 -心得體會- 3 -參考文獻- 3 - 摘要直流斬波電路的種類很多，包括6種基本斬波電路：降壓斬波電路，升壓斬波電路，升降壓斬波電路，Cuk斬波電路，Sepic斬波電路，Zeta斬波電路，前兩種是最基本電路。直流斬波電路的功能是將直流電變為另一固定電壓或可調電壓的直流電，也稱為直接直流直流變換器。本文先分析了降壓斬波電路，升壓斬波電路，升降壓斬波電路的工作原理，又

2、用Matlab對升壓-降壓變換器進行了仿真建模，最后對仿真結果進行了分析總結。應用Matlab的可視化仿真工具Simulink建立了電路的仿真模型，在此基礎上對升降壓斬波BoostBuck電路進行了較詳細的仿真分析。設計目的本次設計的預期目的如下：1、理解直流斬波電路中的降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路的工作原理，熟悉其原理圖及工作時的波形圖，掌握著兩種電路的輸入輸出關系、電路解析方法、工作特點，并在理解的基礎上會對直流斬波電路進行分析計算，加深對直流斬波電路的掌握及應用。2、熟練運用Matlab的可視化仿真工具Simulink建立電路的仿真模型，在此基礎上對升降壓斬波BoostBu

3、ck電路進行仿真分析，認真做好每個步驟。以提高設計建模的能力及加強對Matlab/Simulink軟件的熟練程度。3、認真分析總結仿真結果，將仿真波形與常規分析方法得到的結果進行比較，對結果進行比較分析，體會Matlab軟件在電力電子技術學習和研究中的使用價值。設計原理一、降壓斬波電路降壓斬波（BUCK）電路的拓撲結構圖如1-1 所示。 圖中實線部分表示開關器件導通時的回路，虛線部分表示器件關斷時的續流回路。1、t=to時s閉合，電源ui向負載供電，負載電壓uo=ui。 2、t=t1時s斷開，二極管D續流，負載電流下降。通常串接較大電感L使負載電流連續且脈動小。3、t=t2時刻，s再次閉合，重

4、復上述過程。 由電感器件的伏秒平衡原理，可以得出在電流連續和斷續兩種情況下，BUCK 斬波電路的輸出電壓。電感電流連續時，有 化簡可得：電感電流斷續時，有化簡可得：由此可以看出，電感電流斷續情況下的輸出電壓更高。 二、升壓斬波電路升壓斬波（BOOST）電路的拓撲結構如圖2-1 所示。在圖2-1 中，實線部分表示開關器件導通時的回路，虛線部分表示開關器件關斷時的回路1、假設L和C值很大。2、s閉合時，電源ui向電感L充電，電容C向負載R供電3、s斷開時，電源ui和電感L同時向電容C充電，并向負載提供能量 由電感器件的伏秒平衡原理，可以得出在電流連續和斷續兩種情況下，BUCK 斬波電路的輸出電壓。

5、 電感電流連續時，有 化簡可得 ：電感電流斷續時，有： 化簡可得： 由此可以看出，電感電流斷續情況下的輸出電壓更高三、升降壓斬波電路升降壓斬波電路的拓撲結構如圖3-1 所示。實線部分表示開關器件導通時的回路，虛線部分表示開關器件關斷時的回路1、s閉合時，電源ui向L供電使其貯能，C維持輸出電壓恒定并向負載R供電。2、s斷開時，L的能量向負載釋放，負載電壓極性為上負下正，與電源電壓極性相反，該電路也稱作反極性斬波電路。由伏秒平衡原理可得電感電流連續和斷續的輸出電壓，且其極性與輸入相反。 電感電流連續時，有 化簡可得 電感電流斷續時，有 化簡可得由此可以看出，電感電流斷續時，BUCK-BOOST

6、斬波電路的輸出電壓也增大。 設計過程一、仿真原理圖仿真參照的原理圖如下：圖（1） 仿真原理圖上圖將開關s替換成IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極性晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件, 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優點。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅動電流較大；MOSFET驅動功率很小，開關速度快，但導通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器性的優點，驅動功率小而飽和壓降低。非常適合應用于直流電壓為600V及以上的變流系統如交流電機、

7、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。故使用IGBT可以在很大程度上優化設計，減少誤差，利于仿真結果的分析。二、仿真設計的詳細過程根據升降壓斬波電路原理圖，建立升壓-降壓式變換器仿真模型，如圖（2）所示：圖（2）仿真圖由IGBT構成直流降壓斬波電路(Buck Chop-per)的建模和參數設置：（1）電壓源參數取Uo=100V； （2）IGBT按默認參數設置，（3）二極管按默認參數設置；（4）負載參數取R50 ，C3e06 F；（5）電感支路L95e-5H（6）打開仿真參數窗口，選擇ode23tb算法，相對誤差設置為1e-03，開始仿真時間設置為0，停止仿真時間設置為0.002 s；（7

8、）控制脈沖周期設置為1e-04s,控制脈沖占空比分別設為50、33.3%、75%。結果參數設置完畢后，啟動仿真，得到如下仿真結果。其中，Ic為IGBT電流，Id為二級管電流，I1為電感電流，V為負載電壓，Mean為負載電壓平均值。1、脈沖發生器中的脈沖寬度設置為脈寬的50%，仿真結果如圖（3）所示圖（3）脈沖為50%時仿真結果從圖上直觀的看出，負載上平均電壓為100 V，波形為有少許波紋的直流電壓；理論計算：仿真結果與升降壓斬波理論分析吻合2、脈沖發生器中的脈沖寬度設置為脈寬的33.3%，仿真結果如圖（4）所示圖（4）脈沖為33.3%時仿真結果負載上平均電壓為50V，波形為有少許波紋的直流電壓

9、；理論計算：仿真結果與升降壓斬波理論分析吻合。3、脈沖發生器中的脈沖寬度設置為脈寬的75%，仿真結果如圖（5）所示圖（5）脈沖為75%時仿真結果負載上平均電壓為300 V，波形為有少許波紋的直流電壓；理論計算：仿真結果與升降壓斬波理論分析吻合總結通過仿真結果可以直觀的看到，在忽略誤差的情況下，仿真結果與升降壓斬波電路的理論分析吻合。通過以上的仿真過程分析，還可以得到下列結論：直流斬波電路可將直流電壓變換成固定的或可調的直流電壓，控制電路需要實現的功能是產生PWM信號，通過對占空比的調節起到控制輸出電壓大小的目的，此外，控制電路還完成一定的保護功能。使用直流斬波技術，不僅可以實現調壓的功能，而且

10、還可以達到改善網側諧波和提高功率因數的目的。直流斬波技術主要應用于已具有直流電源需要調節直流電壓的場合。升降壓斬波電路（Boost- Buck Chopper）能夠方便的調節輸出電壓，由于輸出電壓為： ；若改變導通比，則輸出電壓既可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當0<<1/2時為降壓，當1/2<<1時為升壓，輕松實現直流變換中的升壓和降壓作用，工業生產應用廣泛。利用Simulink對降壓斬波電路和升降壓斬波的仿真結果進行了詳細分析，與采用常規電路分析方法所得到的輸出電壓波形進行比較，進一步驗證了仿真結果的正確性。采用Matlab/Simulink對直流斬波電路進行

11、仿真分析，避免了常規分析方法中繁瑣的繪圖和計算過程，得到了一種較為直觀、快捷分析斬波電路的新方法。同時其建模方法也適用于其他斬波電路的方針，只需對電路結構稍作改變即可實現，因此實用性較強。應用Matlab/Simulink進行仿真，在仿真過程中可以靈活改變仿真參數，并且能直觀的觀察到仿真結果隨參數的變化情況，方便學習與研究。心得體會本次設計中我首先查閱了相關書籍、資料，對直流斬波電路有了大致的掌握，接著學習了直流斬波電路的基本類型，包括降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路等，理解了其工作原理，熟悉其原理圖及工作時的波形圖，掌握了這幾種電路的輸入輸出關系、電路解析方法、工作特點，并在理解的

12、基礎上能對直流斬波電路進行分析計算，加深了對直流斬波電路的掌握及應用。通過使用Matlab的可視化仿真工具Simulink對升降壓斬波BoostBuck電路建立仿真模型，我更加熟悉了仿真庫里的原器件，增強了畫圖能力，使用示波器，可以在運行方針時簡明地觀察到仿真結果，還可將多個結果放在一起以便對比，使我體會到了Matlab的可視化仿真工具Simulink的功能的齊全及使用的便捷。同時在仿真建模的基礎上對升降壓斬波BoostBuck電路進行了詳細的仿真分析，將仿真波形與常規分析方法得到的結果進行比較，提高了我設計建模的能力、分析總結能力及加強了對Matlab/Simulink軟件的熟練程度。總之，通過這次基于MATLAB的升壓-降壓式變換器的仿真的設計，我無論在理論分析上還是在建模仿真上都是受益頗多，體會到了Matlab軟件在電力電子技術學習和研究中的應用價值，同時它也是能讓我們將理論與實踐相結合、將所學知識系統化聯系在一起的很好的工具，經過仿真能使所學的概念理解的更清晰、知識掌握的更牢固因為之前并非本專業的學生，加上時間倉促個人經驗知識水平有限，所以很多地方還是一知半解，整個仿真