升压斩波与降压斩波电路

E VD L R V Em 基于matlab/simulink 的

降压与升压斩波电路的模拟与仿真

班级:电牵(2)班 姓名:刘彬 学号:29

摘要:本文在对升压斩波电路与降压斩波电路理论分析的基础上，建立了基于

Simulink 的升压-降压式变换器的仿真模型，运用绝缘栅双极晶体管（IGBT ）对

升压－降压进行控制，并对工作情况进行仿真分析与研究。通过仿真分析也验证

了本文所建模型的正确性。

关键字:升压 降压 斩波 simulink 仿真

一.降压斩波电路

1.工作原理图如图所示

此电路使用一个全控型器件V ，图中为IGBT ，若采用晶闸管，需设置使晶闸

管关断的辅助电路。并设置了续流二极管VD ，在V 关断时给负载中电感电流提

供通道。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，

后两种情况下负载中均会出现反电动势，如图中Em 所示。

工作原理：当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 按指数曲线上升。

当 t=t1时控制V 关断，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，通常串接较大电感L 使负载电流连续且脉动小。

此电路的基本数量关系为：

（1）电流连续时

负载电压的平均值为 (1-1) E E T t E t t t U on off on on o α

==+=

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，α

为导通占空比，简称占空比或导通比。负载电流平均值为

(1-2)

（2）电流断续时，负载电压uo 平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情

况。

斩波电路有三种控制方式：

脉冲宽度调制（PWM ）：保持开关周期T 不变，调节开关导通时间ton ，

频率调制：保持开关导通时间ton 不变，改变开关周期T 。

混合型：ton 和T 都可调，使占空比改变。

2.连接图

(1)IGBT 用理想的方波发生器触发，周期设为0.02s ，最大值设为1V ，通过调占

空比来调输出电压。其保护电路，触发电路将在protel 中实现。

(2)示波器用来观察电感电流，电源电压波形和负载电压输出波形

3.参数选择

①IG BT 的选择：因为本电路设计的E =100V , 因此根据表（）可

知所选IG B T 的额定电压与额定电流分别为50V 、100A 。

R E U I m o o -=

②栅极串联电阻R g 的阻值：根据 I G BT 的选择，由表（）可知

R g 的值为25Ω。

③反向电动势Em=30V,电阻R=2欧姆,电感L=0.01亨利.

④其他参数:

对降压斩波电路进行解析

基于分时段线性电路这一思想，按V 处于通态和处于断态两个过程来分析，

初始条件分电流连续和断续。

电流连续时得出

I10和I20分别是负载电流瞬时值的最小值和最大值。

把式（1-3）和式（1-4）用泰勒级数近似，可得

平波电抗器L 为无穷大，此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。

平波电抗器L 为无穷大，此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。

（1-5）所示的关系还可从能量传递关系简单地推得，一个周期中，忽略电路中

的损耗，则电源提供的能量与负载消耗的能量相等，即

则

假设电源电流平均值为I1，则有

其值小于等于负载电流Io ，由上式得

R E m e e R E R E e e I m

T t ???? ??---=-???? ??--=1111//101ρ

αρττR E m e e R E R E e e I m T t ???? ??---=-???? ??--=----ραρττ1111//201()o I R E m I I =-≈≈α2010T I E T RI t EI o m o on o +=2R E E I m o -=α

o o on I I T t I α==1

4仿真图形

二.升压斩波电路

1.工作原理图

2.工作原理

图1.1中假设L 值、C 值很大，V 通时，E 向L 充电，充电电流恒为I 1，同时C 的电压向负载供电，因C 值很大，输出电压u o 为恒值，记为U o 。设V 通的时间为t on ，此阶段L 上积蓄的能量为EI 1t on

V 断时，E 和L 共同向C 充电并向负载R 供电。设V 断的时间为t off ，则此期间电感L 释放能量为()off o t I E U 1-

稳态时，一个周期T 中L 积蓄能量与释放能量相等

()off

o on t I E U t EI 11-=

化简得： E t T E t t t U off off off

on o =+= （1）

1/≥off t T ，输出电压高于电源电压，故称升压斩波电路。也称之为boost 变换器

off t T /——升压比，调节其即可改变U o 。将升压比的倒数记作β，即T t o f

=β。β和导通占空比α有如下关系：

1=+βα （2）

因此，式（1）可表示为

E E U o αβ-==111

（3）

升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因：L 储能之后具有使电压泵升的

作用，电容C可将输出电压保持住。

3.参数选择

①IG BT的选择：因为本电路设计的E=50V,因此根据表（）可知所选IG B T的额定电压与额定电流分别为50V、100A。

②栅极串联电阻R g的阻值：根据 I G BT的选择，由表（）可知R g的值为25 。

③反向电动势Em=30V,电感L=0.01亨利,电容C=0.0001F.电阻R=20欧姆.

④占空比为70％,出发脉冲周期0.001S

4.电路图连接

5.仿真图形

改变占空比可以改变输出电压稳定的幅值,即

E E U o αβ-==

111

本次实验中占空比为70％,可以求得Uo=1/(1-0.7)=167.7V ,基本符合要求.

三.心得体会

通过这次设计，使我加深了对书本知识的理解，特别是对升压斩波电路与降压斩波电路相关内容有了更深刻的认识和理解，另外，此次设计内容不仅仅只涉及了直流斩波系列电路，还有与主电路相配套的触发电路、保护电路设计，扩大了我的知识面，为以后课程设计、毕业设计打下知识基础。同时，通过对各部分电路的仿真分析，原理图的绘制，PCB 板的设计，使我对MATLAB ，simulink 和protel 等软件有了一个很好的学习机会，基本掌握了

这些软件的使用和调试方法，提高了理论分析能力，大大简化了我们的设计时间和步骤。在设计初期由于缺少经验，有很多问题没有考虑到，例如触发电路中所用的光电隔离保护环节，对IGBT的过压过流保护环节，其实这些内容在书本上都有提到，也有相应的介绍和处理电路。最后感谢老师的指导与帮助，给我提了宝贵的意见，使这次课程设计做得比较成功，虽然没要求做出实物，我们也只做了仿真跟绘图，但仿真实验还是得到了理想的波形，与理论结果基本相似，其可能出现误差的原因也在前面给出了分析。此次课程设计过程中使我学到了很多各方面的知识，是我今后深入学习的基础和动力，以后我一定会珍惜这种机会好好学习。

四.参考文献

[1]王兆安，刘进军，电力电子技术[M].第五版.北京：机械工业出版,

[2]黄家善，王廷才，电力电子技术[M].北京：机械工业出版

[3]刘卫国。MATLAB程序设计与应用[M].北京：高等教育出版社