升降压斩波优秀课程设计.docx

大 学
自 动 化 学 院

电力电子技术课程设计汇报

设计题目：
升降压斩波电路设计

单位（二级学院）： 自 动 化 学 院
学 生 姓 名：
专 业： 电气工程及其自动化
班 级：
学 号：
指 导 教 师：

设计时间： 5 月

目录
摘要 3
1 升降压斩波电路及基本原理 4
2仿真分析与调试 5
2.1 建立仿真模型 5
2.2 仿真参数的设置 6
2.3仿真结果分析 6
3用芯片实现升降压 8
3.1 LM2596降压 8
3.2 MC34063芯片升压 9
3.3 PCB版制作流程 10
4心得体会 11
5参考文献 12

摘要
20世纪80年代以来 ，信息电子技术和电力电子技术在各自发展基础上相结合而产生了一代高频化、全控型电力电子器件，经典代表有门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管和绝缘栅双极型晶体管。利用全控型器件能够组成变流器。直流-直流变换器就是其中一个，它广泛应用于通信交换机、计算机和手机等电子设备开关电源。直流—直流变流电路（DC-DC Converter）功效是将直流电变为另一固定电压或可调电压直流电，包含直接直流变流电路和间接直流变流电路。直接直流变流电路也称斩波电路（DC Chopper），它功效是将直流电变为另一固定电压或可调电压直流电。本文着重介绍升降压斩波电路原理和基于matlabsimulink升降压斩波电路仿真和用一个芯片方法实现升降压斩波。　

关键词：直流—直流变流电路；升降压斩波；simulink；仿真
1 升降压斩波电路及基础原理
图1所表示为升降压斩波电路（Buck-Boost Chopper）原理图。电路中电感L值很大，电容C值也很大。因为要使得电感电流和电容电压基础为恒指。

I2
VD
IGBT

I1

L

E
R
C

图1
该电路基础工作原理：当可控开关V处于通态时，电源E经V向电感L供电使其储存能量，此时电流为I1，方向图1所表示。同时，电容C维持输出电压基础恒定并向负载R供电。以后，使V关断，电感L中储存能量向负载释放，电流为I2，方向图1所表示。可见，负载电压极性为上负下正，和电源电压极性相反。稳态时，一个周期T内电感L两端电压对时间积分为零，即：
(2-1)
所以输出电压为：
(2-2)
为V处于通态时间，为V处于断态时间。T为开关周期；为导通占空比，简称占空比或导通比。

若改变导通比，则输出电压既能够比电源电压高，也能够比电源电压低。
当初为降压，
当初为升压，
所以该电路称为升降压斩波电路。

依据对输出电压平均值进行调制方法不一样，斩波电路有三种控制方法：
1、保持开关周期T不变，调整开关导通时间不变，称为PWM。
2、保持开关导通时间不变，改变开关周期T，称为频率调制或调频型。
3、和T全部可调，使占空比改变，称为混合型。

2仿真分析和调试
2.1 建立仿真模型
在电力电子设计过程中利用MATLAB来进行仿真建模分析有很大好处，它不仅很方便而且能够在很大程度范围内降低因设计问题而造成浪费。
这里仿真关键是利用MATLAB软件中simulink工具。先从simulink元件库中找到需要用元件，然后搭建对应主电路，设置好参数后即可进行仿真。
仿真电路图以下所表示：

图2 仿真电路图

仿真电路中，用虚拟示波器监控了斩波电路输出电压和输出电流波形。依据题目要求输出电压范围值为2.2～24V，输出功率大于等于20W，输入直流电压为3～30V。又因为升降压斩波电路对电感和电容要求较高，所以它们取值应尽可能大。
2.2 仿真参数设置
1、直流电压源选择DC Voltage source,其工作电压安需要设定（3～30V）。
2、示波器：接入2路信号分别为：iloade、Vloade。
3、IGBT参数选择中current tail time设置为：2e-6，其它为默认值。
4、晶闸管选择Diode,参数选择为默认值。 
5、脉冲发生器参数设置为： 
 Amplitue=1V L=3H C=inf F
Period=2e-4s(频率5000HZ)
Pulse Width（即占空比）：按需要设定
6、主电路负载参数设置为：R=10Ω L=0H C=25e-04F
7、电感参数设置：400e-3 H

2.3仿真结果分析
纯电阻负载时，首先选择输入电压30V，占空比为0.33。仿真波形以下图所表示：

图3纯电阻33%占空比波形图
由前面计算公式，我们知道当输入电压为30V时，占空比0.33时，输出电压理论值为14.14V。由上图知，仿真输出电压大约为13.35V。仿真输出电流大约1.34A，输出功率为17.89W，没有大于20W，我们能够经过改变占空比，使输出电压和电流升高，以满足设计要求。以下保持输入电压不变，把占空比变为50%，再仿真一次。仿真结果以下图所表示：

图4纯电阻50%占空比波形图
由前面计算公式，我们知道当输入电压为30V时，占空比0.5时，输出电压理论值为30V，由上图知，仿真输出电压大约为27.8V。仿真输出电流大约2.8A，输出功率77.84W，大于20W，符合设计要求。不妨改变输入电压再试试。以下把输入电压改为10V，因为需要升高电压，所以取占空比80%。仿真波形以下：

图5纯电阻80%占空比波形图
由图知输出电流大约3.37A，输出电压大约33.7V，输出功率113.57W，大于20W，符合设计要求。
由上述波形图能够看出，电压电流波形全部近似为一条直线。输出电压，电流和理论值全部存在小小误差。但考虑到其它元件本身阻抗作用，这种误差是能够许可。

3用芯片实现升降压
3.1 LM2596降压
LM2596开关电压调整器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A驱动电流，同时含有很好线性和负载调整特征。固定输出版本有3.3V、5V、12V，可调版本能够输出小于37V多种电压。 
该器件内部集成频率赔偿和固定频率发生器，开关频率为150KHz，和低频开关调整器相比较，能够使用更小规格滤波元件。因为该器件只需4个外接元件，能够使用通用标准电感，这更优化了LM2596使用，极大地简化了开关电源电路设计。 该器件还有其它部分特点：在特定输入电压和输出负载条件下，可调输出电压范围1.2V～37V±4%，输出线性好且负载可调整，输出电流可高达3A，采取150KHz内部振荡频率，属于第二代开关电压调整器，功耗小、效率高。 
经过外围电路能够使得LM2596芯片输出电压可调，输出电压计算可由下式给出： （3-1）
Vout=1+R2R1VREF

图6 LM2596降压模块
3.2 MC34063芯片升压
MC34063是一单片双极型线性集成电路，专用于直流-直流变换器控制部分。片内包含有温度赔偿带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器、驱动器和大电流输出开关，能输出1.5A开关电流。它能使用最少外接元件组成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器。能在3.0-40V输入电压下工作，输出开关输出电压可调，工作振荡频率从100HZ到100KHZ。
MC34063组成升压电路原理图,当芯片内开关管(Q1)导通时，电源经取样电阻Res、电感L2、 MC340631脚和2脚接地，此时电感L2开始存放能量，而由C_out对负载提供能量。当T1断开时，电源和电感同时给负载和电容C_out提供能量。电感在释 放能量期间，因为其两端电动势极性和电源极性相同，相当于两个电源串联，所以负载上得到电压高于电源电压。开关管导通和关断频率称为芯片工作频率。只要此频率相对负载时间常数足够高，负载上便可取得连续直流电压。

图7 MC34063升压模块
3.3 PCB版制作步骤
1、打印电路板。将绘制好电路板用转印纸打印出来
2、裁剪覆铜板，用细砂纸把覆铜板表面氧化层打磨掉，以确保在转印电路板时，热转印纸上碳粉能牢靠印在覆铜板上，打磨好标准是板面光亮，没有显著污渍。
3、转印电路板。将打印好电路板裁剪成适宜大小，把印有电路板一面贴在覆铜板上，最好用胶带粘住，对齐好后把覆铜板放入热转印机，放入时一定要确保转印纸没有错位。通常来说经过3-5次转印，电路板就能很牢靠转印在覆铜板上
4、腐蚀线路板.用腐蚀剂衣饰结合热水加紧衣饰速度。
5、线路板钻孔。线路板上是要插入电子元件，所以就要对线路板钻孔了。依据电子元件管脚粗细选择不一样钻针 
6、线路板预处理。钻孔完后，用细砂纸把覆在线路板上墨粉打磨掉，用清水把线路板清洗洁净。水干后，用松香水涂在有线路一面，为加紧松香凝固，用热风机加热线路板，只需2-3分钟松香就能凝固。
7、焊接电子元件。焊接完对应电子元件，通电检测和测试。

4心得体会
经过这次课程设计，让我对电力电子技术有了更深认识，让我深入了解了电力电子器件。在这次课程设计中我关键担任电路仿真工作，即使在此期间碰到了很多困难，反复了很多遍全部没有仿成功，不过经过查找资料，向老师同学请教，以后得到你要结果时，那种喜悦感，那种兴奋感假如没有这一过程是无法体会。仿真让我深入学习了matlab软件，学会了很多相关仿真知识。当然，此过程少不了老师付出和同学合作。这次设计也让我认识到了理论和实际结合关键性。

5参考文件
[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，:119-123.
[2]杨素行，模拟电子技术基础简明教程[M].第三版.北京：高等教育出版,.
[3]贾立柱，刘晓龙，基于matlab升降压斩波电路仿真[J].北京：华北电力大学.
[4]陈荣，基于升降压斩波电路三相DC/AC逆变器研究[J].山东：中国石油大学，.