武汉理工大学大学《电力电子装置及控制》课程设计说明书
降压斩波电路，控制电路提供控制信号控制IGBT的关断，调节控制信号的占空比，最后经过LC滤波电路的到所需电压。通过对输出电压的取样，比较和放大，调节控制脉冲的宽度，以达到稳压输出的目的。
整流滤波电路 降压斩波电路 滤波电路 36V 脉宽调制控制驱动 反馈电路
图1 开关电源原理图
整流部分是利用具有单向导通性的二极管构成桥式电路来实现的；滤波部分是利用电容器件的储能效应，来实现的；降压部分利用降压斩波电路来实现，控制方式为脉宽调制控制（PWM），即在控制时对半导体开关器件的导通和关断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。本次设计的开关电源控制时首先保持主电路开关元件的恒定工作周期（T=ton?toff），最终控制输出电压（或电流）的。
3主电路设计及参数计算
3.1整流电路的设计
主电路主要完成对交流的整流滤波，对直流电压降压和滤波三个工作。 整流电路图设计如图：
图2 整流电路
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桥式整流电路的工作原理如图2所示。在Uin的正半周，VD1、VD4导通，VD2、VD3截止，电流经VD1→ R1 →VD3回到下端，在负载RL上得到一半波整流电压。
在Uin的负半周，D1、D4截止，D2、D3导通，电流经D2→ RL →D4 回上端，在负载RL 上得到另一半波整流电压。在经过电容滤波，其工作原理是整流电压高于电容电压时电容充电，当整流电压低于电容电压时电容放电，在充放电的过程中，使输出电压基本稳定。
滤波电容容量大，因此一般采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正、负极。电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。 当u2为正半周并且数值大于电容两端电压uC时，二极管D1和D4管导通，D2和D3管截止，电流一路流经负载电阻RL，另一路对电容C充电。当UC>U2，导致D1和D4管反向偏置而截止，电容通过负载电阻RL放电，UC按指数规律缓慢下降这样就得到一个直流电压波形，如图所示：
Ui o
Uo o
图3整流电路工作波形
?t ?t 3.2降压斩波电路设计
将整流后的得到的直流电压送入降压斩波电路，通过脉宽调制控制调节输出电压平均值，再经过LC滤波电路使电压稳定。脉宽调制控制信号由IGBT驱动电
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路发出。控制时首先保持主电路开关元件的恒定工作周期（T=ton+toff），再由输出信号与基准信号的差值来控制闭环反馈，以调节导通时间ton，最终控制输出电压（或电流）的稳定。
其中，功率IGBT为开关调整元件，它的导通与关断由控制电路决定；L和C为滤波元件。驱动VT导通时，负载电压Uo=Uin，负载电流Io按指数上升；控制VT关断时，二极管VD可保持输出电流连续，所以通常称为 续流二极管。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，通常串联L值较大的电感。至一个周期T结束，在驱动VT导通，重复上一周期过程。当电路工作于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等。负载电压的平均值为
tontonUo?Uin?Uin?DUinton?toffT式中，ton为VT处于导通的时间，toff为VT处于关断的时间；T为开关管控制信号的周期，即ton+toff；D为开关管导通时间与控制信号周期之比，通常称为控制信号的占空比。从该式可以看出，，占空比最大为1，若减小占空比，该电路输出电压总是低于输入电压，因此将其称为降压型DC-DC转换器。负载电流的平均值为
Io?UoR若负载中电感值较小，则在VT管断后，负载电流会在一个周期内衰减为零，出现负载电流断续的情况。因此有降压DC-DC开关电源有非连续电流模式（DCM）和连续电流模式（CCM)两种工作模式。其电路图与波形图波形图如图所示：
LRUoUinVTVDCIo图4 降压斩波电路
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降压斩波电路的工作波形：
i Go
T i i i I I t O u E ontO t off t 1210201t oOi t 图5 I0连续时的波形 t Go
iOG
i T t i i O t t I u E onx121202o t off tE tO E Mt图6 I0断续时的波形
3.3控制方案的设计
由于整流电路采用的是不控整流，所以控制电路主要用于降压斩波电路中，本处采用直流脉宽调制。
直流脉宽调制是利用直流调制信号和三角载波比较，可以得到单脉波控制信号，只要改变直流调制信号，就可以改变单脉波的脉冲宽度 ，调节输出电压基
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波分量的有效值，实现电压控制的目的。图7所示为实现直流脉宽调制的一种简单方法，给定电压和反馈电压通过电压调节器得到一个控制电压，和锯齿波电压比较得到脉冲波形，触发器的输出是互补的方波、，通过两个与门电路，获得互差的脉冲方波、，它们均可作为斩波电路的控制信号。
图7直流脉宽调制原理
方波输出电路简单，易于闭环控制，电压输出稳定度也比较高。特别是它可以借用直流电源控制技术，很多直流控制芯片都可以应用，因此方波输出具有成本低的优点。但是，方波输出含有大量的低次谐波，波形畸变严重，主要应用在要求不高的场合。
3.4主电路参数的计算
3.4.1主电路参数计算
输入电压为单相220V交流电，经晶闸管不控整流，电容滤波之后，考虑到
器件压降及滤波损失，输出有效值约为312V的直流电，加到降压斩波电路的输入端，滤波电容要选较大值，本设计中C1选0.1F，R1选择100Ω。
36=0.1154，通常取0.11~0.12， 设计输出电压为直流36V稳压，占空比D=312该电路取D=0.115。,
设计输出功率为300W，所以可以确定：
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