直流斩波电路.docx

实验三直流斩波电路的性能研究

一、实验目的

（1）熟悉BUCK电路和BOOST电路的工作原理，掌握这两种基本斩波电路的工作状态及波形情况。

（2）观察Buck、Boost电路电流连续模式下输入、输出电压、MOSFET管两端电压、二极管两端电压、电感电流电压等波形。

（3）观察Buck、Boost电路电流断续模式下输入、输出电压、MOSFET管两端电压、二极管两端电压、电感电流电压等波形。

二、实验主要仪器与设备

PC机

三、实验原理

1、降压斩波电路(BuckChopper)

降压斩波电路(BuckChopper)的原理图如图3-1所示，电感电流连续（CCM模式）时工作波形图3-2所示。图中S为全控型器件，选用MOSFET或IGBT。VD为续流二极管。由图3-2中S的栅极电压波形可知，当S处于通态时，电源向负载供电，。当S处于断态时，负载电流经二极管VD续流，电压近似为零，至一个周期结束，再驱动S导通，重复上一周期的过程。负载电压的平均值为：

＝＝＝

式中为S处于通态的时间，为S处于断态的时间，为开关周期，α为导通占空比，简称占空比或导通比()。由此可知，输出到负载的电压平均值最大为，若减小占空比α，则随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。

电感电流断续（DCM）模式下，降压斩波电路工作波形图3-3所示。电感电流临界连续时所需电感，当时工作在电流连续（CCM）模式下，当时工作在电流断续（DCM）模式下。

图3-1降压斩波电路的原理图

图3-2CCM模式下降压斩波电路的波形图

图3-3DCM模式下降压斩波电路的波形图

2、升压斩波电路(BoostChopper)

升压斩波电路(BoostChopper)的原理图如图3-3所示。电路也使用一个全控型器件V。当V处于通态时，电源向电感充电，充电电流基本恒定为,同时电容C1上的电压向负载供电，因C1值很大，基本保持输出电压为恒值。设V处于通态的时间为，此阶段电感上积蓄的能量为。当V处于断态时和L1共同向电容C1充电，并向负载提供能量。设V处于断态的时间为，则在此期间电感L1释放的能量为(-)。当电路工作于稳态时，一个周期T内电感L1积蓄的能量与释放的能量相等，即：

=(-)

上式中的，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。

图3-3升压斩波电路的原理图

要保证电感电流连续，电感应满足下述条件：

四、实验内容及步骤

1、搭建BUCK电路仿真模型，要求工作在电感电流连续（CCM）模式下，能观测输入电压、输出电压、MOSFET管两端电压、二极管两端电压、电感电流和电压等波形（电路参数自拟）。并给出占空比分别为0.3和0.6时的观测结果。

2、搭建BUCK电路仿真模型，要求工作在电感电流断续（DCM）模式下，能观测输入电压、输出电压、MOSFET管两端电压、二极管两端电压、电感电流和电压等波形（电路参数自拟）。并给出占空比分别为0.3和0.6时的观测结果。

3、搭建BOOST电路仿真模型，要求工作在电感电流连续（CCM）模式下，能观测输入电压、输出电压、MOSFET管两端电压、二极管两端电压、电感电流和电压等波形。（电路参数自拟）并给出占空比分别为0.3和0.6时的观测结果。

4、搭建BOOST电路仿真模型，要求工作在电感电流断续（DCM）模式下，能观测输入电压、输出电压、MOSFET管两端电压、二极管两端电压、电感电流和电压等波形（电路参数自拟）。并给出占空比分别为0.3和0.6时的观测结果。

五、思考题

1、BUCK电路是否可以空载？空载时输出电压为多少？

可以空载，不会损坏器件，输出电压等于输入电压。

2、BUCK电路在占空比相同的情况下，对于同一输入电压，电感电流连续模式下和电感电流断续模式下哪种情况下输出电压高？

电流断续时输出电压高。

3、BOOST电路的主要元器件有哪些？各起什么作用？

开关管能实现稳压;二极管导通来实现能量传递;电感实现提升能量;电容降低输出电压，改波。

六、实验分析

1、根据实验内容给出各实验仿真模型及观察结果。

2、讨论与分析实验结果。

1.搭建BUCK电路仿真模型电路图如下，要求工作在电感电流连续（CCM）模式下

占空比α=0.3，R=10Ω，L=1mH，C=100uF,U=100V,开关频率f=10kz。

占空比α=0.6，R=10Ω，L=1mH，C=100uF,U=100V,开关频率f=10kz。

2.搭建BUCK电路仿真模型，要求工作在电感电流断续（DCM）模式下

占空比α=0.3，R=10Ω，L=0.1mH，C=100uF,U=100V,开关频率f=10kz。

占空比α=0.6，R=10Ω，L=0.1mH，C=100uF,U=100V,开关频率f=10kz。