直流斩波电路（DC Chopper）的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，也称为直接直流-直流变换器（DC/DC Converter）。直流斩波电路一般是指直接将直流电变为另一直流电的情况，不包括直流-交流-直流的情况。习惯上，DC-DC变换器包括以上两种情况。 直流斩波电路的种类较多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，cuk斩波电路，Sepic斩波电路和Zeta斩波电路，其中前两种是最基本的电路。一方面，这两种电路应用最为广泛，另一方面，理解了这两种电路可为理解其他的电路打下基础。
利用不同的基本斩波电路进行组合，可构成复合斩波电路，如电流可逆斩波电路、桥式可逆斩波电路等。利用相同结构的基本斩波电路进行组合，可构成多相多重斩波电路。
直流斩波电路广泛应用于直流传动和开关电源领域，是电力电子领域的热点。全控型器件选择绝缘栅双极晶体管（IGBT）综合了GTR和电力MOSFET 的优点，具有良好的特性。目前已取代了原来GTR和一部分电力MOSFET的市场，应用领域迅速扩展，成为中小功率电力电子设备的主导器件。
所以，此课程设计选题为：功率为500w CUK直流输出电压为50V，直流输出电压在10-100V直流斩波器主电路的设计。
1 前言
油田加药装置1.1课题背景
随着电力电子技术的迅速发展，高压开关稳压电源已广泛用于计算机、通信、工业加工和航空航天等领域。所有的电力设备都需要良好稳定的供电，而外部提供的能源大多为交流，电源设备担负着把交流电源转换为电子设备所需的各种类别直流任务。但有时所供的直流电压不符合设备需要，仍需变换，称为DC/DC 变换。直流斩波电路作为直流电变成另一种固定电压的DC-DC变换器，在直流传动系统.、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用。随之出现了诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路。直流斩波技术已被广泛运用开关电源及直流电动机驱动中，使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波能领域得到了广泛的应用。但以IGBT为功率器件的直流斩波电路在实际应用中需要注意以下问题：（1）系统损耗的问；（2）栅极电阻；（3）驱动电路实现过流过压保护的问题。 直流斩波电路实际上采用的就是PWM技术，这种电路把直流电压斩成一系列脉冲，改变脉冲的占空比来获得所需要的输出电压。PWM控制方式是目前才用最广泛的一种控制方式，它具有良好的调整特性。随电子技术的发展，近年来已发展各种集成式控制芯片，这种芯片只需外接少量元器件就可以工作，这不但简化设计，还大幅度的减少元器件数量、连线和焊点。直流斩波器(D.C. Chopper)又称为截波器，它是将电压值固定的直流电，转换为电压值可变的直流电源装置，是一种直流对直流的转换
器(DC to DC Converter)已被广泛使用，如直流电机之速度控制、交换式电源供应器(Switching-Power-Supply)等。直流斩波是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为DC/DC变换。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式，Ts（周期）不变，改变Ton （通用，Ton为开关每次接通的时间），二是频率调制方式，Ton不变，改变Ts（易产生干扰）。其具体的电路由以下几类：Buck电路：降压斩波器，其输出平均电压Uo小于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相同。Boost电路：升压斩波器，其输出平均电压Uo 大于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相同Buck-Boost电路：降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相反，电感传输。Cuk 电路：降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui，输出电压与输入电
长线驱动器>钢骨架塑料复合管压极性相反，电容传输。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源)，同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
1.2直流斩波器的介绍
1.2.1直流斩波器的原理
直流斩波器乃利用功率组件对固定电压之电源做适当之切割以达成负载端电压改变之目的。若其输出电压较输入之电源电压低，则称为降压式(Buck )直流斩波器，若其输出电压较输入之电源电压高，则称为升压式直流斩波器；，
可改变负载的平均电压。电源电压Vs，而输出电压之平均值V o随Ton之时间而变。而最常见之改变方式为 1.周期T固定，导通时间Ton改变，称脉波宽度调变(Pulse-width Modulation PWM)。2.导通时间Ton固定，周期T改变，称频率调变(Frequency Modulation FM)。
真空自耗炉1.2.2直流斩波器的基本工作原理固体破碎机
周期T及导通时间Ton 同时改变，即波宽调变及频率调变混合使用。在实际应用中，因直流斩波器常需在负载端接上滤波电感及滤波电容，若频率改变过大对电感及电容影响大，因此多数采用脉波宽度调变。直流斩波器依负载电压及负载电流极性来区分可分为下列三种︰1. 单象限直流斩波器。2. 两象限直流斩波器。3. 四象限直流斩波器。为单象限直流斩波器示意图，其负载电压及负载电流皆为正；负载电压为正，负载电流有正有负称两象限直流斩波器；若负载电压有正有负，负载电流亦有正有负，称四象限直流斩波器。本系统可依接线方式改变，达成上述三种直流斩波器。模块说明
1.3直流斩波器的各项要求
直流PWM产生器EM5202-2C主要功能在产生PWM控制信号，所需之工作电源为±15V。
1. 命令电压由I/P端输入，为0~10V(单象限)，或-10V~+10V(四象限控制)。
2. 三角波产生器：由频率选择开关可以选择1KHZ、10KHZ、15KHZ，而波型选择开关可选择三角波
之大小，单象限控制时命令电压为0~10V，故选择大小为0- 10V之三角波，在四象限控制时命令电压为-10V~+10V，故选择大小为-10V~+10V之三角波。
3. 反向器：将输入命令电压反向，在单象限控制时没有作用。
4. 比较器：将命令电压与三角波信号相比较，便可得到输出脉波宽度随命令电压改变之PWM信号，单象限控制时PWM信号输出只接S1，四象限控制时PWM信号有两个S1及S3。
5. 在四象限控制时当命令电压为正时，S1信号责任周期大于50%，S3 信号责任周期小于50%，两组信号互补但两者间有相位差，反之当命令电压为负时，S1信号责任周期小于50%，S3信号责任周期大于50%。浅卡
C.四组IGBT驱动器EM5202-2D
主要功能在将输入控制信号放大以驱动IGBT。
1. 所需之控制电源为110V AC。
2. 控制信号为TTL位准由S1及S3输入，经反相及延迟控制S1产生T1及T2控制信号，S3产生T3及T4控制信号，上下臂间之DEAD-TIME约为3us，在单象限控制时只有T1 IGBT触发导通，此时应将信号选择开关应切到T1 ONLY。
3. 四组控制信号送入电流限制器，当直流侧(DC BUS)电流过大，IDC输出变大，电流限制器动作LED亮，此时控制信号无法通过，IGBT暂时关闭，待输出电流下降后，IGBT又正常动作。
4. 为使控制信号及高压之电源电路完全隔离，将控制信号先经光耦合电路隔离再送入驱动器，便可以达成。
5. 隔离后之控制信号，经放大后驱动IGBT。
6. 本系统提供一个霍尔电流传感器以方便使用者量测，输出为0.4V/A，表示当电流为1A时传感器输出电压为0.4V。
7. 负载输出有三个端子，单象限控制只有T1动作，故输出端为L+及O/P1，四象限控制时输出端为O/P1及O/P2。
1.3直流斩波器在当今世界的应用
通过改变交流电频率的方式实现交流电控制的技术就叫变频技术<br>变频技术与家用电器<br> 20世纪70年代，家用电器开始逐步变频化，出现了电磁烹任器、变频照明器具、变频空调器、变频微波炉、变频电冰箱、IH(感应加热)饭堡、变频洗衣机等。<br> 20世纪90年代后半期，家用电器则依托变频技术，主要瞄准高功能和省电。比如，要求具有高速高出力、控制性能好、小型轻量、大容量、高 舒适感、长寿命、安全可靠、静音、省电等优点。<br> 首先是电冰箱，由于它处于全天工作，采用变频制冷后，压缩机始终处在低速运行状态，可以彻底消除因压缩机起动引起的噪声，节能效果更加明显。<br> 其次，空调器使用变频后，扩大了压缩机的工作范围，不需要压缩机在断续状态下运行就可实现冷、暖控制，达到降低电力消耗，消除由于温度变动而引起的不适感。近年来，新式的空调器已采用无刷直流电动机实现变频调速，其节能效果较交流异步电动机变频又提高约10％—15％。为了进一步提高装置的效能，近年来，日本的空调器又逐步从单纯的PWM控制改为PWM 十PAM混合控制方式。即较低速时采用PWM控制，保持U／f为一定；当转速大于一定值时，将调制度固定在最大值附近，通过改变直流斩波器的导通占空LL，提高逆变器输入直流电压值，从而保持变频器输出电压和转速成比例，这一区域称为PAM区。采用混合控制方式后，变频器的输入功率因数、电机效率、装置综合效率都比单独PW A4控制时有较大幅度的提高。<br> 近年来，新式的变频冷藏库不但耗电量减少、实现静音化，而且利用高速运行能实现大幅度时快速冷冻；在洗衣机方面，过去使用变频实现可变速控制，提高洗净性能，新流行的洗衣机除了节能和静音化外，还在确保衣物柔和洗涤等方面推出新的控制内容；电磁烹任器利用高频感应加热使锅子直接发热，没有燃气和电加热的炽热部分，因此不但安全，还大幅度提高加热效率，其工作频率高于听觉之上，从而消除了饭锅振动引起的噪声；IH电饭堡得到的火力比电加热器更强，而且利用变频可以进行火力微调，只要合理设计加热感应线圈，可得到任意的加热布局，炊饭性能上了一个档次；变频微波炉利用高频电能给磁控管必要的升压驱动，电源结构小，炉内空间更宽敞，新式微波炉能任意调节电力，并根据不同食品选择最佳加热方式，缩短
时间，降低电耗；照明方面，荧光灯使用高频照明，可提高发光效率，实现节能，无闪烁，易调光，频率任意可调，镇流器小型轻量。<br> 变频技术正在给形形的家电带来新的革命，并将给用户带来更大的福音。今后变频技术还将随着电力电子器件、新型电力变换拓扑电路、滤波及屏蔽技术的进步而发展。家用太阳能发电系统还将给家电增添新的能源。通过改变交流电频率的方式实现交流电控制的技术就叫变频技术<br>变频技术与家用电器<br> 20世纪70年代，家用电器开始逐步变频化，出现了电磁烹任器、变频照明器具、变频空调器、变频微波炉、变频电冰箱、IH(感应加热)饭堡、变频洗衣机等。<br> 20世纪90年代后半期，家用电器则依托变频技术，主要瞄准高功能和省电。比如，要求具有高速高出力、控制性能好、小型轻量、大容量、高舒适感、长寿命、安全可靠、静音、省电等优点。<br> 首先是电冰箱，由于它处于全天工作，采用变频制冷后，压缩机始终处在低速运行状态，可以彻底消除因压缩机起动引起的噪声，节能效果更加明显。<br> 其次，空调器使用变频后，扩大了压缩机的工作范围，不需要压缩机在断续状态下运行就可实现冷、暖控制，达到降低电力消耗，消除由于温度变动而引起的不适感。近年来，新式的空调器已采用无刷直流电动机实现变频调速，其节能效果较交流异步电动机变频又提高约10％—15％。为了进一步提高装置的效能，近年来，日本的空调器又
逐步从单纯的PWM控制改为PWM十PAM混合控制方式。即较低速时采用PWM控制，保持U／f为一定；当转速大于一定值时，将调制度固定在最大值附近，通过改变直流斩波器的导通占空LL，提高逆
变器输入直流电压值，从而保持变频器输出电压和转速成比例，这一区域称为PAM区。采用混合控制方式后，变频器的输入功率因数、电机效率、装置综合效率都比单独PW A4控制时有较大幅度的提高。<br> 近年来，新式的变频冷藏库不但耗电量减少、实现静音化，而且利用高速运行能实现大幅度时快速冷冻；在洗衣机方面，过去使用变频实现可变速控制，提高洗净性能，新流行的洗衣机除了节能和静音化外，还在确保衣物柔和洗涤等方面推出新的控制内容；电磁烹任器利用高频感应加热使锅子直接发热，没有燃气和电加热的炽热部分，因此不但安全，还大幅度提高加热效率，其工作频率高于听觉之上，从而消除了饭锅振动引起的噪声；IH电饭堡得到的火力比电加热器更强，而且利用变频可以进行火力微调，只要合理设计加热感应线圈，可得到任意的加热布局，炊饭性能上了一个档次；变频微波炉利用高频电能给磁控管必要的升压驱动，电源结构小，炉内空间更宽敞，新式微波炉能任意调节电力，并根据不同食品选择最佳加热方式，缩短时间，降低电耗；照明方面，荧光灯使用高频照明，可提高发光效率，实现节能，无闪烁，易调光，频率任意可调，镇流器小型轻量。<br> 变频技术正在给形形的家电带来新的革命，并将给用户带来更大的福音。今后变频技术还将随着电力电子器件、新型电力变换拓扑电路、滤波及屏蔽技术的进步而发展。家用太阳能发电系统还将给家电增添新的能源。
