降压直流斩波电路实验装置

① 直流低压升高压小制作怎么做

背景技术：

目前直流斩波电路主要有Buck、Boost、Buck-Boost和Cuk四种电路，都是利用电感电流不突变，或者电容电压不能突变的原理实现升降压。Buck称为降压斩波电路，能够实现将输入直流电压变换为比输入电压更低的输出电压；Boost称为升压斩波电路，能够实现将输入直流电压变换为比输入电压更高的输出电压；Buck-Boost称为降压升压斩波电路，能够实现将输入直流电压变换为比输入电压高或者比输入电压低的输出电压；Cuk称为丘克电路，变换功能与Buck-Boost相似。这四种电路都涉及了电力电子元件的占空比控制，但是如果仅仅采用有电子元器件组成的电力电子元件驱动电路，这种驱动电路的元器件会相当多，而且电路对这些元器件的要求会很高，调节很不方便。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有直流斩波电路存在的上述问题，提出一种结构简单可靠、调节方便的由单片机控制的直流升降压电路，由单片机PWM驱动构成驱动电路来实现升降压。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：直流电源的正极从左至右依次串联第一电感、第二电容、第二电感和第三电容，第三电容接直流电源的负极，第三电容与负载并联，第一MOSFET场效应管的漏极接第一电感的右侧节点，第一MOSFET场效应管的源极接地，第二MOSFET场效应管的漏极接第二电容的右侧节点，第二MOSFET场效应管的源极接地，第一电感的左侧节点依次串联第一电阻、第一光耦的输出端、第三电阻的一端，第三电阻的另一端接第一MOSFET场效应管的栅极，第一电感的左侧节点还依次串联第二电阻、第二光耦的输出端、第四电阻的一端，第四电阻的另一端接第二MOSFET场效应管的栅极，单片机通过不同控制端口分别连接第一光耦的输入端和第二光耦的输入端。

进一步地，第一MOSFET场效应管的漏极和源极之间反向并联第二二极管，第二MOSFET场效应管的漏极和源极之间反向并联第四二极管。

更进一步地，单片机控制第一MOSFET场效应管和第二MOSFET场效应管关闭或导通，第一MOSFET场效应管和第二MOSFET场效应管各自的一次导通与一次关闭组成一个运转周期，导通时间与运转周期的比值为占空比。

本实用新型采用上述技术方案后具有的有益效果是：本实用新型能通过单片机直接、方便地控制输出电压的大小，不仅能够简化了电路结构，而且能够实现电路输出电压的智能化调节和控制。

附图说明

图1是本实用新型的结构连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型包括直流电源E和与直流电源E并联的第一电解电容C1，直流电源E的正极从左至右依次地串联第一电感L1、第二电容C2、第二电感L2和第三电容C3，第三电容C3接直流电源E的负极，直流电源E的负极与地GND相接。第三电容C3与负载电机Motor并联。

第一电感L1的左侧节点依次串联第一电阻R1、第一光耦U1的输出端、第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接到第一MOSFET场效应管D1的栅极。第一电感L1的左侧节点还依次串联第二电阻R2、第二光耦U2的输出端、第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端接到第二MOSFET场效应管D3的栅极。第一MOSFET场效应管D1的漏极连接第一电感L1的右侧节点，第一MOSFET场效应管D1的源极接地GND，即第一MOSFET场效应管D1的漏极和源极跨接在第一电感L1的右侧节点和地GND之间，第一MOSFET场效应管D1的漏极和源极之间反向并联第二二极管D2，第二二极管D2也跨接在第一电感L1的右侧节点和地GND之间。第二MOSFET场效应管D3的漏极连接第二电容C2的右侧节点，第二MOSFET场效应管D3的源极接地GND，即第二MOSFET场效应管D3的漏极和源极跨接在第二电容C2的右侧节点和地GND之间，第二MOSFET场效应管D3的漏极和源极之间反向并联第四二极管D4，第四二极管D4也跨接在第二电容C2的右侧节点和地GND之间。

单片机通过不同控制端口分别连接第一光耦U1和第二光耦U2的输入端，单片机通过第一光耦U1和第二光耦U2输出电信号，分别控制第一MOSFET场效应管D1和第二MOSFET场效应管D3的关闭或导通。第一MOSFET场效应管D1和第二MOSFET场效应管D3各自的的一次导通与一次关闭组成一个运转周期，导通时间与运转周期的比值为占空比。

当单片机控制第一MOSFET场效应管D1关闭期间，同时控制第二MOSFET场效应管D3导通，经第一电感L1的电流i1给第二电容C2充电，电流又经第二MOSFET场效应管D3流向地GND，第二电容C2两端的电压需要慢慢建立起来。当单片机控制第一MOSFET场效应管D1导通期间，单片机同时控制第二MOSFET场效应管D3关闭，直流电源E通过电流i1给第一电感L1充电，同时第二电容C2放电，第二电感L2通过电流i2存储第二电容C2放出的电能。当单片机控制第一MOSFET场效应管D1和第二MOSFET场效应管D3的导通和关闭轮流切换时，只要保证导通和关闭这两种状态的运转周期短，第二电感L2的电流i2最后将在某个值附近微小波动，电流i2流经负载电机Motor，使得负载电机Motor获得电压上负下正的电压，通过第二电容C2滤波后，负载电机Motor的电压基本没有波动，从而使得电流i2的波动基本消除，从而使得电流i2稳定为某一个数值。

当单片机控制第一MOSFET场效应管D1占空比较大时，直流电源E放出的能量较多，最后使得电流i2较大，则使得负载电机Motor电压较大，甚至可以大于直流电源E的电压。当单片机控制第一MOSFET场效应管D1的占空比较小时，直流电源E放出的能量较少，最后使得电流i2较小，则使得负载电压较小，电路实现了输出电压的升降压作用。由此，通过单片机直接控制输出电压的大小，能方便的控制输出电压的大小，不仅能够实现斩波电路驱动电路简化，而且能够实现电路输出电压的智能化控制。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

② 直流斩波电路的工作原理是什么有哪些结构形式和主要元器件

在原有的直流信号基础上（示波器显示为一条水平直线），用一个电子开关按一定频率不断开关，这样的话，原有的直流波形就成了一个类似方波的东西，相当于原来的直线被斩成了很多段.

最简单的斩波就是在直流通路上，加一个电子开关，用三极管，场效应管都可以。

但是控制电子开关的信号，一般都要靠其他电路来提供，比如方波发生器，单片机等等。

直接将直流变成直流的情况，不包括直流-交流-直流的情况；直流斩波电路的种类很多，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，Zeta斩波电路，前两种是最基本电路。

(2)降压直流斩波电路实验装置扩展阅读：

用斩波器实现直流变换的基本思想是通过对电力电子开关器件的快速通、断控制把恒定的直流电压或电流斩切成一系列的脉冲电压或电流，在一定滤波的条件下，在负载上可以获得平均值可小于或大于电源的电压或电流。

如果改变开关器件通、断的动作频率，或改变开关器件通、断的时间比例，就可以改变这一脉冲序列的脉冲宽度，以实现输出电压、电流平均值的调节。

在大多中小容量的直流调速控制系统中，一般采用调节直流电动机电枢电压达到调速目的。常用的调速方案有两种：一是采用可控整流电路（如晶闸管整流电路）得到可以调节的直流电压供给电动机；另一种则是用不可控整流电路得到恒定的直流电压，再通过直流斩波的方式进行调压。

③ 我们在做一个课程设计，关于直流斩波电路的，由于本人知识有限，特请教高手

TDC-1型学习机是为了配合高等工科院校及高等专科技术学校的“电力电子”或“半导体变流技术”等课程中的直流斩波电路实验并根据当今电力电子技术的发展方向及应用而设计的新型实验装置。该学习机面板上画有原理图。各测试点均装有测试探头可以钩住的端子。测试电压及波形十分方便。使学生在实验课中安全、方便、直观地观察到各种电压、电流的波形及数据。学生实验可以更加深入了解直流斩波电路的工作原理及其典型的应用电路。

▲ 技术性能
1． 电源：主回路电源 60/30V 直流电源。
控制回路电源 DC±15V/0.5A。
隔离驱动电源 DC+15V/0.5A。
2． 控制电路采用典型PWM电路，性能可靠。
3． 驱动电路采用快速光耦隔离。
4． 功率输出采用功率MOSFET。
5． 多种保护：主回路过压保护。
输出瞬时/平均值过流双重保护。
声光双重报警。
过压/过流模拟。
6． 负载： 阻性/感性 DC Umax=60V。
DC Imax=0.5A。
DC Pmax=30W。
可接白炽灯指示（0.1A）。