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降压二极管 一、 降压斩波电路1、主电路
降压斩波电路(Buck Chopper)的原理图及工作波形如图1-1所示。图中V为全控型器件，选用MOS管。D为续流二极管。
由图2-17中V的栅极电压波形UGE可知，当V处于通态时，电源Ui向负载供电，UD=Ui。当V处于断态时，负载电流经二极管D续流，电压UD近似为零，至一个周期T结束，再驱动V导通，重复上一周期的过程。负载电压的平均值为：
式中ton为V处于通态的时间，toff为V处于断态的时间，T为开关周期，α为导通占空比，简称占空比或导通比(α=ton/T)。
由此可知，输出到负载的电压平均值UO最大为Ui，若减小占空比α，则UO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。
图中R由直流电机电枢代替，励磁线圈固定接DC24V，可实现电机调速。
电机参数如下：
电机型号：36SZ01 额定功率：5W 额定电压：DC24V
电枢电流：0.55A 励磁电流：0.32A
图1-1 降压斩波电路的原理图
图1-1降压斩波电路图中各器件选型为：
MOS管型号：IRF510A（100V/5.6A） 续流二极管D：DR200（50V/2A）
L：取39mH C：36uF
2、隔离驱动
图1-2是一种采用光耦合隔离的由V
2、V3组成的驱动电路。当控制脉冲使光耦关断时，光耦输出低电平，使V2截至，V3导通，MOSFET在DZ1反偏作用下关断。当控制脉冲使光耦导通时，光耦输出高电平，使V2导通，V3截至，经VCC、V
2、RG产生的正向驱动电压使MOS管开通。光耦选择高速光耦6N137。
电源+VCC可由DC/DC芯片提供。
图1-2 驱动电路图
V
2：9013 V
3：9012
3、模拟控制
降压斩波电路的模拟控制采用PWM控制芯片SG3525组成的PWM发生电路输出PWM控制信号，控制MOS管的导通和关断。
图1-3给出了该芯片的引脚功能及应用电路。
(b) SG3525的应用电路
图1-3 PWM控制芯片SG3525
４．PWM脉冲调制器电路原理图
图1-4
５．UR电压的产生
（2）若给定UR是一个波形，则应设计相应的积分电路控制给出上图波形。
（3）二者兼容，可用纽子开关手动选择。
图1-5
６．模拟反馈控制
图1-6为降压斩波电路双闭环反馈控制电路图。
其中内环为电流环，外环为电压环。
图1-6 降压斩波电路双闭环反馈控制电路图
电压取样：在强电中一般使用电压变送器或传感器加调理电路，低电压一般用分压电阻取样。
电流取样：在强电中一般用电流变送器或传感器，低电压中一般用串联电阻取样。
７．数字控制
（1）一般在使DSP芯片时由于速度快，可选带有PWM产生的芯片；
（2）MSP430也可以直接产生PWM波形，即由A/D采集主回路电压、电流后，直接运算后产生PWM波形；
（3）如果使用MCS-51芯片，可采用A/D采集主回路的电压和电流信号，然后经运算后由D/A输出UR送到SG3525产生闭环的PWM波形 。而电流短路保护则应硬件直接封锁PWM波，限流保护仍由单片机承担。
鉴于学生的知识结构，选择模式
（3），选择传感器或变送器采样方式。
图1-7给出了采用数字控制方式的降压斩波电路双闭环反馈控制电路图。MCS-51单片机与上位机通过RS232串口连接，可在线调试。
图1-7 降压斩波电路双闭环反馈控制电路图
二、升压斩波电路
1、主电路
升压斩波电路(Boost Chopper)
升压斩波电路(Boost Chopper)的原理图如图2-1所示。图中V为全控型器件，选用MOS管。
D为续流二极管。
输入电压取0~15V直流电压，输出直流电压15~36V，电流2A。
图2-1 Boost升压斩波电路原理图
图2-1中各器件选型：
MOS管型号：IRF510A（100V/5.6A） 续流二极管D：DR200（50V/2A）
L：8.2mH C
1、C
2：36uF
Boost升压斩波电路有电感电流连续和电感电流断续两种工作状态，当电路工作于电感电流连续模式时，电路的工作波形如图2-2所示。
如上图所示，Boost升压斩波电路工作于电感电流连续模式时，电路在一个开关周期内相继经历了两个开关状态，其各时段的工作状态描述如下：
-时段：开关MOS管导通，电压向电感L充电，电感电流不断增大，续流二极管D此时处于关断状态，同时电容C2上的电压向负载供电。
-时段：开关MOS管关断，续流二极管D导通，整流电压和电感L通过续流二极管D共同向电容C2充电，并向负载提供能量，电感电流不断减小。
Boost升压斩波电路工作于电感电流连续模式时有：
由式（2-9）可知，当占空比时，，所以应避免占空比D过于接近1，以免斩波电路输出电压过高造成电路损坏。
当Boost升压斩波电路工作于电感电流断续模式时，电路的工作波形如图2-6所示。
如上图所示，Boost升压斩波电路工作于电感电流断续模式时，电路在一个开关周期内相继经历了三个开关状态，其各时段的工作状态描述如下：
-时段：开关MOS管导通，整流电压向电感L充电，电感电流不断增大，续流二极管D此时处于关断状态，同时电容C2上的电压向负载供电。
-时段：开关MOS管关断，续流二极管D导通，整流电压和电感L通过续流二极管D共同向电容C2充电，并向负载提供能量，电感电流不断减小。
-时段：开关MOS管仍处于断态，在时刻电感电流减小到0；续流二极管D关断，电感电流将保持零值到时刻，且电感两端的电压也为零，在这一时段，开关MOS管两端的电压等于输入的直流电压，同时负载由电容C2提供能量。
Boost升压斩波电路工作于电感电流断续模式时有：
式中：
升压斩波电路与降压斩波电路相比，只有主电路结构不同，而隔离驱动、模拟控制及数字控制电路与降压斩波电路相同。
三、大功率开关电源
1、全桥DC-DC隔离型
图3-1给出了全桥隔离型大功率开关电源电路。
输入为36V直流电压。变压器变比为N。
当滤波电感电流连续时，有
（3-1）
如果输出电感电流不连续，输出电压将高于式（3-1）的计算值，并随负载减小而升高，在负载电流为零的极限情况下，有
（3-2）
图3-1 全桥DC-DC隔离型电源
全桥隔离型大功率开关电源电路中的开关器件都选用MOS管，图3-1中各器件选型：
MOS管型号：IRF510A（100V/5.6A） C
1、C
2：36uF
电抗器L：2mH
2、驱动电路
采用两片IR2110浮地驱动，图3-1中的同一个桥臂的上下两个MOS管由一片IR2110驱动。
美国IR公司生产的IR2110驱动器。
它兼有光耦隔离（体积小）和电磁隔离（速度快）的优点，是中小功率变换装置中驱动器件的首选品种。IR2110采用HVIC和闩锁抗干扰CMOS制造工艺，DIP14脚封装。具有独立的低端和高端输入通道；悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达500V，dv/dt=±50V/ns，15V下静态功耗仅116mW；输出的电源端（脚3，即功率器件的栅极驱动电压）电压范围10～20V；逻辑电源电压范围（脚9）5～15V，可方便地与TTL，CMOS 电平相匹配，而且逻辑电源地和功率地之间允许有±5V 的偏移量；工作频率高，可达500kHz；开通、关断延迟小，分别为120ns 和94ns；图腾柱输出峰值电流为2A。
IR2110驱动电路如图3-2所示。
图3-2 IR2110驱动电路
IR2110本身不带死区，需要加死区延时控制电路，如图3-3所示。RDC死区电路可以使信号的上升沿延时，而下降沿不变，从而产生死区时间。
图3-3 死区延时控制电路
图3-1中drv1与drv4的控制信号为PWM1_OUT，drv3与drv2的控制信号为PWM2_OUT。
3、模拟控制
全桥DC/DC隔离型开关电源双闭环模拟控制电路如图3-4所示。
内环为电流环，电流取输出滤波电感的电流，外环为电压环，电压取输出电压。
图3-4 全桥DC/DC隔离型开关电源双闭环模拟控制电路
4、数字控制
采用MCS-51单片机，纯软件可省去SG3525，采用桥控硬件延时电路。
全桥DC/DC隔离型开关电源双闭环数字控制电路如图3-5所示。MCS-51单片机与上位机通过RS232串口连接，可在线调试。
图3-5 全桥DC/DC隔离型开关电源双闭环数字控制电路
四、全桥整流/逆变型电源
1、主电路
全桥逆变电路如图4-1所示。输入为36V直流电压，可分为正弦波恒压输出和正弦波恒流输出两种。
图4-1 全桥逆变电路
全桥逆变电路中的开关器件都选用MOS管，型号为： IRF510A（100V/5.6A）。
L：2mH C
1：36uF C
2：12uF
2、驱动电路（IR2110）
IR2110的驱动电路及死区延时控制电路见图3-2与图3-3所示。
图4-1中drv1与drv4的控制信号为图3-3中的PWM1_OUT，drv3与drv2的控制信号为PWM2_OUT。
3、数字控制
采用MCS-51单片机，纯软件省去SG3525，闭环数字控制电路分为正弦波恒压输出和正弦波恒流输出两种，如图4-2和图4-3所示。正弦波恒压输出采用电压闭环反馈控制方式，正弦波恒流输出采用电流闭环反馈控制方式。
电压电流值均采用变送器测得，然后经过电压跟随，送入AD。
单片机读取AD获得的电压电流值，经过相应的算法程序运算，输出PWM波给驱动电路，控制MOS管的通断状态，获得希望的输出电压电流波形。。