摘要：直流切割电路是将固定直流电压转换为可变直流电压的电路，广泛应用于开关电源和直流电机驱动。本文分析了直流切割电路的设计原理，并基于MATLAB/Simulink该软件构建了升降压直流斩波电路的模型，通过模拟获得了直观的升降压关系，加深了对直流斩波电路的理解，为后续斩波电路的研究奠定了基础。
关键词:直流斩波电路；升压斩波电路；降压斩波电路；MATLAB/Simulink
直流斩波电路是将固定直流电压转换为可变直流电压的电路，又称直流变换技术。广泛应用于开关电源和直流电机驱动，如不间断电源(UPS)、无轨电车、地铁列车、电池供电车、地铁列车、电池供电机动车无级变速、电动汽车控制等。可调直流电源可通过设计不同的直流变换电路来满足不同设备的性能需求。
直流斩波电路按变换电路的功能分为：升压式变换(Boost Converter)、降压式变换(Buck Converter)、升降压变换(Boost-Buck Converter)、Cuk变换(CukConverter)、Sepic变换(Sepic Converter)和Zeta变换(ZetaConverter)。
本文以升压变换电路和降压变换电路为例，分析其设计原理，推导理论公式MATLAB/Simulink该软件构建了直流斩波升降压电路的模型。
1升压直流斩波电路分析
1.介绍工作原理
顾名思义，升压直流斩波电路的输出电压总是高于输入电压，其主电路如图1所示，可控开关VT、储能电感L、升压二极管VD由滤波电容C组成。
升压斩波电路的基本工作原理是：可控开关VT电源E经开关处于通态时VT为电感L提供能量，二极管VD承受反压而截止，负载R所消耗的能量由电容c提供，此时负载电压等于电容电压。当可控开关VT二极管处于断态状态VD电源E和电感L叠加在一起，向电容C充电，并为负载R提供能量。
假设电路输出端滤波器电容C足够大，以确保输出电压恒定，电感L值也很大，电路数量关系计算如下：设置VT通态时间为ton，现阶段L上储存的能量是EI1ton，设VT断态时间为toff，现阶段电感释放能量(U0-E)I1toff。在稳态工作时，电感电压处于一个周期(T=ton toff)中累能量等于释放能量，即：
化简得：
(1-1)
1.2MATLAB/Simulink建模与仿真
为进一步分析升压直流斩波电路的实际工作，利用MATLAB/Simulink软件构建其模拟模型。可控开关VT全控型装置IGBT各支路电流和电压表的波形监测由示波器组成，如图2所示。
设置参数时，直流电压源E为24V，IGBT脉冲周期为0.2ms脉冲触发，脉冲宽度设置为80，即一个周期的80%开关VT导通，20%开关VT输出电压平均值按理论公式计算：
对于仿真过程中电压波动幅值较大，应增加滤波电容或者提高变换效率。
2降压直流斩波电路分析
2.介绍工作原理
降压直流斩波电路是输入电压的降压变换，主电路如图4所示，可控开关VT、滤波电容C、储能元件L和续流管VD组成。
当可控开关时，减压斩波电路的基本工作原理是：VT通态时，VD电源通过开关承受反压而停止VT储存能量并向负载供电和负载电压U0=E-UL。当可控开关VT断态时，电感L产生感应电势，二极管VD导流连续，负载电压U0=-UL。
(2-1)
当ton
2.2 MATLAB/Simulink建模与仿真
同1.2，利用MATLAB/Simulink建模构建其模拟模型，如图5所示。在设置参数时，直流电压源E设置为200，因为关注降压过程V，IGBT脉冲宽度设置为50，即一个周期的50%开关VT导通，50%开关VT关闭。输出电压平均值按理论公式(2-1)计算:
模拟输出电压u0波形如D6(a)如图6所示，负载供电电流波形(b)所示。负载上的电压u0从零开始迅速上升，最终稳定在100V左右，与理论值一致，达到降压的目的。其电压波动幅值较大，将电感从原来L=0.1H扩大10倍至L=IH，输出电压波动变缓，最终稳定在100V，如图7所示。
3结论
本文分析了直流斩波电路中升降压变换电路的设计原理，并在此基础上推导了其理论公式MATLAB/Simulink该软件构建了升降压直流斩波电路的模型。通过模拟，波形输出结果与理论计算值一致，通过增加电感和电容或提高电路效率来抑制输出电压波动，对直流斩波电路有更直观的理解。