升压斩波电路

升压斩波电路（总15页）-本页仅作为预览文档封面，使用时请删除本页-目录引言1升压斩波工作原理.错.误.!.未.定.义.书.签.。主电路工作原理.错.误.!.未.定.义.书.签.。2升压斩波电路的典型应用错.误.!.未.定.义.书.签.。.3设计内容及要求错.误.!.未.定.义.书.签.。31输出值的计算错.误.!.未.定.义.书.签.。4硬件电路错.误.!.未.定.义.书.签.。.控制电路错.误.!.未.定.义.书.签.。触发电路和主电路错.误.!.未.定.义.书.签.。.元器件的选取及计算错.误.!.未.定.义.书.签.。.5.仿真错.误.!.未.定.义.书.签.。.6结果分析错.误.!.未.定.义.书.签.。7小结.错.误.!.未.定.义.书.签.。8.参考文献错.误.!.未.定.义.书.签.。错.误.!.未.定.义.书.签.。引言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1升压斩波工作原理主电路工作原理1）工作原理假设L和C值很大。V处于通态时，电源E向电感L充电，电流恒定11,电容C向负载R供电，输出电压Uo恒定。V处于断态时，电源E和电感L同时向电容C充电，并向负载提供能量。M1J-4-S-12qTEFfi4fl-7UTTt：t47MFa.ftiF+4-100VITT图升压斩波电路主电路图首先假设电感L值很大，电容C值也很大。当V-G为高电平时，Q1导通,12V电源向L充电，充电基本恒定为1，同时电容C上的电压向负载R供电，因C值很大，基本保持输出电压Uo为恒值，记为Uo。设V处于通态的时间为ton此阶段电感L上积储的能量为EIt1 on当V处于段态时E和L共同向电容C充电，并向负载R提供能量。设V处于段态的时间为爲，则在此期间电感L释 放的能量为（U0-E）Iitoff。当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积储的能 量于释放的能量相等，即EIt = (U -E)It1 on01 off化简得t +1-onofftoffTE 二 一Etoff(1-2)上式中的T/off -1，输出电压高于电源电压。式（1T）中T/Iff为升压比，调 节其大小即可改变输出电压Uo的大小。2）数量关系设V通态的时间为t ，此阶段L上积蓄的能量为：E 11Tonm 1 on设V断态的时间为t ，则此期间电感L释放能量为：（E-E）12Toffm 2 off稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等：ton + tTU =E =Ef/（1-3）T/t 1，输出电压高于电源电压，故为升压斩波电路。offT/t-升压比;升压比的倒数记为B，即旷康。又因为a+P=1o所以：offT(1-|E=占4)电压升高得原因：电感L储能使电压泵升的作用，电容C可将输出电压保 持住。2升压斩波电路的典型应用图用于直接电动机回馈能量的升压斩波电路图通常用于直流电动机再生制动时把电能回馈给直流电源实际L值不可能为无穷大，因此有电动机电枢电流连续和断续两种工 作状态电机反电动势相当于图中的电源，此时直流电源相当于图中的 负载。由于直流电源的电压基本是恒定的，因此不必并联电容器。基于“分段线性”的思想进行解析V处于通态时，设电动机电枢电 流为得下式d i .L i + Ri = E（ 2-1）d t1 m式中R为电机电枢回路电阻与线路电阻之和。设i的初值为I，解上式得.丄 Ei = I e t + m1 101 1 0(2-2)1 e t丿当V处于断态时，设电动机电枢电流为i2，得下式：(2-3)L 巴 + Ri E E d t 2 m设i的初值为I，解上式得:2 2 0.上E E1 I e t m2 20R用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路波形:图电流连续升压斩波电路波形图电流断续升压斩波电路波形当电流连续时，从图的电流波形可看出，t=t时刻i1on1I ， t二 t2 0off时刻i2=Iio，由此可得10-hon(1 - e-卩p) Em I1 - e-p 丿(2-5)(2-6)把上面两 式用泰勒 级数线性近 似，得10I - p )_20R2-7)该式表示了 L为无穷大时电枢电流的平均值I,即O2-8)I =（m -P）E = Em-PEoR R对电流断续工作状态的进一步分析可得出：电流连续的条件为1 e-Bpm(2-9)1 - e -p根据此式可对电路的工作状态作出判断3 设计内容及要求1、输入直流电压：U=50V ；d2、输出功率： 150W；3、开关频率： 10kHz；4、占空比： ；5、电阻性负载；6、输出电压脉率：小于 10%。31 输出值的计算由电路原理分析可知：U 二 DU 二 2 X 50V 二 100V 2dU 二 1.1U 二 110V2 0=810c U21102R = 2 =P 150U=罟=1-AAI DESG3525 -I11图控制电路的protel设计触发电路和主电路外接220V交流电压经过变压器T1和不控整流电路得到50V的直流电压E 作为Boost Chopper的输入电压给Boost Chopper供电。为使IGBT在过压 时不至于损害和抑制IGBT的电流变化过快及其两端电压变化过快而给IGBT带 来的损害，在主电路中为其加入缓冲电路和过压保护电路是必要的。触发电路以专用的PWM控制芯片SG3525为核心构成，控制电路输出占空比 可调的矩形波形，占空比受Uco的控制（如图1-13）。触发电路输出的矩形波 经光耦合驱动电路控制主电路中I GBT的开通和关断。电路设计好后主电路中的电感电容值已确定，此时只要调节触发波形的占 空比即可调节Boost Chopper输出电压。电路设计好后主电路中的电感电容值 已确定，此时只要调节触发波形的占空比即可调节Boost Chopper输出电压。 占空比越大，Boost Chopper的输出电压值越大.图boost chopper触发电路及主电路图元器件的选取及计算本硬件试验中缓冲电路选取的是充放电型RCDH缓冲电路，也是一种耗能型 缓冲电路。其中应用元件需要要结合实际的情况进行选择。其中的吸收电容“ 的选择可以采用一下公式：LsloCs(UPK + U ；(4-1)电路中的电阻Rs不宜过大，如太大放电时间过长，电不 能完全放掉。但Rs太小，在器件导通时，Rs放电电流过大、过快，可能危 及器件的安全，也可能引起振荡。一般的，电阻选择参考下面的公式：I 一 :(4-2)其中Ls主电路电感，主要是没有续流时的杂散电感；I、啟上的最大 充电电压；一电源电压；Io-负载电流；开关频率。需要注意的是，电 容应该选择无感电容；电阻要注意它的功耗，应选择相应的功率电阻；吸收模 块的制作要注意绝缘。IGBTG过压保护电路、触发电路和驱动电路中元器件的选取可才参照电力 电子设备设计和应用技术手册等相关电力电子设计手册也可以在后面参考文献 列出的相关手册中查找。5仿真主电路原理图如图所示其工作原理，前言中已说明，这里再补充说明电路 中的几个模块。IGBT用理想的方波发生器触发，周期设为，最大值设为10V, 通过调占空比来调输出电压。其保护电路，触发电路将在pro tel中实现。示波器用来观察电感电流，电源电压波形和负载电压输出波形。图主电路原理图占空比为30%，电感为27e-5H,电容为375e-6F,电阻为81Q图脉冲、电感电流和负载电压仿真图1占空比为40%，电感为27e-5H,电容为375e-6F,电阻为81Q图脉冲、电感电流和负载电压仿真图2占空比为50%，电感为27e-5H,电容为375e-6F,电阻为81Q图脉冲、电感电流和负载电压仿真图36 结果分析从计算公式及仿真图分析得出：1)2)3)占空比a越大负载输出电压越大，调节时间越长; 电容 C 值越大峰值时间越大，第一个峰值越大； 电感 L 值越大峰值时间越大，调节时间越大。7 小结一个星期的课程设计，使我有了很多的心得体会，可以说这次直流电机斩波电路的课程设计是在大家共同努力和在老师的精心指导下共同完成的。通过这次设计加深了我对这门课程的了解，以前总是觉得理论结合不了实 际，但通过这次设计使我认识到了理论结合实际的重要性。但由于我知识的限 制，设计还有很多不足之处，希望老师指出并教导。通过对电路图的研究，也增强了我们的思考能力。另外，在使用 protel 软 件绘制电路图的过程中，我学到了很多实用的技巧，这也为以后的工作打下了 很好的基础。从开始任务到查找资料，到设计电路图，到最后的实际接线过程 中，我学到了课堂上学习不到的知识。上课时总觉得所学的知识太抽象，没什 么用途，现在终于认识到它的重要性。课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题, 锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。很感 激学校给了我们这次动手实践的机会，让我们学生有了一个共同学习，增长见 识，开拓视野的机会。也感谢老师对我们无私忘我的指导，我会以这次课程设 计作为对自己的激励，继续学习。8 参考文献1王兆安,黄俊.电力电子技术（第四版）.北京: 机械工业出版社,20002康华光,陈大钦.电子技术基础（第四版）. 北京: 高等教育出版 社,19983 张义和.Protel DXP电路设计快速入门.北京:中国铁道出版社,20034 张乃国电源技术北京：中国电力出版社，19985 何希才新型开关电源设计与应用北京：科学出版社，20016 阮新波，严仰光直流开关电源的软开关技术北京：科学出版社， 20007 陈汝全电子技术常用器件应用手册机械工业出版社8 陈礼明实际直流斩波电路中若干问题的浅析梅山科技，2005 附录表 1-1 元器件明细表序号元器件型号备注1IGBT2MB150N-60功耗为250W的绝缘栅型双极性晶体管2电容器PF45容量取用J二1卩F，耐压250V滤波电容器3二极管31DF2额定电流为5A的电力二极管4熔断器RLS-10额定电流为5A的快速熔断器5整流二极管ZP- 5额定电流为5A的整流一极管