多重化級(jí)聯(lián)升壓斬波電路.docx

學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告摘 要：2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)31.1系統(tǒng)概述31.2整體結(jié)構(gòu)圖片4電路設(shè)計(jì)52.1升壓斬波電路的工作原理52.1升壓斬波電路的工作原理52.2級(jí)聯(lián)方式可切換型Boost變換器工作原理62.3 IGBT驅(qū)動(dòng)電路8軟件設(shè)計(jì)10實(shí)驗(yàn)結(jié)果11附錄12摘 要：多重化技術(shù)是一種將原有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過(guò)并聯(lián)、串聯(lián)或者級(jí)聯(lián)等方式重構(gòu)出新的變換器拓?fù)湫问?，從而降低單個(gè)電路單元所承擔(dān)的傳輸功率，提高系統(tǒng)整體的功率等級(jí)的變流技術(shù)。傳統(tǒng)多重化Boost斬波變換器受結(jié)構(gòu)因素影響，難以獲得較高的升壓比，因此，本技術(shù)報(bào)告針對(duì)一種級(jí)聯(lián)方式可切換型Boost變換器進(jìn)行研究與改進(jìn)。該變換器通過(guò)采用多重化結(jié)構(gòu)不僅降低了單個(gè)組成單元的功率傳輸?shù)燃?jí)，而且通過(guò)改變連接各單元間IGBT的通斷狀態(tài)，調(diào)整單個(gè)Boost電路單元輸出端電壓。與傳統(tǒng)的采用并聯(lián)或串聯(lián)方式構(gòu)成的多重化Boost斬波變換器相比，該種變換器具有較大的升壓比。關(guān)鍵詞：多重化Boost變換器，級(jí)聯(lián)方式可切換，較大升壓比。1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.1系統(tǒng)概述該系統(tǒng)包括主電路與控制電路兩個(gè)部分，其中主電路由兩個(gè)Boost電路通過(guò)兩個(gè)并聯(lián)二極管和一個(gè)串聯(lián)IGBT組合而成，控制電路包括以TMS320F28335為核心的主控板、外部供電路以及邏輯電路。圖1為整體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖1.1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖1.2整體結(jié)構(gòu)圖片圖1.2整體結(jié)構(gòu)2 電路設(shè)計(jì)2.1升壓斬波電路的工作原理升壓斬波電路的原理圖如圖2.1所示。該電路也是使用一個(gè)全控型器件。圖2.1 Boost升壓斬波電路分析升壓斬波電路的工作原理時(shí)，首先假設(shè)電路中電感L值很大，電容C也很大。當(dāng)可控開(kāi)關(guān)T處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，充電電流基本恒定為，同時(shí)電容C上的電壓向負(fù)載R供電。因C值很大，基本保持輸出電壓Uo恒定。設(shè)V處于通態(tài)時(shí)間為，此階段電感L上積蓄的能量為。設(shè)T處于斷態(tài)時(shí)E和L共同向電容C充電并向負(fù)載R提供能量。設(shè)T處于斷態(tài)時(shí)間為，則在此期間電感L釋放的能量為 。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中電感L積蓄的能量與釋放的能量相等，即，式中，輸出電壓高于電源電壓，故稱(chēng)該電路為升壓斬波。也有的文獻(xiàn)中直接采用其英文名稱(chēng)，稱(chēng)之為boost變換器（Boost Converter）。上式中表示升壓比，調(diào)節(jié)其大小，即可改變輸出電壓的大小，占空比也可以用來(lái)進(jìn)行表示，將升壓比的倒數(shù)記作，即。則和占空比有如下關(guān)系 +=1。因此，輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系可表示為。2.2級(jí)聯(lián)方式可切換型Boost變換器工作原理級(jí)聯(lián)方式可切換型Boost變換器的結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。圖2.2 多重升壓斬波電路由圖2.2可以看出，當(dāng)T3導(dǎo)通時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)Boost電路的串聯(lián)，電流回路如圖2.3所示。圖2.3工作在串聯(lián)模式下的電流回路此時(shí)輸入輸出電壓的數(shù)學(xué)關(guān)系如下：式中，Ton為通斷時(shí)長(zhǎng)，T為IGBT開(kāi)關(guān)頻率。當(dāng)T3斷開(kāi)時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)Boost電路的并聯(lián)。電流回路如圖2.4。圖2.4 工作在并聯(lián)模式下的電流回路此時(shí)輸出電壓數(shù)學(xué)公式如下：2.3 IGBT驅(qū)動(dòng)電路該作品中使用采用M57962L作為核心的驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片是一種專(zhuān)用的驅(qū)動(dòng)厚膜電路，有如下特點(diǎn)：（1）采用光耦實(shí)現(xiàn)電氣隔離，光耦是快速型的適合于高頻運(yùn)行，光耦的原邊在設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)串入了電阻，可以把+5V電壓直接加到輸入端。（2）信號(hào)傳輸延遲時(shí)間短，低電平高電平的傳輸時(shí)間以及高電平低電平的傳輸時(shí)間都在1.5us以下。（3） 具有過(guò)流保護(hù)功能。M57962L通過(guò)檢測(cè)IGBT的飽和壓降來(lái)判斷IGBT是否過(guò)流，一旦過(guò)流，M57962L將對(duì)IGBT實(shí)施軟關(guān)斷，并輸出故障電流。本作品所應(yīng)用的電路是M57962L的典型電路，所采用的是單電源供電，只給驅(qū)動(dòng)器的輔助電源VCC端供給24V 電壓, 驅(qū)動(dòng)器輔助電源的VEE端聯(lián)到了VCC的接地端。在輸入信號(hào)的前端，使用了光纖來(lái)傳遞信號(hào)，這樣做有以下的優(yōu)點(diǎn)，傳輸損耗小，通頻帶寬，可以達(dá)到數(shù)kHz級(jí)別，還有就是光纖是絕緣體，因而不受電磁干擾。除此還有一點(diǎn)就是隔離了控制器，除了上一級(jí)別的光耦外，又增加了一層保護(hù)，做到了雙重保險(xiǎn)，保護(hù)了控制器的安全工作。驅(qū)動(dòng)電路中所采用的是單電源供電，只給驅(qū)動(dòng)器的輔助電源VCC端供給24V 電壓, 驅(qū)動(dòng)器輔助電源的VEE端聯(lián)到了VCC的接地端。VD4是雙向限幅器，穩(wěn)壓管VD1對(duì)D1起到保護(hù)作用，防止D1被擊穿，R1起到門(mén)極限流作用。工作過(guò)程：Vi引腳接輸入信號(hào)，這時(shí)引腳輸出正電壓使IGBT正常工作，同時(shí)，檢測(cè)引腳檢測(cè)信號(hào)正常，一切電路正常工作。當(dāng)發(fā)生短路或過(guò)載時(shí)，IGBT的集電極電壓超過(guò)30V，從而D1截止，檢測(cè)引腳檢測(cè)到故障信號(hào)，同時(shí)引腳輸出負(fù)壓使IGBT迅速可靠關(guān)斷。這里在輸入端以前的電路引用了與非門(mén)芯片SN55451,目的就是要求DSP施發(fā)的邏輯狀態(tài)和的電壓高低狀態(tài)嚴(yán)格一致，從而避免了有可能在先啟動(dòng)升壓模塊而后啟動(dòng)控制模塊時(shí)造成短路電流。具體電路如圖2.5圖2.5 基于M57962L的IGBT驅(qū)動(dòng)電路3 軟件設(shè)計(jì)在DSP編程中主要用到了兩個(gè)模塊，PWM模塊，AD采樣模塊。在PWM模塊中要求產(chǎn)生三路PWM信號(hào)，作為IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其占空比會(huì)隨需求改變而變化，具體變化從20%到80%可調(diào)。AD采樣環(huán)節(jié)采取五路信號(hào)，分別是boost電路輸入端一路的電壓、電流，輸入端二路的電壓、電流和boost電路輸出端的電壓。再在此基礎(chǔ)上應(yīng)用經(jīng)典PI算法來(lái)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，在可允許誤差范圍內(nèi)達(dá)到我們的設(shè)定值。