升壓斬波電路課程設(shè)計(jì)

1、 課程設(shè)計(jì)說明書 升壓直流斬波 院 、 部： 電氣與信息工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 唐浩指導(dǎo)教師： 肖文英 職稱 副教授 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 電氣本1205班 完成時(shí)間： 2015年5月26日 摘要斬波電路作為將直流電變成另一種固定電壓或可調(diào)電壓的dc-dc變換器，包括直接直流電變流電路和間接直流電變流電路。直接直流電變流電路也稱斬波電路，它的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩?調(diào)電壓的直流電，一般是指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟?，這種情況下輸入與輸出之間不隔離。間接直流變流電路是在直流變流電路中增加了交流環(huán)節(jié)，在交流環(huán)節(jié)中通常采用變壓器實(shí)現(xiàn)輸入輸出間的隔離，因此也稱帶隔離的直流直

2、流變流電路或直交直電路。直流斬波電路的種類有很多，包括六種基本斬波電路：降壓斬波電路，升壓斬波電路，升降壓斬波電路,cuk斬波電路，sepic斬波電路和zeta斬波電路，利用不同的斬波電路的組合可以構(gòu)成符合斬波電路，如電流可逆斬波電路，橋式可逆斬波電路等。利用相同結(jié)構(gòu)的基本斬波電路進(jìn)行組合，可構(gòu)成多相多重?cái)夭娐?。關(guān)鍵字：直流斬波；升壓斬波；變壓器abstractcurrent chopper circuit as a fixed voltage or dc into another adjustable voltage dc - dc converter, including direct

3、and indirect dc dc converter circuit converter circuit. dc converter circuit is also called directlychopper circuit, its function is to change the dc into another fixed voltage or 5 adjustable voltage direct current (dc), generally refers to the directly to the direct current into another, this kind

4、 of circumstance not isolation between the input and output. indirect dc converter circuit is in the dc converter circuit increases the communication link, usually in the communication link between the input and output is realized by using transformer isolation, therefore also calls the dc dc conver

5、ter circuit with isolation or rectangular straight circuit. kinds of dc chopper circuit has a lot of, including six basic chopper circuit: buck chopper circuit, boost chopper circuit, buck chopper circuit, cuk chopper circuit, sepic chopper circuit and zetachopper circuit, using a combination of dif

6、ferent chopper circuit can conform to the chopper circuit, such as current reversible chopper circuit, bridge type reversible chopper circuit, etc. using basic chopper circuit on the structure of the same combination, can constitute a heterogeneous multiple chopper circuit.keywords: dc chopper; boos

7、t chopper; transformer目 錄第1章緒論1第2章升壓直流斬波電路的設(shè)計(jì)思想32.1升壓直流斬波電路原理32.2參數(shù)計(jì)算4第3章升壓直流斬波電路驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)5第4章升壓直流斬波電路保護(hù)電路設(shè)計(jì)64.1過電流保護(hù)電路64.2過電壓保護(hù)電路6第5章升壓直流斬波電路總電路的設(shè)計(jì)8第6章升壓直流斬波電路仿真96.1仿真模型的選擇96.2仿真結(jié)果及分析9第7章設(shè)計(jì)總結(jié)12參考文獻(xiàn)13致謝15附錄16第1章 緒論升壓直流電路作為將直流電變成另一種固定電壓或可調(diào)電壓的 dc-dc 變換器 ,在直流傳動(dòng)系統(tǒng)、充電蓄電電路、開關(guān)電源、電力電子變換裝置及各種用電設(shè)備中得到普通的應(yīng)用。隨之出現(xiàn)了諸

8、如降壓電路、升降壓電路、復(fù)合電路等多種方式的變換電路。直流斬波技術(shù)已被廣泛用于開關(guān)電源及直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中，使其控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)、節(jié)約電能的效果。早期的直流裝換電路，電路復(fù)雜、功率損耗、體積大，使用不方便。晶閘管的出現(xiàn)為這種電路的設(shè)計(jì)又提供了一種選擇。晶閘管（thyristor）是晶體閘流管的簡稱，又可稱做可控硅整流器，以前被簡稱為可控硅；晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過程可以控制、被廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無觸點(diǎn)電子開關(guān)、逆變及變頻等電子電路中。它電路簡單體積小，便于集成；功率損耗少，符合當(dāng)今社會(huì)生產(chǎn)的要求；所以在直流轉(zhuǎn)換電路中使用晶閘管是一

9、種很好的選擇。1.1主要元件介紹1.1.1 igbt介紹本設(shè)計(jì)基于電力電子技術(shù)課程，充分使用全控型晶閘管igbt設(shè)計(jì)電路，實(shí)現(xiàn)升壓直流。igbt絕緣柵雙極型晶體管，是由bjt(雙極型三極管)和mos(絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件, 兼有mosfet的高輸入阻抗和gtr的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。gtr飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大;mosfet驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。igbt綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600v及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。1.

10、1.2 驅(qū)動(dòng)電路m57962l簡介 m57962l是由日本三菱電氣公司為驅(qū)動(dòng)igbt而設(shè)計(jì)的厚膜集成電路(hybrid integrated circuit for driving igbt modules) 。在驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部裝有2500v高隔離電壓的光電耦合器，過流保護(hù)電路和過流保護(hù)輸出端子，具有封閉性短路保護(hù)功能。m57962l是一種高速驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)信號(hào)延時(shí)tplh 和tphl最大為1.50s。可以驅(qū)動(dòng)600v/400v 級(jí)的igbt模塊。m57962l工作程序:當(dāng)電源接通后，首先自檢，檢測igbt是否過載或短路。若過載或短路， igbt 的集電極電位升高，經(jīng)外接二極管流入檢測電路的電流

11、增加，柵極關(guān)斷電路動(dòng)作，切斷igbt的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)在“8”腳輸出低電平“過載/短路”指示信號(hào)。lgbt正常時(shí)，輸入信號(hào)經(jīng)光電耦合接口電路，再經(jīng)驅(qū)動(dòng)級(jí)功率放大后驅(qū)動(dòng)igbt。 1.1.3 m57962l的工作原理 m57962l采用雙電源+ vcc和vee ，原理結(jié)構(gòu)圖如圖1-1所示。電路組成： (1) 放大隔離電路； (2) 定時(shí)復(fù)位電路；(3) 過流檢測電路； (4) 過流輸出電路。圖1-1 m57962l原理機(jī)構(gòu)圖第2章 升壓直流斬波電路的設(shè)計(jì)思想2.1升壓直流斬波電路原理升壓直流變流器用于需要提升直流電壓的場合，其原理圖如圖1-2所示。在電路中v導(dǎo)通時(shí)，電流由e經(jīng)升壓電感l(wèi)和v形成

12、回路，電感l(wèi)儲(chǔ)能；當(dāng)v關(guān)斷時(shí)，電感產(chǎn)生的反電動(dòng)勢和直流電源電壓方向相同互相疊加，從而在負(fù)載側(cè)得到 圖2-1 升壓直流斬波電路原理圖高于電源的電壓，二極管的作用是阻斷v導(dǎo)通是，電容的放電回路。調(diào)節(jié)開關(guān)器件v的通斷周期，可以調(diào)整負(fù)載側(cè)輸出電流和電壓的大小。假設(shè)l值、c值很大，v通時(shí)，e向l充電，充電電流恒為，同時(shí)c的電壓向負(fù)載供電，因c值很大，輸出電壓為恒值,記為。設(shè)v通的時(shí)間為，此階段l上積蓄的能量為e。v斷時(shí)，e和l共同向c充電并向負(fù)載r供電。設(shè)v斷的時(shí)間為，則此期間電感l(wèi)釋放能量為： （1-1）穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期t中l(wèi)積蓄能量與釋放能量相等 （1-2）化簡得： （1-3）上式中，輸出電壓高于電

13、源電壓，故稱升壓斬波電路。升壓比，調(diào)節(jié)其即可改變。將升壓比的倒數(shù)記作，即。和導(dǎo)通占空比，有如下關(guān)系： （1-4）因此，式（1-2）可表示為： （1-5）升壓斬波電路之所以能使輸出電壓高于電源電壓，關(guān)鍵有兩個(gè)原因:一是l儲(chǔ)能之后具有使電壓泵升的作用，二是電容c可將輸出電壓保持住。在以上分析中，認(rèn)為v處于通態(tài)期間因電容c的作用使得輸出電壓uo不變，但實(shí)際上c值不可能為無窮大，在此階段其向負(fù)載放電，u。必然會(huì)有所下降，故實(shí)際輸出電壓會(huì)略低于理論所得結(jié)果，不過，在電容c值足夠大時(shí)，誤差很小，基本可以忽略。2.2參數(shù)計(jì)算由直流斬波電路的原理可知 （1-6）又輸入電壓為輸入直流電壓范圍：50v100v，要

14、求輸出直流電壓：80v。所以只要根據(jù)輸入的電壓控制全控晶閘管igbt關(guān)斷的時(shí)間和開通的時(shí)間比就可，即升壓比就可得到所需電壓。由計(jì)算得： （1-7）又因?yàn)橐筝敵龉β蕄=100w, =340v （1-8）得： r= （1-9） 第3章 升壓直流斬波電路驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)升壓電路所用全控型晶閘管igbt是電壓型驅(qū)動(dòng)器件。igbt的柵射極之間有數(shù)千皮法左右的極間電容，為快速建立驅(qū)動(dòng)電壓，要求驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸出電阻使igbt開通的柵射極間的驅(qū)動(dòng)電壓一般取1520v。同樣，關(guān)斷時(shí)施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓（-5-15v）有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。在柵極串入一只低值電阻可以減小寄生振蕩。igbt的驅(qū)動(dòng)多采

15、用專用的混合驅(qū)動(dòng)集成驅(qū)動(dòng)器，本次采用m57962l驅(qū)動(dòng)器。如圖2-2驅(qū)動(dòng)電路圖所示。又由產(chǎn)品信息知m57962l驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部具有退飽和和檢測和保護(hù)環(huán)節(jié)，當(dāng)發(fā)生過電流時(shí)能快速響應(yīng)但慢速關(guān)斷igbt，并向外部電路發(fā)出故障信號(hào)。圖3-1升壓直流斬波驅(qū)動(dòng)電路第4章 升壓直流斬波電路保護(hù)電路設(shè)計(jì)4.1過電流保護(hù)電路電力電子電路運(yùn)行不正常或者發(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)發(fā)生過電流。過電流分為過載和短路兩種情況。通常采用的保護(hù)措施有：快速熔斷器、直流快速斷路器和過電流繼電器。一般電力電子裝置均同時(shí)采用集中過流保護(hù)措施，以提高保護(hù)的可靠性和合理性。綜合本次設(shè)計(jì)電路的特點(diǎn)，采用快速熔斷器，即給晶閘管串聯(lián)一個(gè)保險(xiǎn)絲實(shí)施電流保

16、護(hù)。如圖3-1電流保護(hù)電路所示。圖4-1升壓直流斬波電路過流保護(hù)電路對于所選的保險(xiǎn)絲，遵從值小于晶閘管的允許值。4.2過電壓保護(hù)電路電力電子裝置中可能發(fā)生的過電壓分為外因過電壓和內(nèi)因過電壓兩類。外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原因。本設(shè)計(jì)主要用于室內(nèi)，為了使用方便不考慮來自雷擊的威脅。操作過電壓是由分閘、合閘的開關(guān)操作引起的過電壓，電網(wǎng)側(cè)的操作過電壓會(huì)由供電變壓器磁感應(yīng)耦合，或由變壓器繞組之間存在的分布電容靜感應(yīng)耦合過來。內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程，包括：換相過電壓，關(guān)斷過電壓。根據(jù)以上產(chǎn)生過電壓的的各種原因，設(shè)計(jì)相應(yīng)的保護(hù)電路。如圖2-4過壓保護(hù)電路所示。

17、其中：圖中是利用一個(gè)電阻加電容進(jìn)行電壓抑制，當(dāng)電壓過高時(shí)，保護(hù)電路中的電容會(huì)阻礙其電壓的上升，從而使得電力電子器件igbt管因電壓的的過高厄爾損壞。圖4-2中的電阻可以是1k左右的電阻，而電容的值可以為100f左右，這樣形成一個(gè)保護(hù)電路。圖4-2直流斬波電路過電壓保護(hù)電路第5章 升壓直流斬波電路總電路的設(shè)計(jì)如圖5-1總電路設(shè)計(jì)圖所示。電路由升壓電路，驅(qū)動(dòng)模塊、保護(hù)模塊、緩沖電路組成。圖5-1升壓直流斬波電路總電路由m57862l芯片為核心構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路，控制igbt的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，從而控制電路的升壓比，使其達(dá)到： （5-1）進(jìn)而使輸出電壓達(dá)到目的值。升壓電路時(shí)整個(gè)電路的核心，由一個(gè)igbt和

18、電容、電感值都很大的電容電感各一個(gè)。r為輸出負(fù)載，電壓由此輸出。因?yàn)檩敵龉β适且欢ǖ?00w，從而r為定值1156。其中保護(hù)電路包括過電壓保護(hù)和過電流保護(hù)。第6章 升壓直流斬波電路仿真6.1仿真模型的選擇在本次的設(shè)計(jì)中，采用了matlab軟件作為仿真工具來進(jìn)行電路的模擬。首先畫出電路的結(jié)構(gòu)圖如下所示：圖6-1升壓直流斬波電路仿真電路模擬圖由上圖中我們可以看到，在電路中，在igbt的兩端加了脈沖觸發(fā)電壓，控制開關(guān)的關(guān)斷，以便得到升壓的電壓。6.2仿真結(jié)果及分析6.2.1仿真電路及其仿真結(jié)果(1).仿真電路圖 圖6.2.升壓斬波的matlab電路的模型(2)matlab的.仿真結(jié)果如下： 圖6.3

19、 =0.2時(shí)的仿真結(jié)果 圖6.4=0.4時(shí)的仿真結(jié)果 圖6.5 =0.6時(shí)的仿真結(jié)果圖6.6 =0.8時(shí)的仿真結(jié)果 圖6,7 =0.99時(shí)的仿真結(jié)果(3)仿真結(jié)果分析由公式可得：當(dāng)時(shí)，=44=0.4時(shí)，=88。=0.6時(shí)，=132。=0.8時(shí)，=176。=0.99時(shí)，=217.8。上面的數(shù)據(jù)與理論值相同，由于使用的是仿真軟件所以沒有誤差。第7章 設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過不懈的努力我終于順利的完成了此次升壓直流斬波電路的仿真，其中遇到了許多的問題和困難，但是也學(xué)到了很多的知識(shí)。遇到的問題和困難：1. 由于事先理論知識(shí)預(yù)習(xí)的不夠充分，所以很多計(jì)算問題困難重重，再次花費(fèi)大量時(shí)間去研究，造成實(shí)驗(yàn)進(jìn)度大大減速，效率

20、降低。2. 選取實(shí)驗(yàn)元器件時(shí)，由于缺乏實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，常常出現(xiàn)用錯(cuò)元器件，造成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差很大，重復(fù)實(shí)驗(yàn)多次。 3. 在用matlab軟件仿真是遇到了許多操作上的問題，致使仿真花費(fèi)的很多時(shí)間才達(dá)到有效效果。學(xué)到的知識(shí)：(1) 通過這次課程設(shè)計(jì)我夯實(shí)了電力電子的基礎(chǔ)知識(shí)。(2) 對直流斬波電路有了更深層次的理解。(3) 對matlab軟件和電路原理圖的設(shè)計(jì)有了初步了解。 參考文獻(xiàn)1王兆安、黃俊電力電子技術(shù)（第4版）機(jī)械工業(yè)出版社，2000wilsun xu.a, novak s. power electronic technology (fourth edition). machinery ind

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