升壓斬波電路設(shè)計(jì)

1、電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目：升壓斬波電路設(shè)計(jì)學(xué) 院:專(zhuān) 業(yè):學(xué) 號(hào):姓 名:指導(dǎo)教師:完成日期:升壓斬波電路設(shè)計(jì)(一) 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)題目六 升壓斬波電路(BoostChopper)設(shè)計(jì)1,通過(guò)對(duì)Boost Chopper電路的設(shè)計(jì)，掌握Boost Chopper電路 的工作原理，綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，進(jìn)行Boost Chopper電路和系統(tǒng)設(shè) 計(jì)的能力。2 .了解與熟悉Boost Chopper電路拓?fù)?，控制方法? .理解和掌握Boost Chopper電路及系統(tǒng)的主電路，控制電路和 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)方法，掌握器件的選擇計(jì)算方法。40具有一定的電力電子電路及系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和調(diào)試的能力。二.設(shè)計(jì)內(nèi)容及要

2、求對(duì)boost chopper電路的主電路和控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì).該題目分兩組參 數(shù)，每組參數(shù)如下：第一組:直流電壓E=50v,負(fù)載R=20Q,L,C值極大,Em=30V.第二組:直流電壓E=200V,負(fù)載R=20QL,C值極大.設(shè)計(jì)要求：1,理論設(shè)計(jì):了解掌握Boost Chopper電路的工作原理，設(shè)計(jì)Boost Chopper電路的主電路和控制電路.包括:IGBT電流，電壓額定的選擇驅(qū)動(dòng)，保護(hù)電路的設(shè)計(jì)畫(huà)出完整的主電路所用元器件的明細(xì)表2 .仿真實(shí)驗(yàn):利用MATLAB仿真軟件對(duì)Boost Chopper電路主電路和 控制電路進(jìn)行仿真建模，并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)3 .實(shí)際制作：利用PROTEL軟件繪出

3、原理圖，結(jié)合具體所用元器件管 腳數(shù)，外型尺寸，考慮散熱和抗干擾等因素，設(shè)計(jì)PCB印制電路板 最后完成系統(tǒng)電路的組裝，調(diào)試。(-)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)matlab仿真原理升壓斬波電路工作原理主電路工作原理IGBT驅(qū)動(dòng)電路選擇仿真實(shí)驗(yàn)仿真模型仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)論最優(yōu)參數(shù)選擇硬件實(shí)驗(yàn)硬件電路2. 1.1整流電路2. L 2斬波信號(hào)產(chǎn)生電路2. 1.3斬波電路2.1. 4總原理圖2. 1. 5元器件列表PCB印刷電路板制造輸出final三課程設(shè)計(jì)總結(jié)參考文獻(xiàn)摘要本設(shè)計(jì)是基于SG3525芯片為核心控制的PWM升壓斬波電路(Boostchopper).設(shè)計(jì)由Mat lab仿真和Protel兩大部分構(gòu)成。M

4、atlab主要是理論分析，借助其強(qiáng)大的數(shù)學(xué)計(jì)算和仿真功能可也很直觀(guān)的看到PWM控制輸 出電壓的曲線(xiàn)圖。通過(guò)設(shè)置參數(shù)分析輸出與電路參數(shù)和控制量的關(guān)系，最 后進(jìn)行了 GUI編程，利用圖形可視化界面的直觀(guān)易懂的特點(diǎn)，使設(shè)計(jì)摒棄了繁瑣難懂的單一波形和控制方式，從而具有友好界面，非常方便的就可 進(jìn)行控制參數(shù)輸入，和輸出圖像顯示。第二部分是電路板，它可以通過(guò)BluePrint> Kicad、Protel等軟件設(shè)計(jì)完成，其中Protel原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)以其分層次的設(shè)計(jì)環(huán)境，強(qiáng)大的元件及元件庫(kù)的組織功能，方便易用的 連線(xiàn)工具，強(qiáng)大的編輯功能設(shè)計(jì)檢驗(yàn)，與印制電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)的緊密連接, 自定義原理圖模板高質(zhì)量

5、的輸出等等優(yōu)點(diǎn)，和豐富的設(shè)計(jì)法則，易用的編 輯環(huán)境，輕松的交互性手動(dòng)布線(xiàn)，簡(jiǎn)便的封裝形式的編輯及組織，高智能 的基于形狀的自定布線(xiàn)功能，萬(wàn)無(wú)一失的設(shè)計(jì)檢驗(yàn)等印制電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng) 的優(yōu)點(diǎn)，使其在我們學(xué)生選用PCB電路板設(shè)計(jì)軟件中占了絕大部分比重。本設(shè)計(jì)也采用Protel設(shè)計(jì)原理圖，和進(jìn)行PCB板布線(xiàn)。它是本設(shè)計(jì)從理論 到實(shí)際制作的必進(jìn)途徑，通過(guò)設(shè)定相應(yīng)的規(guī)則，足以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)所要求的規(guī) 定。關(guān)鍵字 升壓斬波；SG3525;SIMULINK ; PWM;Protel直流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，在直流傳動(dòng)系 統(tǒng)、充電蓄電電路、開(kāi)關(guān)電源、電力電子變換裝置及各種用電

6、設(shè)備中得到普通的應(yīng)用.隨之出現(xiàn)了諸 如降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、復(fù)合斬波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(kāi)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。全控型電力電子器件IGBT在牽引電傳動(dòng)電能傳輸與變換、有源濾波等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng) 用。但以IGBT為功率器件的直流斬波電路在實(shí)際應(yīng)用中需要注意以下問(wèn)題：(1)系統(tǒng)損耗的問(wèn)；(2)柵極電阻；(3)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)過(guò)流過(guò)壓保護(hù)的問(wèn)題。一 matlab仿真原理1.升壓斬波工作原理主電路工作原理假設(shè)L值、C值很大，V通時(shí)，E向L充電，充電電流恒為II,同時(shí)C的電壓向負(fù)載供電，因C 值很大

7、，輸出電壓uo為恒值，記為U。設(shè)V通的時(shí)間為ton,此階段L上積蓄的能量為九0V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t,則此期間電感L釋放能量為U o E L如妙穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中L積蓄能量與釋放能量相等(1-1) 化簡(jiǎn)得：(1-2)U =t<,n+t(,J：f E = E fofft 哂21,輸出電壓高于電源電壓，故稱(chēng)升壓斬波電路。也稱(chēng)之為boost chooper變換器。T %升壓比，調(diào)節(jié)其即可改變口。將升壓比的倒數(shù)記作B,即。二沫。和 導(dǎo)通占空比，有如下關(guān)系：(1-3)a + /? = 1因此，式(1-2)可表示為u =-E = iE° p -a升壓斬

8、波電路能使輸出電壓高于電源電壓的原因：L儲(chǔ)能之后具有使電壓泵升的作用電容C可將輸出電壓保持住IGBT驅(qū)動(dòng)電路選擇IGBT的門(mén)極驅(qū)動(dòng)條件密切地關(guān)系到他的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性.門(mén)極電路的正偏壓u、負(fù)偏壓-u 和門(mén)極電阻RG的大小，對(duì)IGBT的通態(tài)電壓、開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)損耗、承受短路能力及du/dt電流等參數(shù) 有不同程度的影響。其中門(mén)極正電壓u的變化對(duì)IGBT的開(kāi)通特性，負(fù)載短路能力和du/dt電流有較 大的影響，而門(mén)極負(fù)偏壓對(duì)關(guān)斷特性的影響較大。同時(shí)，門(mén)極電路設(shè)計(jì)中也必須注意開(kāi)通特性，負(fù) 載短路能力和由du/dt電流引起的誤觸發(fā)等問(wèn)題。根據(jù)上述分析，對(duì)1GBT驅(qū)動(dòng)電路提出以下要求和 條件：(1)由于是容性輸出

9、輸出阻抗；因此IBGT對(duì)門(mén)極電荷集聚很敏感，驅(qū)動(dòng)電路必須可靠，要 保證有一條低阻抗的放電回路。(2)用低內(nèi)阻的驅(qū)動(dòng)源對(duì)門(mén)極電容充放電，以保證門(mén)及控制電壓u有足夠陡峭的前、后沿，使 IGBT的開(kāi)關(guān)損耗盡量小。另外，IGBT開(kāi)通后，門(mén)極驅(qū)動(dòng)源應(yīng)提供足夠的功率，使IGBT不至退出飽 和而損壞。(3)門(mén)極電路中的正偏壓應(yīng)為+12+15V；負(fù)偏壓應(yīng)為-2V-10V。(4) IGBT驅(qū)動(dòng)電路中的電阻RG對(duì)工作性能有較大的影響，RG較大，有利于抑制IGBT的電流 上升率及電壓上升率，但會(huì)增加IGBT的開(kāi)關(guān)時(shí)間和開(kāi)關(guān)損耗；RG較小，會(huì)引起電流上升率增大， 使IGBT誤導(dǎo)通或損壞。RG的具體數(shù)據(jù)與驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)

10、及IGBT的容量有關(guān)，一般在幾歐幾十 歐，小容量的IGBT其RG值較大。(5)驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力及對(duì)IGBT的自保護(hù)功能。IGBT的控制、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電 路等應(yīng)與其高速開(kāi)關(guān)特性相匹配，另外，在未采取適當(dāng)?shù)姆漓o電措施情況下，I(®T的SE極之間 不能為開(kāi)路。IGBT驅(qū)動(dòng)電路分類(lèi)驅(qū)動(dòng)電路分為：分立插腳式元件的驅(qū)動(dòng)電路；光耦驅(qū)動(dòng)電路；厚膜驅(qū)動(dòng)電路; 專(zhuān)用集成塊驅(qū)動(dòng)電路。本文設(shè)計(jì)的電路采用的是專(zhuān)用集成塊驅(qū)動(dòng)電路。IGBT驅(qū)動(dòng)電路分析隨著微處理技術(shù)的發(fā)展(包括處理器、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)器件)，數(shù)字信號(hào) 處理器以其優(yōu)越的性能在交流調(diào)速、運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。一般數(shù)字信號(hào)處理器構(gòu)成的

11、 控制系統(tǒng)，IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)由處理器集成的PWM模塊產(chǎn)生的。而PWM接口驅(qū)動(dòng)能力及其與IGBT的接 口電路的設(shè)計(jì)直接影響到系統(tǒng)工作的可靠性。因此本文采用SG3525設(shè)計(jì)出了一種可靠的IGBT驅(qū)動(dòng) 方案。2. mat lab仿真實(shí)驗(yàn)物理仿真需要進(jìn)行大量的設(shè)備制造、安裝、連接及調(diào)試工作，其投資大、周期長(zhǎng)、靈活性差、 改變參數(shù)難、模型難以重用，且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理也不方便。但是計(jì)算機(jī)仿真卻可以很好的解決這個(gè)問(wèn) 題。只要有一臺(tái)計(jì)算機(jī)就可以對(duì)不同的控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真和研究，而且進(jìn)行一次仿真實(shí)驗(yàn)研究的準(zhǔn) 備工作也比較簡(jiǎn)單，主要是控制系統(tǒng)的建模、控制方式的確立和計(jì)算機(jī)編程。本系統(tǒng)采用Matlab 自帶的動(dòng)態(tài)仿真集成

12、環(huán)境-Simulink進(jìn)行仿真。Simulink是一個(gè)用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析的 軟件包。它支持連續(xù)、離散、及兩者混合的線(xiàn)性和非線(xiàn)性系統(tǒng)。它為用戶(hù)提供了一個(gè)圖形化得用戶(hù) 界面（GUI）。它與用微分方程和差分方程建模的傳統(tǒng)仿真相比具有更直觀(guān)、更方便、更靈活的優(yōu)點(diǎn)。仿真模型Mdl文件是simulinkg仿真工具箱仿真所設(shè)計(jì)的文件。它具有功能強(qiáng)大，而且包含了常用的大部分元器件仿真數(shù)學(xué)模型，形象易懂，便于設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)的仿真模型如圖1所示：圖1 simulink仿真模型圖simulink仿真模型圖中DC voltage source是電壓源,提供50V點(diǎn)直流電壓。L為電感。Diode 為電力二極管，

13、單項(xiàng)導(dǎo)通，阻止電流反向流動(dòng)。C為電容。IGBT為斬波器件，R為負(fù)載。Current Measurement1用來(lái)測(cè)量流經(jīng)L的電流© Current Measurement2用來(lái)測(cè)量負(fù)載電流。Current Measurements用來(lái)測(cè)量流經(jīng)電容C的電流。current為流經(jīng)IGBT的電流,IGBT voltage為IGBT兩段的電壓。Scope為示波器。Pulse Generator為PWM脈沖發(fā)生器，調(diào)節(jié)其占空比就可以控制輸 出電壓的大小。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析(1)周期設(shè)為IKHz ,占空比為50%,電感為10mH,電容為2200uF,負(fù)載為100 Q時(shí)進(jìn)行仿真，仿真 結(jié)果如下：由

14、圖2-0-1中VI可以看到負(fù)載兩端的電壓與輸入電壓基本上成2倍的關(guān)系。即(V)匕加=yif1 =-*50 = 100 1-a1-50%滿(mǎn)足理論計(jì)算公式(1-4 ),由仿真結(jié)果知，原理圖設(shè)計(jì)是對(duì)的。(2)負(fù)載不變?yōu)?00 C,頻率IKHz,占空比從5%到95%以等百分比遞增時(shí)，輸出電壓，與輸入 電壓和電路參數(shù)之間的關(guān)系。占空比5%1圖2-1-2流經(jīng)電感L的電流值為0. 518A從圖2-1-1負(fù)載電壓可以看出負(fù)載電壓約為，基本上符合理論計(jì)算:V. =*50 = 52.61-a ' 1-5%占空比15%圖2-2-2流經(jīng)電感L的電流值為0.57A從圖2-2-1負(fù)載電壓可以看出負(fù)載電壓約為，基本

15、上符合理論計(jì)算:V. =*50= 58.81-a1-15%占空比25%圖2-3-1負(fù)我電壓從圖2- 3 -1負(fù)載電壓可以看出負(fù)載電壓約為，基本上符合理論計(jì)算:1-a從圖2-4-1負(fù)載電壓可以看出負(fù)載電壓約為，基本上符合理論計(jì)算:1-a1-35%*50 = 76.9(V)占空比45%V.=-*50 = 66.61-25%從圖2-5-1負(fù)載電壓可以看出負(fù)載電壓約為，基本上符合理論計(jì)算:*50 = 911-45%占空比55%從圖2-6-1負(fù)載電壓可以看出負(fù)載電壓約為，基本上符合理論計(jì)算:11 55%*50 = 111(V)占空比65%圖2-7-1負(fù)鼓電壓圖2-7-2流經(jīng)電感L的電流值為L(zhǎng)042A圖2

16、-8-1負(fù)我電壓從圖2-7-1負(fù)載電壓可以看出負(fù)載電壓約為，基本上符合理論計(jì)算:V. =*50 = 142.5 (V)l-a 1-65%從圖2-8-1負(fù)載電壓可以看出負(fù)載電壓約為，基本上符合理論計(jì)算:V =-V =-*50 = 200（V）加 l-a 1-75%從圖2-9-1負(fù)載電壓可以看出負(fù)載電壓約為325V,基本上符合理論計(jì)算:%” = 71-a*50 = 333 (v) 1-85%占空比為95%圖2-10-1負(fù)皺電壓942V圖2-10-2流經(jīng)電感L的電流值為9.42A從圖2-10-1負(fù)載電壓可以看出負(fù)載電壓約為942V,基本上符合理論計(jì)算:V =*50 = 10001-a ' 1

17、-95%(v)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)論 由圖（圖2-0）, 倍的關(guān)系。即在占空比為50%時(shí)，輸出電壓可以看到負(fù)載兩端的電壓與輸入電壓基本上成2V , V =-*50 = 1001-a m 1-50%(1-5 )滿(mǎn)足理論計(jì)算公式（1-4 ）,由仿真結(jié)果知，該原理圖設(shè)計(jì)是對(duì)的。最優(yōu)參數(shù)選擇圖3-2電流斷續(xù)圖3-1電流連續(xù)當(dāng)IGBT處于通態(tài)時(shí)，設(shè)電動(dòng)機(jī)電樞電流為，得下式.T diY(1-6Lf Ri1=Edt式中，R為電動(dòng)機(jī)電樞回路電阻與線(xiàn)路電阻之和。設(shè)。的初值為G，解上式得:f Eio& r H-10 R當(dāng)IGBT處于斷態(tài)時(shí)，設(shè)電動(dòng)機(jī)電樞電流為>2乙牛十尺了2 = E dt設(shè)J的初值為720,解

18、上式得:e - EmR、ten當(dāng)電流連續(xù)時(shí),從圖3-2的電流波形可看出，t =t時(shí)刻4=/20，t =T時(shí)刻 >2由此可得:on10 r +EmRonTIO2Oe r +EEmR故由上兩式求得:_ EmlQ R-epEm-1-二J把上面兩式用泰勒級(jí)數(shù)線(xiàn)性近似，得E10 = Z20 = (“2一尸)有(1 - 10 )(1 - 11 )(1 - 12 )(1 - 13 )(1 - 14 )該式表示了L為無(wú)窮大時(shí)電樞電流的平均值。，即EmQE(1 - 15 )當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)的波形如圖3-2所示。當(dāng)Z =0時(shí)刻 A =o=O,令式（1-1。）中/io=0即可求出/20 ,進(jìn)而可寫(xiě)出片2的表達(dá)式。

19、另外，當(dāng) =胃2時(shí)，2 =0,可求得»2持續(xù)的時(shí)間 勺， 即t、= 7-111A_ onme r(1 - 16 )當(dāng)fx v roff時(shí)，電路為電流斷續(xù)工作狀態(tài)，tx v roff是電流斷續(xù)的條件，即(1 - 17 )根據(jù)上式可對(duì)電路的工作狀態(tài)做出判斷。該式也是最優(yōu)參數(shù)選擇的依據(jù)。（升壓斬波工作原理引用自書(shū)籍王兆安、劉進(jìn)軍，電力電子技術(shù)第五版）二、硬件實(shí)驗(yàn)硬件電路2.1.1 整流電路本設(shè)計(jì)采用橋式電路整流：由四個(gè)二極管組成一個(gè)全橋整流電路.對(duì)整流出來(lái)的電壓進(jìn)行傅里葉變換得%” =，2匕J 2 - g- COS 2- -4- COS 4由- 60，由整流電路出來(lái)的電壓含有較大的紋 【乃

20、3兀15萬(wàn)35兀）波，電壓質(zhì)量不太好，故需要進(jìn)行淀波。本電路采用RL低通淀波器（通過(guò)串聯(lián)一個(gè)電感，淀除電流的高次諧波，并聯(lián)一個(gè)電容濾除電壓的高次諧波），以減小紋波。Protel原理圖如下圖4所示：輸入端接220V、50Hz的市電，進(jìn)過(guò)變壓翳T1 （原線(xiàn)圈/副線(xiàn)圈為4/1）后輸出55V、50Hz當(dāng) 同名端為正時(shí)D2、D5導(dǎo)通，D3、D4截止，電壓上正下負(fù)。當(dāng)同名端為負(fù)時(shí)D2、D5截止，D3、D4 導(dǎo)通，電壓同樣是上正下負(fù)，從而實(shí)現(xiàn)整流。電感具有電流不能突變，通直流阻交流特性，因此串 聯(lián)一個(gè)電感可以提高直流電壓品質(zhì)。而電容具有電壓不能突變，通交流阻直流特性，因此并聯(lián)一個(gè) 大電容可以濾除雜波，減小紋

21、波。結(jié)合兩種元器件的特性，組成上圖整流電路，可以得到比較理想 的直流電壓（幅值為50V左右）。2.1.2 斬波信號(hào)產(chǎn)生電路此電路主要用來(lái)驅(qū)動(dòng)IGBT斬波。產(chǎn)生PWM信號(hào)有很多方法，但歸根到底不外乎直接產(chǎn)生 PWM的專(zhuān)用芯片、單片機(jī)、PLC、可編程邏輯控制器等本電路采用直接產(chǎn)生PWM的專(zhuān)用芯片SG3525.該芯片的外圍電路只需簡(jiǎn)單的連接幾個(gè)電阻電容，就能產(chǎn)生特定頻率的PWM波，通過(guò)改變IN+輸入 電阻就能改變輸出PWM波的占空比，故在IN+端接個(gè)可調(diào)電阻就能實(shí)現(xiàn)PWM控制。為了提高安全性, 該芯片內(nèi)部還設(shè)有保護(hù)電路。它還具有高抗干擾能力，是一款性?xún)r(jià)比相當(dāng)不錯(cuò)的工業(yè)級(jí)芯片。為了減少不同電源之間的相

22、互干擾，SG3525輸出的PWM經(jīng)過(guò)光電耦合之后才送至驅(qū)動(dòng)電路。其 電路圖如下圖5所示：圖5驅(qū)動(dòng)電路仿真圖工作原理：通過(guò)R2、R3、C3結(jié)合SG3525產(chǎn)生鋸齒波輸入到SG3525的振蕩器。其產(chǎn)生的PWM信號(hào)由OUTA、OUTB輸出，調(diào)節(jié)R7可以改變占空比。輸出的P蒯信號(hào)通過(guò)二極管 D6、D7送至光電耦合器U,光耦后通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。放大后的電壓可以直接驅(qū)動(dòng)I(aT. 此電路具有信號(hào)穩(wěn)定，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。因此他適用于中小容量的PWM斬波電路。2.1.3 斬波電路本設(shè)計(jì)為直流升壓斬波（boost chopper）電路，該電路是本系統(tǒng)的核心。應(yīng)為輸出電壓比較大，故斬波 器件選用能夠承受大

23、電壓和導(dǎo)通內(nèi)阻小，開(kāi)關(guān)頻率高，開(kāi)關(guān)時(shí)間小的大功率IGBT管。原理圖如下圖6所示：圖6主電路仿真圖左邊接經(jīng)整流之后的50V電壓。右邊為斬波電壓輸出，J2為測(cè)試點(diǎn)。V為SG3525輸出的PWM 斬波信號(hào)。Q1為IGBT, D1為電力二極管，L2為電感，C1為電容，R1為負(fù)載。原理分析：首先假設(shè)電感L值很大，電容C值也很大。當(dāng)V-G為高電平時(shí)，Q1導(dǎo)通，50V電源 向L充電，充電基本恒定為乙，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。為恒值，記為Ud設(shè)V處于通態(tài)的時(shí)間為Q“，此階段電感L上積儲(chǔ)的能量為七當(dāng)V 處于段態(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)V處于段態(tài)的時(shí)

24、間為，則在此 期間電感L釋放的能量為（U廠(chǎng)上）。必。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中電感L積儲(chǔ)的能量于 釋放的能量相等，即化簡(jiǎn)得U -十 - e = Lett"off"off上式中的之1,輸出電壓高于電源電壓。式（2-1）中為升壓比，調(diào)節(jié)其大小即可改變輸出電壓U。的大小。2.1.4 總原理圖圖形如下圖7所示。其中J1為市電插口，P1接15V驅(qū)動(dòng),P2為驅(qū)動(dòng)IGBT的PWM信號(hào)T1為變 壓器，將220 V市電轉(zhuǎn)換成頻率不變的55V交流電(題目要求整理輸出50V,由于元器的阻抗會(huì)分 壓，故把輸入電壓提高5 V,此時(shí)變壓器變比為T(mén)l： T2=4:l),變壓器變壓后輸入到由D2、D

25、3、D4、 D5四個(gè)整流二極管組成的整流電路輸入端.經(jīng)整流后電壓含有較大的紋波，故通過(guò)LI、C2組成的 LC低通濾波器進(jìn)行濾波。濾波后輸出的電壓就比較平滑了。接下來(lái)就是由電感L2、斬波器件IGBTQ1, 電力二極管D1、電容C1組成的升壓斬波電路(Boost Chopper).改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWM的占空比就可 以調(diào)節(jié)輸出到負(fù)載R1兩端電壓，J2是負(fù)載兩端的電壓測(cè)試點(diǎn)，接至示波器就可以看到輸出電壓。2. L 5元器件列表圖7總原理圖本系統(tǒng)除了 PWM信號(hào)產(chǎn)生電路采用集成芯片外，其余的均采用分立元件。具體見(jiàn)下表1 （元器件清單）:表1元器件清單CementDescriptionDesignatorF

26、ootprintLibRefQuanti tyCap PollPolarized Capacitor (Radial)Cl, C2, C4Cap Poll3CapCapacitorC3Cap1Diode 1N54073 hap Medium Power Silicon Rectifier DiodeDI, D2, D3, D4, D51N54075Diode 1N4148High Conductance Fast DiodeD6, D71N41482Plug AC FemaleI£C Mains Power Outlet, EN60 320-2-2F Class I, PC Flan

27、ge Rear Mount, ChassisSocketJIIEC7-2H3Plug AC Fenale1SocketSocketJ2PIN1Socket1Inductor IronMagnetic-Core InductorLI, L2Inductor Iron2Header 2Header, 2-PinPl, P2, P3HDR1X2Header 23RF1S40N1040A, 100V, Ohm, N-hannel Porer MOSFETQITO-262AARF1S40N101044H8NPN Power AoplifierQ2T0-220D44H81D45H8PNP Power Am

28、plifierQSTO-22OD45H81Res2ResistorRI, R2, R3, R4, R5, R6Res2610kPotentiometerR7VR5RPot1Trans EqTransfomer (Equivalent CircuitModel)T1TRF.4Trans Eq1SG3525ANRegulating Pulse Width ModulatorUIDIP16SG3525AN14-PinPhototransistorOptoisolatorl OptocouplerU2DIP-4Optoisolatorl1PCB印刷電路板PCB （Printed Circuit Boa

29、rd）,中文名稱(chēng)為印制線(xiàn)路板，簡(jiǎn)稱(chēng)印制板，是電子工業(yè)的重要部 件之一。幾乎每種電子設(shè)備，小到電子手表、計(jì)算器，大到計(jì)算機(jī)，通訊電子設(shè)備，軍用武器系統(tǒng), 只要有集成電路等電子元器件，為了它們之間的電氣互連，都要使用印制板。在較大型的電子產(chǎn)品 研究過(guò)程中，最基本的成功因素是該產(chǎn)品的印制板的設(shè)計(jì)、文件編制和制造。印制板的設(shè)計(jì)和制造 質(zhì)量直接影響到整個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量和成本，甚至導(dǎo)致商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的成敗。現(xiàn)在常用的PCB板主要有單面板和雙面板，單面板沒(méi)有雙面板好布線(xiàn)，但是在實(shí)驗(yàn)室容易制作, 而且成本也要低，適合低密度的電路。本設(shè)計(jì)采用單面板，節(jié)約了一定得經(jīng)費(fèi)，手工布線(xiàn)，考慮散 熱，和抗電磁干擾，本設(shè)計(jì)增加了相應(yīng)的

30、規(guī)則，同時(shí)覆了銅，從而有效的優(yōu)化了布線(xiàn)，提高了散熱 性能，和增強(qiáng)了抗電磁干擾。整塊板子性能得到了很大的改善。足以滿(mǎn)足題目要求PCB板見(jiàn)下圖8-1 （二維）、8-2 （三維正面）、8-3 （三維反面）所示：表1T1 tufenq124.40 (mm)圖8-1印刷電路板2維視圖Q2JI OOnoo1 2 3Qt£已Lnoon圖8-2印刷電路板3維視圖正面圖8-3印刷電路板3維視圖反面制造輸出下面的文件可以直接拿到工廠(chǎng)里去生產(chǎn)，或者自己在實(shí)驗(yàn)室里做:124.圖9導(dǎo)線(xiàn)和覆銅的布置圖(1) 00 .S124,40 (mm圖10元器件標(biāo)識(shí)符圖124,4。 (mm>金與8,66圖11過(guò)孔圖圖

31、9為導(dǎo)線(xiàn)和覆銅，如果在實(shí)驗(yàn)室做的話(huà)就直接打印到菲林紙上，然后熱轉(zhuǎn)印到銅板上，最后 腐蝕一下就可以得到板子上的導(dǎo)線(xiàn)和覆銅。圖10為元器件標(biāo)識(shí)符，一般只有在工廠(chǎng)里才能打印到板 子上。圖11為過(guò)孔。三課程設(shè)計(jì)總結(jié)電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍十分的廣泛。它不僅用于一般工業(yè)，也廣泛用于交通運(yùn)輸、電力系統(tǒng)、 通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、新能源系統(tǒng)等，在照明、空調(diào)等家用電器及其他領(lǐng)域中也有著廣泛的應(yīng)用。1、一般工業(yè)。工業(yè)中大量應(yīng)用各種交直流電動(dòng)機(jī)。2、交通運(yùn)輸。電氣化鐵道中廣泛采用電力電子技術(shù)，電動(dòng)汽車(chē)的電動(dòng)機(jī)依靠電力電 子裝置進(jìn)行電力電子變換和驅(qū)動(dòng)o3、電力系統(tǒng)。在變電所中，給操作系統(tǒng)提供可靠的交直流操作電源，給蓄電池充電 等都需要電力電子技術(shù)。4、電子裝置用電源。各種信息技術(shù)裝置都需要電力電子技術(shù)提供電源。如今，我們所使用到能源中電能占了很大的比重。電源具有成本低廉，輸送方便，綠色環(huán)保， 控制方便能很容易轉(zhuǎn)換成其他的信號(hào)等等。我們的日常生活已經(jīng)離不開(kāi)電了。在如今高能耗社會(huì)， 合理的利用電能，提高電能品質(zhì)和用電效率成為了全球研究的當(dāng)務(wù)之急。而電力電子技術(shù)正是 與這一主題相關(guān)聯(lián)的。我們的課程設(shè)計(jì)專(zhuān)題是直流升壓斬波電路，它開(kāi)關(guān)電源