電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)范例

1、精選文檔 電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題 目： 直流降壓斬波電路的設(shè)計(jì) 專(zhuān) 業(yè)： 電氣自動(dòng)化 班 級(jí)： 14電氣 姓 名： 周方舟 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 喻麗麗 精選文檔目 錄一 設(shè)計(jì)要求與方案4二 設(shè)計(jì)原理分析42.1總體結(jié)構(gòu)分分析 4 2.2 直流電源設(shè)計(jì)5 23主電路工作原理······6 2.4觸發(fā)電路設(shè)計(jì)10 2.5過(guò)壓過(guò)流保護(hù)原理與設(shè)計(jì)15三仿真分析與調(diào)試17 3.1 Matlab仿真圖17 3.2 仿真結(jié)果18 3.3 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)論24元器件列表····24設(shè)計(jì)心得25參考文獻(xiàn)25致 謝2

2、6一設(shè)計(jì)要求與方案供電方案有兩種選擇。一，線性直流電源。線性電源（Linear power supply）是先將交流電經(jīng)過(guò)變壓器降低電壓幅值，再經(jīng)過(guò)整流電路整流后，得到脈沖直流電，后經(jīng)濾波得到帶有微小波紋電壓的直流電壓。要達(dá)到高精度的直流電壓，必須經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓電源進(jìn)行穩(wěn)壓。線性電源體積重量大，很難實(shí)現(xiàn)小型化、損耗大、效率低、輸出與輸入之間有公共端，不易實(shí)現(xiàn)隔離，只能降壓，不能升壓。二，升壓斬波電路。由脈寬調(diào)制芯片TL494為控制器構(gòu)成BOOST原理的，實(shí)現(xiàn)升壓型DC-DC變換器，輸出電壓的可調(diào)整與穩(wěn)壓控制的開(kāi)關(guān)源是借助晶體管的開(kāi)/關(guān)實(shí)現(xiàn)的。因此選擇方案二。設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)要求是輸出電壓Uo=220V

3、可調(diào)的DC/DC變換器，這里為升壓斬波電路。由于這些電路中都需要直流電源，所以這部分由以前所學(xué)模擬電路知識(shí)可以由整流器解決。MOSFET的通斷用PWM控制，用PWM方式來(lái)控制MOSFET的通斷需要使用脈寬調(diào)制器TL494來(lái)產(chǎn)生PWM控制信號(hào)。設(shè)計(jì)方案：1、電源電路電源電路采用電容濾波的二極管不控整流電路，220V單相交流電經(jīng)220V/24V變壓器，降為24V交流電，再經(jīng)二極管不控整流電路及濾波電容濾波后，變?yōu)槠街钡闹绷麟姡浞翟?2V36V之間。2、主電路2.1主電路選用升壓斬波電路，開(kāi)關(guān)管選用電力MOSFET。2.2Boost電路的負(fù)載為110V、25W白熾燈，2.3boost電路中，占空

4、比不要超過(guò)65%，否則電壓大于100V。3、控制電路的選擇與確定3.1 脈沖發(fā)生器TL494 3.2 驅(qū)動(dòng)電路IR2110二設(shè)計(jì)原理分析 21總體結(jié)構(gòu)分析電力電子器件在實(shí)際應(yīng)用中，一般是由控制電路，驅(qū)動(dòng)電路，保護(hù)電路和以電力電子器件為核心的主電路組成一個(gè)系統(tǒng)。由信息電子電路組成的控制電路按照系統(tǒng)的工作要求形成控制信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路去控制主電路中電力電子器件的導(dǎo)通或者關(guān)斷。來(lái)完成整個(gè)系統(tǒng)的功能。因此，一個(gè)完整的降壓斬波電路也應(yīng)包括主電路，控制電路，驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路這些環(huán)節(jié)。直流斬波電路由電源、變壓器、整流電路、濾波電路、主電路、控制和驅(qū)動(dòng)電路及保護(hù)電路組成。如圖21所示： 電源變壓器整流電路升

5、壓斬波電路濾波電路控制和驅(qū)動(dòng)電路保護(hù)電路圖(2-1)2.2直流電源設(shè)計(jì)小功率直流電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路三個(gè)部分組成，其原理框圖如圖2.1所示：圖 2.1 在直流電源中一般用四個(gè)二極管組成橋式整流電路，整流電路的作用是將交流電壓變換成脈動(dòng)的直流電壓。濾波電路一般由電容組成，其作用是把脈動(dòng)直流電壓中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓。與交流電壓的有效值的關(guān)系為：；在整流電路中，每只二極管所承受的最大反向電壓為：；流過(guò)每只二極管的平均電流為： 整流電路設(shè)計(jì)如下：圖（2-3）2.3主電路工作原理假設(shè)L和C值很大。V處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，電流恒定I1，電容C向負(fù)載R供電

6、，輸出電壓Uo恒定。V處于斷態(tài)時(shí)，電源E和電感L同時(shí)向電容C充電，并向負(fù)載提供能量。圖（2-4）首先假設(shè)電路中電感和電容值都足夠大。當(dāng)可控開(kāi)關(guān)S處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，充電電流基本恒定為I1,同時(shí)電容C上的電壓向負(fù)載R供電。因?yàn)殡娙軨的值很大，基本保持輸出電壓U0為恒值。設(shè)S處于導(dǎo)通的時(shí)間為ton，此階段電感L上積蓄的能量為：當(dāng)S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)的時(shí)間為toff，則在此期間電感釋放的能量為：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化簡(jiǎn)得： 以上為升壓斬波電路的工作原理。電感的選擇根據(jù)電感最大貯能值0. 5 ×L 

7、15;I ×I 確定電感峰值電流Imax = Io + 2 ×VoToff / L（Toff 為關(guān)斷時(shí)間）,匝數(shù)N應(yīng)進(jìn)行取整，當(dāng)匝數(shù)少電流大時(shí)，應(yīng)盡量避免取半匝的情況。經(jīng)計(jì)算后選取電感量為10 mH,電容為4 700F。OOEOOE圖 2-5 電流連續(xù)圖 2-6 電流斷續(xù)當(dāng)MOSFET處于導(dǎo)通時(shí)，得 設(shè)的初值為，解上式得 當(dāng)MOSFET處于關(guān)斷時(shí)，設(shè)電動(dòng)機(jī)電樞電流為，得 設(shè)的初值為，解上式得 當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，從圖 2-6 的電流波形可看出，=時(shí)刻=，=時(shí)刻=，由此可得 故由上兩式求得： 把上面兩式用泰勒級(jí)數(shù)線性近似，得 該式表示了L為無(wú)窮大時(shí)電樞電流的平均值，即 當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)

8、的波形如圖2-6所示。當(dāng)=0時(shí)刻 =0，令式 （1-10）中=0即可求出，進(jìn)而可寫(xiě)出的表達(dá)式。另外，當(dāng)=時(shí)，=0，可求得持續(xù)的時(shí)間，即 當(dāng)時(shí)，電路為電流斷續(xù)工作狀態(tài)，是電流斷續(xù)的條件，即 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)。2.4觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)TL494CN是一種固定頻率脈寬調(diào)制電路，它包含了開(kāi)關(guān)電源控制所需的全部功能，廣泛應(yīng)用于單端正激雙管式、半橋式、全橋式開(kāi)關(guān)電源。TL494有SO-16和PDIP-16兩種封裝形式，以適應(yīng)不同場(chǎng)合的要求。其主要特性如下：1.集成了全部的脈寬調(diào)制電路。2.片內(nèi)置線性鋸齒波振蕩器，外置振蕩元件僅兩個(gè)（一個(gè)電阻和一個(gè)電容）。3.內(nèi)置誤

9、差放大器。4.內(nèi)止5V參考基準(zhǔn)電壓源。5.可調(diào)整死區(qū)時(shí)間。6.內(nèi)置功率晶體管可提供500mA的驅(qū)動(dòng)能力。7.推或拉兩種輸出方式。1TL494引腳圖圖（2-7）TL494工作原理簡(jiǎn)述TL494的內(nèi)部電路由基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、振蕩電路、間歇期調(diào)整電路、兩個(gè)誤差放大器、脈寬調(diào)制比較器以及輸出電路等組成。其中1、2腳是誤差放大器I的同相和反相輸入端；3腳是相位校正和增益控制；4腳為死區(qū)時(shí)間比較器，具有120mV的輸入補(bǔ)償電壓，它限制了最小輸出死區(qū)時(shí)間約等于鋸齒波周期的4%，當(dāng)輸出端接地，最大輸出占空比為96%，而輸出端接參考電平時(shí)，占空比為48%。當(dāng)把死區(qū)時(shí)間控制輸入端接上固定的電壓（范圍在03.3V之

10、間）即能在輸出脈沖上產(chǎn)生附加的死區(qū)時(shí)間。5、6腳分別用于外接振蕩電阻和振蕩電容，5腳可以產(chǎn)生鋸齒波，所產(chǎn)生的鋸齒波穩(wěn)定，線性度好；7腳為接地端；8、9腳和11、10腳分別為T(mén)L494內(nèi)部?jī)蓚€(gè)末級(jí)輸出三極管集電極和發(fā)射極；12腳為電源供電端；13腳為輸出控制端，控制TL494的輸出方式，該腳接地時(shí)，兩路輸出晶體管同時(shí)導(dǎo)通或截止，形成單端工作狀態(tài)，可以用于提高輸出電流；接14腳時(shí)為推挽輸出方式，為5V基準(zhǔn)電壓輸出端，最大輸出電流10mA；15、16腳是誤差放大器II的反相和同相輸入端。 TL494內(nèi)置了線性鋸齒波振蕩器,振蕩頻率可通過(guò)外部的一個(gè)電阻和一個(gè)電容進(jìn)行調(diào)節(jié), 其振蕩頻率為: 輸出脈沖的寬

11、度是通過(guò)電容CT 上的正極性鋸齒波電壓與另外兩個(gè)控制信號(hào)進(jìn)行比較來(lái)實(shí)現(xiàn)。功率輸出管Q1 和Q2 受控于或非門(mén),當(dāng)13腳控制信號(hào)為高電平時(shí),調(diào)制脈沖交替輸出至兩個(gè)輸出晶體管Q1 和Q2 ,輸出頻率等于脈沖振蕩器的一半。當(dāng)13腳控制信號(hào)為低電平時(shí),芯片工作于單端狀態(tài),功率輸出管Q1和Q2 均由或非門(mén)的前一級(jí)與門(mén)控制,為得到更高的驅(qū)動(dòng)電流輸出,可將Q1 和Q2 并聯(lián)使用。 當(dāng)雙穩(wěn)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)為低電平時(shí)才會(huì)被選通，即只有在鋸齒波電壓大于控制信號(hào)期間才會(huì)被選通。當(dāng)控制信號(hào)增大，輸出脈沖的寬度將減小?？刂菩盘?hào)由集成電路外部輸入，一路送至死區(qū)時(shí)間比較器，一路送往誤差放大器的輸入端。TL494內(nèi)部電路方框

12、圖圖（2-8）基于TL494的脈沖發(fā)生器TL494 電路設(shè)計(jì)圖（2-9）電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET隨著信息電子技術(shù)與電力電子技術(shù)在發(fā)展的基礎(chǔ)上相結(jié)合，形成了高頻化、全控型、采用集成電路制造工藝的電力電子器件，其典型代表就是電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET1.電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管特點(diǎn)電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管簡(jiǎn)稱(chēng)電力Power Mosfet。 特點(diǎn)是用柵極電壓來(lái)控制漏極電流，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小，開(kāi)關(guān)速度快，工作頻率高， 熱穩(wěn)定性好。但是電流容量小，耐壓低，一般適用于功率不超過(guò)10kW的電源電子裝置。2.MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理電力MOSFET的種類(lèi)按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和N溝道，圖1-6所示為N

13、溝道結(jié)構(gòu)。電力MOSFET的工作原理是：在截止?fàn)顟B(tài)，漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)反偏，漏源極之間無(wú)電流流過(guò)。在導(dǎo)電狀態(tài)，即當(dāng)UGS大于開(kāi)啟電壓或閾值電壓UT時(shí)，柵極下P區(qū)表面的電子濃度將超過(guò)空穴濃度，使P型半導(dǎo)體反型成N型而成為反型層，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)消失，漏極和源極導(dǎo)電。圖（2-9） 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 圖（2-10）電氣圖形符號(hào)MOSFET開(kāi)關(guān)時(shí)間在10100ns之間，工作頻率可達(dá)100kHz以上，是電力電子器件中最高的。由于是場(chǎng)控器件，靜態(tài)時(shí)幾乎不需輸入電流。但在開(kāi)關(guān)過(guò)程中需對(duì)輸入電容充放電，仍需一定的驅(qū)動(dòng)功率。開(kāi)關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)

14、動(dòng)功率越大?？傠娐吩O(shè)計(jì)圖圖（2-11）2.5過(guò)壓過(guò)流保護(hù)原理與設(shè)計(jì)（1）過(guò)電壓保護(hù)過(guò)壓保護(hù)要根據(jù)電路中過(guò)壓產(chǎn)生的不同部位，加入不同的保護(hù)電路，當(dāng)達(dá)到定電壓值時(shí)，自動(dòng)開(kāi)通保護(hù)電路，使過(guò)壓通過(guò)保護(hù)電路形成通路，消耗過(guò)壓儲(chǔ)存的電磁能量，從而使過(guò)壓的能量不會(huì)加到主開(kāi)關(guān)器件上，保護(hù)了電力電子器件。為了達(dá)到保護(hù)效果，可以使用阻容保護(hù)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。將電容并聯(lián)在回路中，當(dāng)電路中出現(xiàn)電壓尖峰電壓時(shí)，電容兩端電壓不能突變的特性，可以有效地抑制電路中的過(guò)壓。與電容串聯(lián)的電阻能消耗掉部分過(guò)壓能量，同時(shí)抑制電路中的電感與電容產(chǎn)生振蕩，過(guò)電壓保護(hù)電路如圖2-12所示。圖2-12 RC阻容過(guò)電壓保護(hù)電路圖（2）過(guò)電流保護(hù) 當(dāng)

15、電力電子電路運(yùn)行不正?；蛘甙l(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)發(fā)生過(guò)電流。當(dāng)器件擊穿或短路、觸發(fā)電路或控制電路發(fā)生故障、出現(xiàn)過(guò)載、直流側(cè)短路、可逆?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生環(huán)流或逆變失敗，以及交流電源電壓過(guò)高或過(guò)低、缺相等，均可引起過(guò)流。由于電力電子器件的電流過(guò)載能力相對(duì)較差，必須對(duì)變換器進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^(guò)流保護(hù)。采用快速熔斷器是電力電子裝置中最有效、應(yīng)用最廣的一種的過(guò)流保護(hù)措施。過(guò)電流保護(hù)電路如圖2-13所示，其中交流側(cè)接快速熔斷器能對(duì)晶閘管元件短路及直流側(cè)短路起保護(hù)作用。器件直接串接快速熔斷器才對(duì)元件的保護(hù)作用最好，因?yàn)樗鼈兞鬟^(guò)同個(gè)電流因而被廣泛使用。電子電路作為第一保護(hù)措施，快熔僅作為短路時(shí)的部分區(qū)段的保護(hù)，直流快速斷路器整

16、定在電子電路動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過(guò)電流繼電器整定在過(guò)載時(shí)動(dòng)作。圖2-13過(guò)電流保護(hù)電過(guò)壓過(guò)流保護(hù)原理與設(shè)計(jì)圖2-14根據(jù)主電路所示把輸出電壓，電流反饋回來(lái)經(jīng)過(guò)集成運(yùn)放LM393比較輸出，LM393輸出接494的4腳控制其死區(qū)電壓（高電平不工作、低電平工作），通過(guò)調(diào)節(jié)R12可調(diào)節(jié)反饋電壓大小，當(dāng)LM393 的3腳反饋電壓增大超過(guò)2腳電壓時(shí)，1腳輸出高電平。TL494停止工作，即可起到過(guò)壓保護(hù)作用。過(guò)流保護(hù)工作原理同過(guò)壓保護(hù)一樣三仿真分析與調(diào)試圖3-13.1Matlab仿真圖設(shè)計(jì)由前面所述原理可知 由于上式中的，輸出電壓高于電源電壓，故稱(chēng)該電路為升壓斬波電路。其中，表示升壓比，調(diào)節(jié)其大小，即可改變輸

17、出電壓的大小，調(diào)節(jié)方法與改變占空比的方法類(lèi)似。將升壓比的倒數(shù)記作，即 ，則和關(guān)系為 ，因此說(shuō)明：當(dāng)所選的C能達(dá)到所需的輸出濾波要求時(shí)L可以選的足夠大，以便使開(kāi)關(guān)變換器保持在連續(xù)的工作狀態(tài)，但電容器本身沒(méi)有完美的電器性能所以其內(nèi)部的等效串聯(lián)電阻將消耗一些功率。另外，等效串聯(lián)電阻上的壓降會(huì)產(chǎn)生輸出紋波電壓，要減小這些紋波電壓只能靠減少等效串聯(lián)電阻的值和動(dòng)態(tài)電流的值。類(lèi)似的電容C選擇，經(jīng)常由紋波電流的大小決定。截止頻率f的高低，LC的大小，都將影響輸出紋波電壓。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，選擇L和C時(shí)，要綜合考慮重量、尺寸以及成本等因素。從改善動(dòng)態(tài)特性看，可考慮小電感量、大電容值。升壓斬波電路之所以能使輸出電

18、壓高于電源電壓，關(guān)鍵有兩個(gè)原因：一是儲(chǔ)能之后具有使電壓泵升的作用，二是電容可將輸出電壓保持住。在以上分析中，認(rèn)為T(mén)處于通態(tài)期間因電容的作用使得輸出電壓U0不變，但實(shí)際上C值不可能為無(wú)窮大，在此階段其向負(fù)載放電，輸出電壓必然會(huì)有所下降，故實(shí)際輸出電壓會(huì)略低，不過(guò)在電容足夠大時(shí)，誤差很小，基本可以忽略。3.2仿真結(jié)果周期設(shè)為1KHz ,占空比為50%,電感為10mH,電容為2200uF,負(fù)載為100時(shí)進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如下：圖3-0-1 負(fù)載電壓98.2V圖3-0-2 流經(jīng)電感L的電流值為0.982A可以知負(fù)載兩端的電壓與輸入電壓基本上成2倍的關(guān)系。即 （V） 負(fù)載不變?yōu)?00，頻率1KHz，占空

19、比從5%到45%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。a.占空比5%圖3-1-1 負(fù)載電壓51.8V圖3-1-2 流經(jīng)電感L的電流值為0.518A負(fù)載電壓可以看出負(fù)載電壓約為51.8V，基本上符合理論計(jì)算： b.占空比15%圖2-2-1 負(fù)載電壓57.4V圖3-2-2 流經(jīng)電感L的電流值為0.57A負(fù)載電壓約為51.8V，基本上符合理論計(jì)算： c.占空比25%圖3-3-1負(fù)載電壓65.5V圖3-3-2 流經(jīng)電感L的電流值為0.65A負(fù)載電壓約為65.5V，基本上符合理論計(jì)算： d.占空比35%圖3-4-1 負(fù)載電壓75.6V圖3-4-2 流經(jīng)電感L的電流值為0.75A負(fù)載

20、電壓約為75.6V，基本上符合理論計(jì)算e.占空比45%圖3-5-1 負(fù)載電壓89.3V圖3-5-2 流經(jīng)電感L的電流值為0.89A負(fù)載電壓約為89.3V，基本上符合理論計(jì)算在占空比為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2倍的關(guān)系。即 由以上仿真圖形分析可得：1) 占空比越大負(fù)載輸出電壓越大，調(diào)節(jié)時(shí)間越長(zhǎng)2) 電容C值越大峰值時(shí)間越大，第一個(gè)峰值越大3) 電感L值越大峰值時(shí)間越大，調(diào)節(jié)時(shí)間越大在實(shí)際中可根據(jù)項(xiàng)目的大小、設(shè)計(jì)的實(shí)際要求及成本的大小選取適當(dāng)?shù)碾姼须娙葜担赃_(dá)到設(shè)計(jì)的要求。（可以在一些經(jīng)驗(yàn)值附近選取電感電容值，濱進(jìn)行反復(fù)的試驗(yàn)最中確定自己需要的電感電容值） 這里僅

21、根據(jù)要有良好的直流穩(wěn)定性和快速性，在=50時(shí)經(jīng)過(guò)大量的仿真實(shí)驗(yàn)選取的一組理想的電容電感值，及其此時(shí)的輸出波形。經(jīng)大量仿真結(jié)果比較分析可得，當(dāng)L =10e-3H、C=10e-3F是波形的快速性和直流穩(wěn)定性比較理想。3.3仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)論通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)和對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)得到的輸出波形的分析可知，在直流升壓斬波電路中電感電容的對(duì)其負(fù)載電壓的影響。雖然理想的電感電容值為無(wú)窮大，但這在現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)中是不可能實(shí)現(xiàn)的。如選取電感電容值極大這必將和減小成本成為矛盾，而且由以上的仿真分析可知它也將和Boost啟動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)時(shí)間成為矛盾。所以在設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮多方面的因素來(lái)選取合適的電感電容值！元器件列表器件名稱(chēng)規(guī)格型號(hào)數(shù)量（單位）

22、變壓器300KV/A1個(gè)整流二極管IN40046個(gè)大電感700mH2個(gè)MOSFET200V/1A1個(gè)電阻500，5.1K各1個(gè)電阻10K，10各2個(gè)芯片TL4941塊二極管IN41483個(gè)電容0.01F，100F各2個(gè)設(shè)計(jì)心得此次課程設(shè)計(jì)，從理論到實(shí)踐，在短短一星期的時(shí)間里，我遇到了很多問(wèn)題，也學(xué)到了很多東西。它不僅鞏固了我以前所學(xué)的理論知識(shí)，更使我們知道了由理論結(jié)合實(shí)踐的基本方法，鍛煉了自己解決實(shí)際問(wèn)題的能力。在此次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，碰到的問(wèn)題比較多，靠自己所學(xué)的知識(shí)根本解決不了，借鑒了很多網(wǎng)上資料，解決了這些問(wèn)題，也學(xué)到了很多課本上沒(méi)有的東西。在做設(shè)計(jì)的過(guò)程中我學(xué)到了很多東西，也知道了自己的

23、哪些不足之處，知道自己對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，以后仍需努力。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，看到了自己的不足之處，同時(shí)也鍛煉了自己將理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中的能力，加強(qiáng)了自己的實(shí)際運(yùn)用能力，也學(xué)會(huì)了怎么樣去分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。三、參考資料 何希才、毛德柱編著. 新型半導(dǎo)體器件及其應(yīng)用實(shí)例. 北京:電子工業(yè)出版社 王兆安,黃俊.電力電子技術(shù)(第四版). 機(jī)械工業(yè)出版社,2000康華光,陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版). 高等教育出版社,1998李國(guó)勇,謝克明,楊麗娟.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與CAD-基于MATLAB的控制系統(tǒng)(第二版).北京:電子工業(yè)出版社,

24、2008施曉紅,周佳.精通GUI圖形界面編程.北京:北京大學(xué)出版社,1999張義和.Protel DXP電路設(shè)計(jì)快速入門(mén).北京:中國(guó)鐵道出版社,2006 何希才、毛德柱編著. 新型半導(dǎo)體器件及其應(yīng)用實(shí)例. 北京:電子工業(yè)出版社 致 謝由于本人的經(jīng)驗(yàn)不足，在此次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)了很多問(wèn)題，是在同學(xué)的幫助下完成的，在此，感謝老師和各位幫助我的同學(xué)。目 錄1.直流降壓斬波電路的設(shè)計(jì)總思路11.1電路的總設(shè)計(jì)思路11.2電路設(shè)計(jì)總框圖21.3降壓斬波主電路的原理圖21.4電路總框圖22.直流降壓斬波電路主電路模塊32.1主電路模塊原理32.2主電路圖33.控制電路模塊3

25、3.1 SG3525A脈寬調(diào)制器控制電路3 3.2 SG3525構(gòu)成的控制原理圖34.驅(qū)動(dòng)電路模塊34.1驅(qū)動(dòng)芯片EXB841的控制原理34.2EXB841驅(qū)動(dòng)電路圖3參考文獻(xiàn).3致謝4附錄5摘 要：關(guān)鍵詞 ： 一.直流降壓斬波電路的設(shè)計(jì)總思路1.1 電路的總設(shè)計(jì)思路直流降壓斬波電路可分為三個(gè)部分電路塊。分別為主電路模塊，控制電路模塊和驅(qū)動(dòng)電路模塊。主電路模塊， 注要由全控器件IGBT的開(kāi)通與關(guān)斷的時(shí)間占空比來(lái)決定輸出電壓u。的大小?？刂齐娐纺K，可用SG3525來(lái)控制IGBT的開(kāi)通與關(guān)斷。驅(qū)動(dòng)電路模塊，用來(lái)驅(qū)動(dòng)IGBT。1.2 電路設(shè)計(jì)總框圖1.3 降壓斬波主電路的原理圖1.4 電路總框圖二

26、 直流降壓斬波電路主電路模塊21 主電路模塊原理直流降壓斬波主電路可使用一個(gè)全控器件IGBT控制導(dǎo)通。用控制電路和驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制IGBT的開(kāi)斷，當(dāng)t=0時(shí)，驅(qū)動(dòng)IGBT導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓u。=E，負(fù)載電流i。按指數(shù)曲線上升。當(dāng)t=t1時(shí)刻，控制IGBT關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓u。近似為零，負(fù)載電流指數(shù)曲線下降。為了使負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小，故串聯(lián)L值較大的電感。至一個(gè)周期T結(jié)束，再驅(qū)動(dòng)IGBT導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過(guò)程。當(dāng)電力工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)負(fù)載電流在一個(gè)周期的初值和終值相等，負(fù)載電壓的平均值為 Ton為IGBT處于通態(tài)的時(shí)間；Toff為處于斷態(tài)的時(shí)間；T為開(kāi)關(guān)周期；為導(dǎo)

27、通占空比。通過(guò)調(diào)節(jié)占空比使輸出到負(fù)載的電壓平均值U。最大為E，若減小占空比，則U。隨之減小。2.2主電路圖三 控制電路模塊直流斬波電路的控制電路用SG3525來(lái)實(shí)現(xiàn)3.1 SG3525A脈寬調(diào)制器控制電路3.1.1SG3525簡(jiǎn)介 SG3525A系列脈寬調(diào)制器控制電路可以改進(jìn)為各種類(lèi)型的開(kāi)關(guān)電源的控制性能和使用較少的外部零件。在芯片上的5.1V基準(zhǔn)電壓調(diào)定在±1，誤差放大器有一個(gè)輸入共模電壓范圍。它包括基準(zhǔn)電壓，這樣就不需要外接的分壓電阻器了。一個(gè)到振蕩器的同步輸入可以使多個(gè)單元成為從電路或一個(gè)單元和外部系統(tǒng)時(shí)鐘同步。在CT和放電腳之間用單個(gè)電阻器連接即可對(duì)死區(qū)時(shí)間進(jìn)行大范圍的編程。

28、在這些器件內(nèi)部還有軟起動(dòng)電路，它只需要一個(gè)外部的定時(shí)電容器。一只斷路腳同時(shí)控制軟起動(dòng)電路和輸出級(jí)。只要用脈沖關(guān)斷，通過(guò)PWM（脈寬調(diào)制）鎖存器瞬時(shí)切斷和具有較長(zhǎng)關(guān)斷命令的軟起動(dòng)再循環(huán)。當(dāng)VCC低于標(biāo)稱(chēng)值時(shí)欠電壓鎖定禁止輸出和改變軟起動(dòng)電容器。輸出級(jí)是推挽式的可以提供超過(guò)200mA的源和漏電流。SG3525A系列的NOR（或非）邏輯在斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)輸出為低。·工作范圍為8.0V到35V·5.1V±1.0調(diào)定的基準(zhǔn)電壓·100Hz到400KHz振蕩器頻率·分立的振蕩器同步腳3.1.2SG3525內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作特性（1）基準(zhǔn)電壓調(diào)整器基準(zhǔn)電壓調(diào)整器是輸出

29、為5.1V，50mA，有短路電流保護(hù)的電壓調(diào)整器。它供電給所有內(nèi)部電路，同時(shí)又可作為外部基準(zhǔn)參考電壓。若輸入電壓低于6V時(shí)，可把15、16腳短接，這時(shí)5V電壓調(diào)整器不起作用。（2）振蕩器3525A的振蕩器，除CT、RT端外，增加了放電7、同步端3。RT阻值決定了內(nèi)部恒流值對(duì)CT充電，CT的放電則由5、7端之間外接的電阻值RD決定。把充電和放電回路分開(kāi)，有利于通過(guò)RD來(lái)調(diào)節(jié)死區(qū)的時(shí)間，因此是重大改進(jìn)。這時(shí)3525A的振蕩頻率可表為： （3.1）在3525A中增加了同步端3專(zhuān)為外同步用，為多個(gè)3525A的聯(lián)用提供了方便。同步脈沖的頻率應(yīng)比振蕩頻率fS要低一些。(3)誤差放大器誤差放大器是差動(dòng)輸入的

30、放大器。它的增益標(biāo)稱(chēng)值為80dB，其大小由反饋或輸出負(fù)載決定，輸出負(fù)載可以是純電阻，也可以是電阻性元件和電容的元件組合。該放大器共模輸入電壓范圍在1.83.4V，需要將基準(zhǔn)電壓分壓送至誤差放大器1腳（正電壓輸出）或2腳（負(fù)電阻輸出）。3524的誤差放大器、電流控制器和關(guān)閉控制三個(gè)信號(hào)共用一個(gè)反相輸入端，3525A改為增加一個(gè)反相輸入端，誤差放大器與關(guān)閉電路各自送至比較器的反相端。這樣避免了彼此相互影響。有利于誤差放大器和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)工作精度的提高。(4)閉鎖控制端10利用外部電路控制10腳電位，當(dāng)10腳有高電平時(shí)，可關(guān)閉誤差放大器的輸出，因此，可作為軟起動(dòng)和過(guò)電壓保護(hù)等。(5)有軟起動(dòng)電路比較器的

31、反相端即軟起動(dòng)控制端8，端8可外接軟起動(dòng)電容。該電容由內(nèi)部Vref的50A恒流源充電。達(dá)到2.5V所經(jīng)的時(shí)間為。點(diǎn)空比由小到大（50）變化。(6)增加PWM鎖存器使關(guān)閉作用更可靠比較器（脈沖寬度調(diào)制）輸出送到PWM鎖存器。鎖存器由關(guān)閉電路置位，由振蕩器輸出時(shí)間脈沖復(fù)位。這樣，當(dāng)關(guān)閉電路動(dòng)作，即使過(guò)流信號(hào)立即消失，鎖存器也可維持一個(gè)周期的關(guān)閉控制，直到下一周期時(shí)鐘信號(hào)使倘存器復(fù)位為止。另外，由于PWM鎖存器對(duì)比較器來(lái)的置位信號(hào)鎖存，將誤差放大器上的噪音、振鈴及系統(tǒng)所有的跳動(dòng)和振蕩信號(hào)消除了。只有在下一個(gè)時(shí)鐘周期才能重新置位，有利于可靠性提高。(7)增設(shè)欠壓鎖定電路電路主要作用是當(dāng)IC塊輸入電壓小

32、于8V時(shí)，集成塊內(nèi)部電路鎖定，停止工作（其準(zhǔn)源及必要電路除外），使之消耗電流降到很?。s2mA）。(8)輸出級(jí)由兩個(gè)中功率NPN管構(gòu)成，每管有抗飽和電路和過(guò)流保護(hù)電路，每組可輸出100mA。組間是相互隔離的。電路結(jié)構(gòu)改為確保其輸出電平或者是高電平或者是低電平的一個(gè)電平狀態(tài)中。為了能適應(yīng)驅(qū)動(dòng)快速的場(chǎng)效應(yīng)功率管的需要，末級(jí)采用推拉式電路，使關(guān)斷速度更快。11端（或14端）的拉電流和灌電流，達(dá)100mA。在狀態(tài)轉(zhuǎn)換中，由于存在開(kāi)閉滯后，使流出和吸收間出現(xiàn)重迭導(dǎo)通。在重迭處有一個(gè)電流尖脈沖，其持續(xù)時(shí)間約100ns。使用時(shí)VC接一個(gè)0.1f電容可以濾去尖峰。另一個(gè)不足處是吸電流時(shí)，如負(fù)載電流達(dá)到50mA以上時(shí)，管飽和壓降較高（約1V）。3.2 SG3525構(gòu)成的控制電路圖四 驅(qū)動(dòng)電路模塊4.1 驅(qū)動(dòng)芯片EXB841的控制原理圖1為EXB841的驅(qū)動(dòng)原理。其主要有三個(gè)工作過(guò)程：正常開(kāi)通過(guò)程、正常關(guān)斷過(guò)程和過(guò)流保護(hù)動(dòng)作過(guò)程。14和15兩腳間外加PWM控制信號(hào)，當(dāng)觸發(fā)脈沖信號(hào)施加于14和15引腳時(shí)，在GE兩端產(chǎn)生約16V的IGBT開(kāi)通電壓；當(dāng)觸發(fā)控制脈沖撤銷(xiāo)時(shí)，在GE兩端產(chǎn)生-5.1V的IGBT關(guān)斷電壓。過(guò)流保護(hù)動(dòng)作過(guò)程是根據(jù)I