電源技術(shù)離線作業(yè)大功率開(kāi)關(guān)電源的研究

1、 網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院電源技術(shù)課 程 設(shè) 計(jì)題 目： 大功率開(kāi)關(guān)電源的研究 學(xué)習(xí)中心： 層 次： 高起專 專 業(yè)： 年 級(jí)： 年 春/秋 季 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 生： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 年 月 日目 錄1 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介及要求32 Buck型開(kāi)關(guān)變換器的工作原理42.1 Buck型開(kāi)關(guān)電路的組成42.2 Buck型開(kāi)關(guān)電路工作工程分析53 Buck型開(kāi)關(guān)逆變器的工作原理及器件介紹73.1 Buck型開(kāi)關(guān)逆變器電路圖73.2 Buck型開(kāi)關(guān)變換電路的控制規(guī)律83.3 電路圖中的器件介紹83.3.1 IGBT的簡(jiǎn)單介紹93.3.2 IGBT的驅(qū)動(dòng)10總結(jié)101 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介及要求我們都已知對(duì)于一個(gè)逆變電路來(lái)說(shuō)都需要

2、一個(gè)直流電壓源，而如果想設(shè)計(jì)一個(gè)好的逆變電路的話就必須有一個(gè)穩(wěn)定性好的直流電壓源。然而隨著當(dāng)今工業(yè)的發(fā)展，各種各樣的用電設(shè)備不斷涌現(xiàn)，人們的用電量也在不斷增加，單個(gè)設(shè)備的用電量從幾瓦到幾千瓦再到幾兆瓦不等，于是人們就需要不同功率等級(jí)的直流電壓源來(lái)給逆變器供電。當(dāng)然了如果我們得到的直流電壓源只是應(yīng)用于小功率場(chǎng)合的話，那么我們對(duì)于直流電壓源的主要要求就是有較好的穩(wěn)定性，這樣可以減少逆變器所承受的負(fù)擔(dān)。然而在大功率場(chǎng)合，電源本身消耗的功率也已經(jīng)不能忽視，因?yàn)殡S著變換器功率等級(jí)的提高，其本身的消耗也會(huì)成倍增加，這樣對(duì)于我們當(dāng)今這個(gè)能源危機(jī)的年代是不可行的。我們都已知線性穩(wěn)壓電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)方便、

3、輸出電壓穩(wěn)定性強(qiáng)、紋波電壓小等優(yōu)點(diǎn)。但是，由于調(diào)整管集電極功耗為，因而始終消耗功耗，特別是在大功率應(yīng)用場(chǎng)合，其負(fù)載電流較大則調(diào)整管自身的功耗很大。也就是說(shuō)，線性穩(wěn)壓電路的效率很低，我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中的線性穩(wěn)壓電路的效率僅為3040%，同時(shí)因?yàn)檎{(diào)整管的功耗過(guò)大，調(diào)整管的散熱也成為一個(gè)讓人頭疼的問(wèn)題。然我們又知道功率管在導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)時(shí)其消耗的功率很小，這樣其散熱的問(wèn)題就自然的消失了，于是我們可以設(shè)想，如果調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，然后讓輸出保持穩(wěn)定就可以得到功耗小的直流電源，于是開(kāi)關(guān)型直流穩(wěn)壓電源應(yīng)運(yùn)而生，雖然開(kāi)關(guān)型變換器也存在輸出電壓紋波大等缺點(diǎn)，但它以其很小的功率消耗而廣泛應(yīng)用于大功率場(chǎng)合。獲取完

4、整word格式文檔或者論文代寫(xiě)請(qǐng)聯(lián)系：QQ 248173788我們是在校研究生，同時(shí)也一直寫(xiě)各個(gè)專業(yè)的奧鵬論文，直接跟我們聯(lián)系，省去了找他們代寫(xiě)網(wǎng)站上的受他們剝削，所以我們代寫(xiě)價(jià)格最便宜，我們承諾您可以通過(guò)之后再付款2 Buck型開(kāi)關(guān)變換器的工作原理2.1 Buck型開(kāi)關(guān)電路的組成Buck型變換器是一種單開(kāi)關(guān)非隔離變換器。其電路組成如圖2-1所示：圖2-1 Buck型開(kāi)關(guān)變換器電路它由一個(gè)電子開(kāi)關(guān)，二極管，電感，電容和一個(gè)基本負(fù)載電阻構(gòu)成。如果讓開(kāi)關(guān)周期性通斷，對(duì)輸入電壓進(jìn)行斬波，在二極管的兩端可以得到一連串方波電壓(圖2-2)。經(jīng)過(guò)串聯(lián)電感濾波電路的濾波，在輸出端就可以得到平穩(wěn)的直流輸出電壓

5、了?？刂崎_(kāi)關(guān)開(kāi)通和關(guān)斷的比例，就可以對(duì)輸出電壓的高低進(jìn)行控制。獲取完整word格式文檔或者論文代寫(xiě)請(qǐng)聯(lián)系：QQ 248173788我們是在校研究生，同時(shí)也一直寫(xiě)各個(gè)專業(yè)的奧鵬論文，直接跟我們聯(lián)系，省去了找他們代寫(xiě)網(wǎng)站上的受他們剝削，所以我們代寫(xiě)價(jià)格最便宜，我們承諾您可以通過(guò)之后再付款圖2-2 BUCK變換器穩(wěn)態(tài)二極管兩端電壓2.2 Buck型開(kāi)關(guān)電路工作工程分析Buck型開(kāi)關(guān)變換器的整個(gè)工作過(guò)程可以分為動(dòng)態(tài)階段和穩(wěn)態(tài)階段兩個(gè)部分。其中動(dòng)態(tài)階段又可以細(xì)分為兩個(gè)過(guò)程。設(shè)初始狀態(tài)為零，即：電容的電壓為零，電感的電流為零，開(kāi)關(guān)以一定的占空比周期地工作。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合后，輸出電壓完全加在二極管的兩端，上正下

6、負(fù)，二極管被反偏截止。由于此時(shí)電容的初始電壓為零(，即輸出電壓為零)，電容電壓不能突變，所以輸入電壓完全加在電感L之上，形成經(jīng)開(kāi)關(guān)、電感、電容和電阻構(gòu)成的回路建立起初始電流。隨著開(kāi)關(guān)閉合時(shí)間的增加，電感電流逐漸增加，這個(gè)電感電流的一部分供給電阻成為輸出電流，另一部分對(duì)電容充電使電容兩端的電壓逐步升高。由于電容電壓從零開(kāi)始建立，在開(kāi)關(guān)閉合期間電感電流的增量相對(duì)較大，而輸出給的負(fù)載電流與電容電壓成正比，故開(kāi)始階段電容的充電電流最大，電容電壓上升的最快。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，由于電感電流不能突變，失去外加激勵(lì)趨于下降的電感電流在電感兩端產(chǎn)生右正左負(fù)的感應(yīng)電勢(shì)，這一感應(yīng)電勢(shì)將克服電容器電壓使二極管承受正偏導(dǎo)通

7、，形成的續(xù)流回路。在開(kāi)始階段的若干個(gè)周期內(nèi)由于電容電壓尚處于一個(gè)比較低的數(shù)值，輸出的負(fù)載電流不大，因此電感電流的大部分仍將作為充電電流對(duì)電容充電，使得電容電壓繼續(xù)升高。不過(guò)由于以后的每一個(gè)周期里電容的初始電壓總是比前一個(gè)周期的電壓值高，開(kāi)關(guān)閉合期間電感電流的增量在不斷減小而負(fù)載電流在不斷增加，因此電容的充電電流在逐漸減小，電容電壓上升的速度逐漸變緩(盡管電容充電電流在減小但始終大于零)。這種情況將持續(xù)若干個(gè)周期，這一階段稱為動(dòng)態(tài)過(guò)程的第一個(gè)階段，也是動(dòng)態(tài)過(guò)程的初始階段。這一階段的特點(diǎn)是：不論開(kāi)關(guān)的狀態(tài)如何，電容的充電電流由大變小，但電容的充電電流始終大于零。電容電壓是在不斷升高，輸出電流也在不

8、斷增加。在其后的若干周期里，開(kāi)關(guān)閉合期間電感電流仍將增加，并同時(shí)給負(fù)載電阻和電容提供電流。但是由于輸出電壓的不斷升高，使得輸出的負(fù)載電流也在不斷增大，因此給電容充電的電流將逐漸減小。另一方面由于電容電壓的增加，開(kāi)關(guān)閉合期內(nèi)電感電流的增加量將變得更小(加在電感器上的激勵(lì)電壓為)，所以在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)期間，電容的充電電流將由原來(lái)始終大于零逐漸變化為一段時(shí)間里大于零，一段時(shí)間里小于零。即：隨著電感電流的逐漸下降，由原來(lái)的電感除了能提供足夠的負(fù)載電流之外還始終能給電容提供一部分充電電流逐漸變?yōu)殡姼须娏鞑粌H不能給電容提供充電電流，而且負(fù)載所需要的電流的一部分還要靠電容的放電電流維持。這個(gè)過(guò)程的每一個(gè)周期內(nèi)，電

9、容的充電電荷量仍將大于放電電荷量。雖然電容電壓會(huì)出現(xiàn)時(shí)而上升時(shí)而下降的現(xiàn)象，但總體上講電容電壓仍然保持上升的趨勢(shì)。這是動(dòng)態(tài)過(guò)渡過(guò)程的第二階段，也是后期階段。這個(gè)階段的特點(diǎn)是：隨著輸出電壓的不斷升高，電感電流的增量在逐漸減小，電容的充電電流由始終大于零變?yōu)闀r(shí)而大于零，時(shí)而小于零而總的趨勢(shì)仍然是輸出電壓不斷升高。當(dāng)一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)電容的充、放電電荷相等時(shí)電路進(jìn)入了穩(wěn)態(tài)。開(kāi)關(guān)閉合時(shí)電感電流增加，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)電感電流下降，電容的充、放電電流在一個(gè)周期內(nèi)的平均值等于零，即：在電容的充電電流大于零時(shí)電容電壓上升，“充電”電流小于零時(shí)電容電壓下降。因此輸出電壓的平均值保持不變，輸出電壓存在脈動(dòng)成分。此時(shí)電路進(jìn)入

10、穩(wěn)態(tài)工作階段。這個(gè)階段的特點(diǎn)是：電容的充、放電電流在一個(gè)周期內(nèi)的平均值等于零，輸出電壓的平均值保持不變，輸出電壓存在因電容充、放電形成的脈動(dòng)成分。由上述分析可知：1)零初始條件下固定占空比工作時(shí)，變換器經(jīng)歷動(dòng)態(tài)過(guò)程和穩(wěn)態(tài)過(guò)程兩大階段。動(dòng)態(tài)階段的特點(diǎn)是電容電壓逐步升高，一個(gè)周期內(nèi)電感電流的平均值大于負(fù)載電流，電容的充電電荷大于放電電荷；穩(wěn)態(tài)階段的特點(diǎn)是一個(gè)周期內(nèi)電感電流的平均值等于負(fù)載電流值，電容的充、放電電荷相等，輸出電壓平均值不變。2)輸出占空比D可以改變輸出電壓的大小。3)穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸出電壓的平均值雖然保持不變，但輸出電壓存在因電容充放電引起的脈動(dòng)。4)電感電流和電容電流均呈現(xiàn)脈動(dòng)形式，在開(kāi)

11、關(guān)閉合時(shí)電感電流和電容電流增加，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)電感電流和電容電流下降。5)為了使變換器電路能具有由占空比D來(lái)控制輸出電壓的能力，電路中必須接入一個(gè)基本負(fù)載R。這一點(diǎn)不難理解：如果沒(méi)有基本負(fù)載，那么無(wú)論占空比多么小或怎樣變換，一方面由于每個(gè)周期內(nèi)所建立起來(lái)的電感電流將完全成為電容的充電電流。于是經(jīng)過(guò)若干個(gè)周期后電容電壓的穩(wěn)態(tài)值必然是Us，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓控制的目的。另一方面接入一個(gè)電阻就形成一個(gè)基本的負(fù)載電流，保證后邊的串聯(lián)電感濾波器工作在電流連續(xù)狀態(tài)，使輸出具有可調(diào)節(jié)的平坦特性，這也與實(shí)際使用的情形一致。3 Buck型開(kāi)關(guān)逆變器的工作原理及器件介紹3.1 Buck型開(kāi)關(guān)逆變器電路圖下圖3-1即為

12、用于大功率開(kāi)關(guān)型逆變器的電路拓?fù)湫问剑韩@取完整word格式文檔或者論文代寫(xiě)請(qǐng)聯(lián)系：QQ 248173788我們是在校研究生，同時(shí)也一直寫(xiě)各個(gè)專業(yè)的奧鵬論文，直接跟我們聯(lián)系，省去了找他們代寫(xiě)網(wǎng)站上的受他們剝削，所以我們代寫(xiě)價(jià)格最便宜，我們承諾您可以通過(guò)之后再付款圖3-1 開(kāi)關(guān)型逆變電路基于開(kāi)關(guān)型變換的新型逆變電路如圖3-1所示,它由Buck型變換電路和逆變器輸出電壓極性變換電路兩部分組成：其中Buck型變換電路采用Buck拓?fù)湫问?，輸入電壓Us即為通過(guò)二極管不控整流后經(jīng)電容濾波后的電壓源，現(xiàn)要求高頻開(kāi)關(guān)S的占空比以正弦半波規(guī)律緩慢變換，則輸出電壓Vo將是正弦半波的形式；而輸出電壓極性變換電路是一

13、個(gè)與給定電壓同步的橋式電路，其開(kāi)關(guān)管工作在低頻狀態(tài)，僅在電壓過(guò)零點(diǎn)進(jìn)行極性變換，為零電壓轉(zhuǎn)換，開(kāi)關(guān)損耗很小。3.2 Buck型開(kāi)關(guān)變換電路的控制規(guī)律圖3-2 Buck型開(kāi)關(guān)逆變器的輸出波形3.3 電路圖中的器件介紹在以上3-1的電路圖中，包括運(yùn)算放大器、反相器、開(kāi)關(guān)管、二極管、電阻、電容、電感等電子和電力電子器件。對(duì)于運(yùn)算放大器、電阻等器件我們都比較熟悉，這里就不在詳細(xì)介紹。然而為了讓我們能進(jìn)一步了解該電路的工作過(guò)程，在此我們有必要對(duì)應(yīng)用IGBT的開(kāi)關(guān)管作一簡(jiǎn)單介紹并簡(jiǎn)單的介紹一下其驅(qū)動(dòng)控制芯片，以其對(duì)你工作過(guò)程有一個(gè)概況性的認(rèn)識(shí)。 IGBT的簡(jiǎn)單介紹 IGBT的驅(qū)動(dòng)獲取完整word格式文檔或者論文代寫(xiě)請(qǐng)聯(lián)系：QQ 248173788我們是在校研究生，同時(shí)也一直寫(xiě)各個(gè)專業(yè)的奧鵬論文，直接跟我們聯(lián)系，省去了找他們代寫(xiě)網(wǎng)站上的受他們剝削，所以我們代寫(xiě)價(jià)格最便宜，我們承諾您可以通過(guò)之后再付款總結(jié)本文在盡量接近實(shí)際的思想指導(dǎo)下，考慮到大功率的情況下變換器的損耗大，發(fā)熱高，不適用與當(dāng)今能源危機(jī)的需求。為了解決在大功率應(yīng)用場(chǎng)合能耗、散熱等令人頭疼的問(wèn)題時(shí)，提出了在以改進(jìn)的Buck開(kāi)關(guān)型變換器為研究對(duì)象的大功率開(kāi)關(guān)電源。本文設(shè)計(jì)了Buck型開(kāi)關(guān)變換器加橋式反相器的大功率逆變電路。并對(duì)該電路進(jìn)行了仔細(xì)的分析，驗(yàn)證了其實(shí)際的可