直流升降壓斬波電路

1、word;切點2孽沈課程設計說明書直流升降壓斬波電路的設計院、部：電氣與信息工程學院學生：指導教師：肖文英職稱副教授專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：完成時間：20世紀80年代以來，信息電子技術和電力電子技術在各自發(fā)展的基礎上相結合而產生了一代高頻化、全控型的電力電子器件，典型代表有門極可關斷晶閘管、電力晶體管、電力場效應晶體管和絕緣柵雙極晶體管。利用全控型器件可以組成變流器。直流-直流變換器就是其中一種，它廣泛應用于通信交換機、計算機以及手機等電子設備的開關電源。直流一直流變流電路(DC-DCConverter)的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{電壓的直流電，包括直接直流變流電路和間接直流變

2、流電路。直接直流變流電路也稱斬波電路(DCChopper),它的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{電壓的直流電。本文著重介紹直流升降壓斬波電路的原理和基于MATLAB勺Simulink的直流升降壓斬波電路的仿真。關鍵詞：直流一直流變流電品升降壓斬波；Simulink；仿真ABSTRACTdevice mayis widelySincethe1980s,electronicinformationtechnologyandpowerelectronicstechnologydevelopmentonthebasisoftheirrelativebinetoproduceagenerationof

3、high-frequency,full-controlledpowerelectronicdevices,thereisatypicalrepresentativeofgate-turn-offthyristor,powertransistors,powerfieldeffecttransistorandaninsulatedgatebipolartransistor.Theuseoffull-controlledbeposedoftheconverter.DC-DCconverterisoneofthem,itusedintelemunicationsswitches,putersandmo

4、bilephonesandother11 / 19electronicdevicesswitchingpowersupply.DC-DCconvertercircuit(DC-DCConverter)functionistodirectcurrentvoltageintoanotherfixedoradjustableDCvoltage,direct-currentconvertercircuitincludingdirectandindirectDCconvertercircuit.DirectDCconvertercircuitisalsoknownasachoppercircuit(DC

5、Chopper),itsfunctionistodirectcurrentvoltageintoanotherfixedoradjustableDCvoltage.ThisarticlefocusesontheDC-downchoppercircuitprincipleandbasedonMATLABSimulinkDCbuckconvertercircuitsimulation.Keywords:DC-DCconvertercircuit;Liftpressurechopper;Simulink;Simulation目錄1升降壓斬波電路的原理1.1基本原理1.2波形圖22控制和驅動電路33保

6、護電路及其他輔助電路43.1 保護電路43.1.1 過電壓保護43.1.2 過電流保護53.2 直流供電電源53.3 器件選擇64仿真分析64.1 建立仿真模型64.2 仿真結果分析75設計總結8參考文獻9附錄101升降壓斬波電路及基本原理1.1 工作原理圖1所示為升降壓斬波電路(Buck-BoostChopper)原理圖。電路中電感L值很大，電容C值也很大。因為要使得電感電流和電容電壓基本為恒值。圖1升降壓斬波電路該電路的基本工作原理：當可控開關V處于通態(tài)時，電源E經(jīng)V向電感L供電使其儲存能量，此時電流為ii,方向如圖1所示。同時，電容C維持輸出電壓基本恒定并向負載R供電。此后，使V關斷，電

7、感L中儲存的能量向負載釋放，電流為i2,方向如圖1所示?？梢姡撦d電壓極性為下正上負，與電源電壓極性相反，因此該電路也稱作反極性斬波電路。穩(wěn)態(tài)時，一個周期T電感L兩端電壓Ul對時間的積分為零，即：TtonTULdtUlondtULoffdtEtonUotoff0(2-1)00ton當V處于通態(tài)期間時，Ul=E,而當V處于斷態(tài)期間時，Ul=-U0。于是EtonUotoff所以輸出電壓為：u0tEtonEE(2-2)toffTton1ton為V處于通態(tài)的時間，toff為V處于斷態(tài)的時間。T為開關周期；為導通占空比，簡稱占空比或導通比。若改變導通比，則輸出電壓既可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。

8、當01/2時為降壓，當1/21時為升壓，因此該電路稱為升降壓斬波電路。根據(jù)對輸出電壓平均值進行調制的方式不同，斬波電路有三種控制方式：1、保持開關周期T不變，調節(jié)開關導通時間如不變，稱為pwm2、保持開關導通時間ton不變，改變開關周期T,稱為頻率調制或調頻型。3、ton和T都可調，使占空比改變，稱為混合型。1.2波形圖輸出電壓Uo殳EEtoff1圖2.4給出了電源電流i1和負載電流i2的波形，設兩者的平均值分別為11、I2,當電流脈動足夠小時，有LL12toff由上式可得I2Ml1I1ton如果V、VD為沒有損耗的理想開關時，則有EI1U0I2其輸出功率和輸入功率相等，可看作直流變壓器。圖2

9、升降壓斬波電路波形2SG3525控制和驅動電路SG3525是一種性能優(yōu)良、功能齊全和通用性強的單片集成PWMI制芯片，它簡單可靠及使用方便靈活，輸出驅動為推拉輸出形式，增加了驅動功能；部含有欠壓鎖定電路、軟啟動控制電路、PW頤存器，有過流保護功能，頻率可調，同時能限制最大占空比。其特點如下：(1)工作電壓圍寬：835V。(2)5.1(11.0%)V微調基準電源。(3)振蕩器工作頻率圍寬：100HL400KHz.(4)具有振蕩器外部同步功能。(5)死區(qū)時間可調。(6)置軟啟動電路。(7)具有輸入欠電壓鎖定功能(8)具有PW順存功能，禁止多脈沖(9)逐個脈沖關斷。(10)雙路輸出(灌電流/拉電流)

10、：mA峰值)。SG352叫了5.1V精密基準電源，微調至1.0%,在誤差放大器共模輸入電壓圍，無須外接分壓電組。SG3525還增加了同步功能，可以工作在主從模式，也可以與外部系統(tǒng)時鐘信號同步，為設計提供了極大的靈活性。在CT弓唧和Discharge引腳之間加入一個電阻就可以實現(xiàn)對死區(qū)時間的調節(jié)功能。由于SG3525部集成了軟啟動電路，因此只需要一個外接定時電容。SG3525SB結構如圖3所示，直流電源Vs從腳15接入后分兩路，一路加到或非門；另一路送到基準電壓穩(wěn)壓器的輸入端，產生穩(wěn)定的元器件作為電源。振蕩器腳5須外接電容CT,腳6須外接電阻RT。振蕩器頻率由外接電阻RT和電容CT決定，振蕩器的

11、輸出分為兩路，一路以時鐘脈沖形式送至雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及兩個或非門；另一路以鋸齒波形式送至比較器的同相輸入端，比較器的反向輸入端接誤差放大器的輸出，誤差放大器的輸出與鋸齒波電壓在比較器中進行比較，輸出一個隨誤差放大器輸出電壓高低而改變寬度的方波脈沖，再將此方波脈沖送到或非門的一個輸入端。其他引腳分別為：引腳1為反相輸入，2為同相輸入引腳，3為同步端引腳，4為振蕩器輸出引腳，7為放電端引腳，8為軟啟動端引腳，9為補償引腳，10為閉鎖控制引腳，引腳12接地。部結構如下：圖3控制和驅動電路3保護電路及其它輔助電路的設計3.1 保護電路電力電子電路中，除了電力電子器件參數(shù)選擇合適，驅動電路設計良好外，采用合

12、適的過電壓保護、過電流保護也是必須的。3.1.1 抑制過電壓的方法：用非線性元件限制過電壓的幅度，用電阻消耗生產過電壓的能量，用儲能元件吸收生產過電壓的能量。對于非線性元件，不是額定電壓小，使用麻煩，就是不宜用于抑制頻繁出現(xiàn)過電壓的場合。所以我們選用儲能元件吸收生產過電壓的能量的保護。使用RC吸收電路，這種保護可以把變壓器繞組中釋放出的電磁能量轉化為電容器的電場能量儲存起來。由于電容兩端電壓不能突變，所以能有效抑制過電壓，串聯(lián)電阻消耗部分產生過電壓的能量，并抑制LC回路的震動。保護電路如圖所示。3.1.2 抑制過電流的方法：常見的過電流保護有：快速熔斷器保護，過電流繼電器保護，直流快速開關過電

13、流保護。快速熔斷器保護是最有效的保護措施；過電流繼電器保護中過電流繼電器開關時間長（只有在短路電流不大時才有用）直流快速開關過電流保護功能很好，但造價高，體積大，不宜采用。因此，最佳方案是用快速熔斷器保護。圖5快速熔斷器3.2 直流供電電路220圖6直流電源負載平均電壓|Ui升高，紋波減小，且Rlc越大，電容放電速率越慢，則負載電壓中的紋波成分越小，負載平均電壓越高。為得到平滑的負載電壓，一般取dRlC(35)T2式中T為電源交流電壓的周期。電容濾波電路的負載電壓%與%的關系為U="1L2F%-o令整流后輸出電壓為200V,則整流前輸入電壓U2=Ui/1.2=200/1.2=166.

14、7V因為電源為交流單項220V,變壓器變比需滿足U1：U2=220:166.7=1:1此時前級整流輸出電壓E為200V。并且為滿足輸出電流I。最大2A,整流電路中每個二極管所承受的最大電流為，IVT=Io/2=1A。變壓器二次側的電流2A,由變壓器變比為1:1,流過一次側的電流為2A。3.3器件選擇要求輸出直流電壓U。在100300V可調，由輸出電壓公式U。1E可知，當U。為100V時，占空比二1/3;當U。為300V時，占空比=3/5。即控制占空比在1/33/5之間，可得輸出直流電壓U0在100300V可調。為使電路正常工作驅動電路中R1、R2為1K,R3為5.1KQ,R4為10KQ,電位器

15、R0為010KQ,R5為10KQ。要求最大輸出電流為2A,故負載功率圍為20200W流過VT二極管、V三極管的最大電流為2A。熔斷器的最大熔斷電流為2A?？蛇xWICKMANN1812陶瓷管保險絲。word整流電路中二極管選擇為IN5232,驅動電路中二極管選擇為IN4148,驅動電路中C1為0.01仙F4仿真分析4.1建立仿真模型在電力電子設計過程中利用MATLA來進行仿真建模分析有很大的好處，它不但非常方便而且能夠在很大程度圍減少因設計問題而造成的浪費。這里的仿真主要是運用MATLA歆件中的Simulink工具。先從Simulink的元件庫中找到需要用的元件，然后搭建相應的主電路，設置好參數(shù)

16、后即可進行仿13/19word真。仿真電路圖如下所示:!口Scope圖7仿真電路圖4.2仿真結果分析圖9仿真波形圖215 / 19(1)當占空比K=50%寸，如果輸入電壓E=100V,WJUOE=0.5X100-1(1-0.5)=100V,這時輸出電壓等于輸入電壓，是等壓式變換，如圖8所示圖8仿真波形圖1(2)當占空比=70%寸，如果輸入電壓E=100V,貝UUOE=0.7X100-1(1-0.7)=700/3V=233V,這時輸出電壓高于輸入電壓，是升壓式變換，如圖9所示。(3)當占空比=30%寸，如果輸入電壓E=100V,貝UUOE=0.3X100-|1(1-0.3)=300/7V=43V,這時輸出電壓低于輸入電壓，是降壓式變換，如圖10所示。圖10仿真波形圖35設計總結通過這次課程設計，讓我對電力電子技術有了更深的認識，讓我進一步了解了電力電子器件。在這次課程設計中我主要擔任電路仿真的工作，雖然在此期間遇到了很多困難，重復了很多遍都沒有仿成功，但是經(jīng)過查找資料，向老師同學請教，之后得到你要的結果時，那種喜悅感，那種興奮