直流升降壓斬波電路

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 課程設(shè)計(jì)說明書 直流升降壓斬波電路的設(shè)計(jì) 院 、 部： 電氣與信息工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)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： 摘 要20世紀(jì)80年代以來 ，信息電子技術(shù)和電力電子技術(shù)在各自發(fā)展的基礎(chǔ)上相結(jié)合而產(chǎn)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(guān)斷晶閘管、電力晶體管、電力場效應(yīng)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(yīng)用于通信交換機(jī)、計(jì)算機(jī)以及手機(jī)等電子設(shè)備的開關(guān)電源。直流直流變流電路（DC-DC Converter）的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭?/p>

2、壓或可調(diào)電壓的直流電，包括直接直流變流電路和間接直流變流電路。直接直流變流電路也稱斬波電路（DC Chopper），它的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)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的Simulink的直流升降壓斬波電路的仿真。關(guān)鍵詞：直流直流變流電路；升降壓斬波；Simulink；仿真ABSTRACTSince the 1980s, electronic information technology and power electronics technology development on the basis of their relative

3、combine to produce a generation of high-frequency, full-controlled power electronic devices, there is a typical representative of gate-turn-off thyristor, power transistors, power field effect transistor and an insulated gate bipolar transistor. The use of full-controlled device may be composed of t

4、he converter. DC - DC converter is one of them, it is widely used in telecommunications switches, computers and mobile phones and other electronic devices switching power supply. DC - DC converter circuit (DC-DC Converter) function is to direct current voltage into another fixed or adjustable DC vol

5、tage, direct-current converter circuit including direct and indirect DC converter circuit. Direct DC converter circuit is also known as a chopper circuit (DC Chopper), its function is to direct current voltage into another fixed or adjustable DC voltage. This article focuses on the DC-down chopper c

6、ircuit principle and based on MATLAB Simulink DC buck converter circuit simulation. Key words: DC-DC converter circuit; Lift pressure chopper; Simulink; Simulation 目錄1升降壓斬波電路的原理11.1基本原理1 1.2波形圖22控制和驅(qū)動電路33保護(hù)電路及其他輔助電路43.1保護(hù)電路4 3.1.1過電壓保護(hù)4 3.1.2過電流保護(hù)5 3.2直流供電電源5 3.3器件選擇64仿真分析6 4.1建立仿真模型6 4.2仿真結(jié)果分析75設(shè)計(jì)總

7、結(jié)8參考文獻(xiàn)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-Boost Chopper）原理圖。電路中電感L值很大，電容C值也很大。因?yàn)橐沟秒姼须娏骱碗娙蓦妷夯緸楹阒?。圖1 升降壓斬波電路該電路的基本工作原理：當(dāng)可控開關(guān)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，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(fù)載R供電。此后，使V關(guān)斷，電感L中儲存的能量向負(fù)載釋放，電流為，方向如圖1所示?？梢?，負(fù)載電壓極性為下正上負(fù)，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內(nèi)電感L兩端電壓對時間的積分為零，即： (

8、2-1)當(dāng)V處于通態(tài)期間時，=E，而當(dāng)V處于斷態(tài)期間時，= -。于是所以輸出電壓為： (2-2)為V處于通態(tài)的時間，為V處于斷態(tài)的時間。T為開關(guān)周期；為導(dǎo)通占空比，簡稱占空比或?qū)ū取Ｈ舾淖儗?dǎo)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。當(dāng)時為降壓，當(dāng)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(jìn)行調(diào)制的方式不同，斬波電路有三種控制方式：1、保持開關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時間不變，稱為PWM。2、保持開關(guān)導(dǎo)通時間不變，改變開關(guān)周期T，稱為頻率調(diào)制或調(diào)頻型。3、和T都可調(diào)，使占空比改變，稱為混合型。1.2波形圖輸出電壓圖2.4給出了電源電流和負(fù)載電流的波形，設(shè)兩者的平

9、均值分別為、，當(dāng)電流脈動足夠小時，有由上式可得如果V、VD為沒有損耗的理想開關(guān)時，則有其輸出功率和輸入功率相等，可看作直流變壓器。圖2 升降壓斬波電路波形2 SG3525控制和驅(qū)動電路SG3525 是一種性能優(yōu)良、功能齊全和通用性強(qiáng)的單片集成PWM控制芯片，它簡單可靠及使用方便靈活，輸出驅(qū)動為推拉輸出形式，增加了驅(qū)動功能；內(nèi)部含有欠壓鎖定電路、軟啟動控制電路、PWM鎖存器，有過流保護(hù)功能，頻率可調(diào)，同時能限制最大占空比。其特點(diǎn)如下： （1）工作電壓范圍寬：835V。 （2）5.1（11.0%）V微調(diào)基準(zhǔn)電源。（3）振蕩器工作頻率范圍寬：100Hz400KHz. （4）具有振蕩器外部同步功能。（

10、5）死區(qū)時間可調(diào)。（6）內(nèi)置軟啟動電路。 （7）具有輸入欠電壓鎖定功能。（8）具有PWM鎖存功能，禁止多脈沖。 （9）逐個脈沖關(guān)斷。 （10）雙路輸出（灌電流/拉電流）：mA(峰值)。 SG3525內(nèi)置了5.1V精密基準(zhǔn)電源，微調(diào)至1.0%，在誤差放大器共模輸入電壓范圍內(nèi)，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(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。在CT引腳和Discharge引腳之間加入一個電阻就可以實(shí)現(xiàn)對死區(qū)時間的調(diào)節(jié)功能。由于SG3525內(nèi)部集成了軟啟動電路，因此只需要一個外接定時電容。SG3525內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示，直流電源從腳 15 接

11、入后分兩路，一路加到或非門；另一路送到基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓器的輸入端，產(chǎn)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(jìn)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

12、為補(bǔ)償引腳，10為閉鎖控制引腳，引腳12接地。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下： 圖3 控制和驅(qū)動電路3保護(hù)電路及其它輔助電路的設(shè)計(jì)3.1保護(hù)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(qū)動電路設(shè)計(jì)良好外，采用合適的過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)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(chǎn)過電壓的能量，用儲能元件吸收生產(chǎn)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(chǎn)過電壓的能量的保護(hù)。使用RC吸收電路，這種保護(hù)可以把變壓器繞組中釋放出的電磁能量轉(zhuǎn)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，

13、所以能有效抑制過電壓，串聯(lián)電阻消耗部分產(chǎn)生過電壓的能量，并抑制LC回路的震動。保護(hù)電路如圖所示。圖4 過電壓保護(hù)電路3.1.2抑制過電流的方法：常見的過電流保護(hù)有：快速熔斷器保護(hù)，過電流繼電器保護(hù)，直流快速開關(guān)過電流保護(hù)。快速熔斷器保護(hù)是最有效的保護(hù)措施；過電流繼電器保護(hù)中過電流繼電器開關(guān)時間長（只有在短路電流不大時才有用）直流快速開關(guān)過電流保護(hù)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(hù)。 圖5 快速熔斷器3.2直流供電電路圖6直流電源負(fù)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(fù)載電壓中的紋波成分越小，負(fù)載平均電壓越高。為得到平滑的負(fù)載電壓，

14、一般取 式中T為電源交流電壓的周期。電容濾波電路的負(fù)載電壓Ui與U2的關(guān)系為Ui=Y1.11.2YU2。令整流后輸出電壓為200V，則整流前輸入電壓=/1.2=200/1.2=166.7V因?yàn)殡娫礊榻涣鲉雾?xiàng)220V，變壓器變比需滿足： =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最大2A，整流電路中每個二極管所承受的最大電流為，=/2=1A。變壓器二次側(cè)的電流2A，由變壓器變比為1:1，流過一次側(cè)的電流為2A。3.3器件選擇 要求輸出直流電壓在100300V可調(diào)，由輸出電壓公式可知，當(dāng)為100V時，占空比=1/3；當(dāng)為300V時，占空比=3/5。即控制占空比

15、在1/33/5之間，可得輸出直流電壓在100300V可調(diào)。為使電路正常工作驅(qū)動電路中R1、R2為1K，R3為5.1K，R4為10K，電位器R0為010K，R5為10K。要求最大輸出電流為2A，故負(fù)載功率范圍為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。可選WICKMANN 181 2A陶瓷管保險絲。整流電路中二極管選擇為IN5232，驅(qū)動電路中二極管選擇為IN4148，驅(qū)動電路中C1為0.01F4仿真分析4.1建立仿真模型在電力電子設(shè)計(jì)過程中利用MATLAB來進(jìn)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范圍內(nèi)減少因設(shè)計(jì)問題而造成的浪費(fèi)。

16、這里的仿真主要是運(yùn)用MATLAB軟件中的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(yīng)的主電路，設(shè)置好參數(shù)后即可進(jìn)行仿真。仿真電路圖如下所示：圖7仿真電路圖4.2仿真結(jié)果分析（1）當(dāng)占空比K=50%時，如果輸入電壓E=100V，則=0.5×100÷（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(dāng)占空比=70%時，如果輸入電壓E=100V，則=0.7×100÷（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。圖9 仿真波形圖2（3）當(dāng)占空比=30%時，如果輸入電壓E=100V，則=0.3×100÷（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(shè)計(jì)總結(jié)通過這次課程設(shè)計(jì)，讓我對電力電子技術(shù)有了更深的認(rèn)識，讓我進(jìn)一步了解了電力電子器件。在這次課程設(shè)計(jì)中我主要擔(dān)任電路仿真的工作，雖然在此期間遇到了很多困難，重復(fù)了很多遍都沒