升降壓斬波課程設(shè)計(jì)

****大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：升降壓斬波電路設(shè)計(jì)單位（二級(jí)學(xué)院）：自動(dòng)化學(xué)院學(xué)生姓名：專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)時(shí)間：2014年5月目錄摘要 31升降壓斬波電路及基本原理 42仿真分析與調(diào)試 52.1建立仿真模型 52.2仿真參數(shù)的設(shè)置 62.3仿真結(jié)果分析 63用芯片實(shí)現(xiàn)升降壓 83.1LM2596降壓 83.2MC34063芯片升壓 93.3PCB版制作流程 104心得體會(huì) 125參考文獻(xiàn) 131、保持開(kāi)關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不變，稱為PWM。2、保持開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不變，改變開(kāi)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。2仿真分析與調(diào)試2.1建立仿真模型在電力電子設(shè)計(jì)過(guò)程中利用MATLAB來(lái)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(wèn)題而造成的浪費(fèi)。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(kù)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2仿真電路圖仿真電路中，用虛擬的示波器監(jiān)控了斬波電路輸出電壓和輸出電流的波形。根據(jù)題目要求輸出電壓范圍值為2.2～24V，輸出功率大于等于20W，輸入直流電壓為3～30V。又由于升降壓斬波電路對(duì)電感和電容的要求較高，因此它們的取值應(yīng)盡可能大。2.2仿真參數(shù)的設(shè)置1、直流電壓源選擇DCVoltagesource,其工作電壓安需要設(shè)定（3～30V）。2、示波器：接入2路信號(hào)分別為：iloade、Vloade。3、IGBT的參數(shù)選擇中的currenttailtime設(shè)置為：2e-6，其余為默認(rèn)值。4、晶閘管選擇Diode,參數(shù)選擇為默認(rèn)值。

5、脈沖發(fā)生器參數(shù)設(shè)置為：

Amplitue=1V

L=3H

C=infFPeriod=2e-4s(頻率5000HZ)PulseWidth（即占空比）：按需要設(shè)定6、主電路負(fù)載參數(shù)設(shè)置為：R=10Ω

L=0H

C=25e-04F7、電感參數(shù)設(shè)置：400e-3H2.3仿真結(jié)果分析純電阻負(fù)載時(shí)，首先選擇輸入電壓30V，占空比為0.33。仿真波形如下圖所示：圖3純電阻33%占空比波形圖由前面計(jì)算公式，我們知道當(dāng)輸入電壓為30V時(shí)，占空比0.33時(shí)，輸出電壓理論值為14.14V。由上圖知，仿真輸出電壓大約為13.35V。仿真輸出電流大約1.34A，輸出功率為17.89W，沒(méi)有大于20W，我們可以通過(guò)改變占空比，使輸出電壓和電流升高，以滿足設(shè)計(jì)要求。以下保持輸入電壓不變，把占空比變?yōu)?0%，再仿真一次。仿真結(jié)果如下圖所示：圖4純電阻50%占空比波形圖由前面計(jì)算公式，我們知道當(dāng)輸入電壓為30V時(shí)，占空比0.5時(shí)，輸出電壓理論值為30V，由上圖知，仿真輸出電壓大約為27.8V。仿真輸出電流大約2.8A，輸出功率77.84W，大于20W，符合設(shè)計(jì)要求。不妨改變輸入電壓再試試。以下把輸入電壓改為10V，由于需要升高電壓，所以取占空比80%。仿真波形如下：圖5純電阻80%占空比波形圖由圖知輸出電流大約3.37A，輸出電壓大約33.7V，輸出功率113.57W，大于20W，符合設(shè)計(jì)要求。由上述波形圖可以看出，電壓電流的波形都近似為一條直線。輸出電壓，電流與理論值都存在小小的誤差。但考慮到其他元件自身的阻抗作用，這種誤差是能夠容許的。3用芯片實(shí)現(xiàn)升降壓3.1LM2596降壓LM2596開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出3A的驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。固定輸出版本有3.3V、5V、12V，可調(diào)版本可以輸出小于37V的各種電壓。

該器件內(nèi)部集成頻率補(bǔ)償和固定頻率發(fā)生器，開(kāi)關(guān)頻率為150KHz，與低頻開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器相比較，可以使用更小規(guī)格的濾波元件。由于該器件只需4個(gè)外接元件，可以使用通用的標(biāo)準(zhǔn)電感，這更優(yōu)化了LM2596的使用，極大地簡(jiǎn)化了開(kāi)關(guān)電源電路的設(shè)計(jì)。

該器件還有其他一些特點(diǎn)：在特定的輸入電壓和輸出負(fù)載的條件下，可調(diào)輸出電壓范圍1.2V～37V±4%，輸出線性好且負(fù)載可調(diào)節(jié)，輸出電流可高達(dá)3A，采用150KHz的內(nèi)部振蕩頻率，屬于第二代開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器，功耗小、效率高。

通過(guò)外圍電路能夠使得LM2596芯片輸出電壓可調(diào)，輸出電壓的計(jì)算可由下式給出：（3-1）V圖6LM2596降壓模塊3.2MC34063芯片升壓MC34063是一單片雙極型線性集成電路，專用于直流-直流變換器控制部分。片內(nèi)包含有溫度補(bǔ)償帶隙基準(zhǔn)源、一個(gè)占空比周期控制振蕩器、驅(qū)動(dòng)器和大電流輸出開(kāi)關(guān)，能輸出1.5A的開(kāi)關(guān)電流。它能使用最少的外接元件構(gòu)成開(kāi)關(guān)式升壓變換器、降壓式變換器和電源反向器。能在3.0-40V的輸入電壓下工作，輸出開(kāi)關(guān)輸出電壓可調(diào)，工作振蕩頻率從100HZ到100KHZ。MC34063組成的升壓電路原理如圖,當(dāng)芯片內(nèi)開(kāi)關(guān)管(Q1)導(dǎo)通時(shí)，電源經(jīng)取樣電阻Res、電感L2、MC34063的1腳和2腳接地，此時(shí)電感L2開(kāi)始存儲(chǔ)能量，而由C_out對(duì)負(fù)載提供能量。當(dāng)T1斷開(kāi)時(shí)，電源和電感同時(shí)給負(fù)載和電容C_out提供能量。電感在釋放能量期間，由于其兩端的電動(dòng)勢(shì)極性與電源極性相同，相當(dāng)于兩個(gè)電源串聯(lián)，因而負(fù)載上得到的電壓高于電源電壓。開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通與關(guān)斷的頻率稱為芯片的工作頻率。只要此頻率相對(duì)負(fù)載的時(shí)間常數(shù)足夠高，負(fù)載上便可獲得連續(xù)的直流電壓。圖7MC34063升壓模塊3.3PCB版制作流程1、打印電路板。將繪制好的電路板用轉(zhuǎn)印紙打印出來(lái)2、裁剪覆銅板，用細(xì)砂紙把覆銅板表面的氧化層打磨掉，以保證在轉(zhuǎn)印電路板時(shí)，熱轉(zhuǎn)印紙上的碳粉能牢固的印在覆銅板上，打磨好的標(biāo)準(zhǔn)是板面光亮，沒(méi)有明顯污漬。3、轉(zhuǎn)印電路板。將打印好的電路板裁剪成合適大小，把印有電路板的一面貼在覆銅板上，最好用膠帶粘住，對(duì)齊好后把覆銅板放入熱轉(zhuǎn)印機(jī)，放入時(shí)一定要保證轉(zhuǎn)印紙沒(méi)有錯(cuò)位。一般來(lái)說(shuō)經(jīng)過(guò)3-5次轉(zhuǎn)印，電路板就能很牢固的轉(zhuǎn)印在覆銅板上4、腐蝕線路板.用腐蝕劑服飾結(jié)合熱水加快服飾速度。5、線路板鉆孔。線路板上是要插入電子元件的，所以就要對(duì)線路板鉆孔了。依據(jù)電子元件管腳的粗細(xì)選擇不同的鉆針

6、線路板預(yù)處理。鉆孔完后，用細(xì)砂紙把覆在線路板上的墨粉打磨掉，用清水把線路板清洗干凈。水干后，用松香水涂在有線路的一面，為加快松香凝固，用熱風(fēng)機(jī)加熱線路板，只需2-3分鐘松香就能凝固。7、焊接電子元件。焊接完相應(yīng)的電子元件，通電檢測(cè)和測(cè)試。4心得體會(huì)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，讓我對(duì)電力電子技術(shù)有了更深的認(rèn)識(shí)，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(méi)有仿成功，但是經(jīng)過(guò)查找資料，向老師同學(xué)請(qǐng)教，之后得到你要的結(jié)果時(shí)，那種喜悅感，那種興奮感如果沒(méi)有這一過(guò)程是無(wú)法體會(huì)的。仿真讓我進(jìn)一步學(xué)習(xí)了matlab軟件，學(xué)會(huì)了很多關(guān)于仿真的知識(shí)。當(dāng)然，此過(guò)程少不了老師的付出和同學(xué)合作。這次的設(shè)計(jì)也讓我認(rèn)識(shí)到了理論與實(shí)際結(jié)合的重要性。5參考文獻(xiàn)[1]王兆安，劉進(jìn)軍，