電力電子升壓斬波電路設(shè)計(jì)

**直流升壓斬波電路的設(shè)計(jì)**大學(xué)課程設(shè)計(jì)PAGE10PAGE11引言斬波器的工作方式有三種：一是脈寬調(diào)制方式，保持周期不變，改變開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間。二是頻率調(diào)制方式，保持不變，改變周期。三是混合型，和都可調(diào)，使占空比改變。直流斬波電路作為將直流電變成另一種固定電壓或可調(diào)電壓的直流直流變換器,在直流傳動(dòng)系統(tǒng)、充電蓄電電路、開關(guān)電源、電力電子變換裝置及各種用電設(shè)備中得到普通的應(yīng)用。直流斬波技術(shù)已被廣泛用于開關(guān)電源及直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中，使其控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)、節(jié)約電能的效果。全控型電力電子器件在牽引電傳動(dòng)電能傳輸與變換、有源濾波等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。1總體方案簡(jiǎn)介1.1設(shè)計(jì)原理框圖本設(shè)計(jì)擬采用直流升壓斬波電路將輸入的50V直流電壓進(jìn)行電壓抬升，調(diào)節(jié)占空比，使其為時(shí)，進(jìn)而使輸出直流電壓為?？刂瓶刂齐娐稲L主電路V1V2檢測(cè)電路驅(qū)動(dòng)電路控制電路主電路直流斬波電路電路輸出輸入圖1-1組成框圖1.2方案介紹主電路的功能是對(duì)輸入的50V的直流電壓進(jìn)行升壓。它主要由全控型器件IGBT及電感、電容器件組成?？刂齐娐凡糠謩t是對(duì)全控型器件IGBT的通斷進(jìn)行控制，來(lái)獲得不同的占空比，實(shí)現(xiàn)不同占空比下電壓的抬升。具體結(jié)構(gòu)在后面將會(huì)介紹。1.3設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)主要包括三部分，即主電路設(shè)計(jì)、控制電路設(shè)計(jì)以及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。2主電路設(shè)計(jì)2.1主電路原理圖主電路采用升壓斬波電路，工作波形如圖所示。該電路中使用的是全控型器件IGBT。 00UGE0ioI1圖2-1升壓斬波電路原理及工作波形2.2主電路工作原理假設(shè)L值、C值很大。當(dāng)V導(dǎo)通時(shí)，E向L充電，充電電流恒為I1，同時(shí)C的電壓向負(fù)載供電，因C值很大，輸出電壓為恒值,記為。設(shè)V通的時(shí)間為ton，此階段L上積蓄的能量為EI1ton。當(dāng)V斷開時(shí)，E和L共同向C充電并向負(fù)載R供電。設(shè)V斷的時(shí)間為toff，則此期間電感L釋放能量為：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，則有：經(jīng)過(guò)化簡(jiǎn)，可以得到輸出電壓的值：因?yàn)橹芷赥大于toff，則輸出電壓高于電源電壓，故稱升壓斬波電路。也稱之為boost變換器。式中表示升壓比，調(diào)節(jié)其大小即可改變輸出電壓的大小，調(diào)節(jié)的方法和改變占空比的方法發(fā)類似。將升壓比的倒數(shù)記作，則和導(dǎo)通占空比，有如下關(guān)系：因此，輸出電壓表達(dá)式為：升壓斬波電路能使輸出電壓高于電源電壓的原因：=1\*GB3①L儲(chǔ)能之后具有使電壓泵升的作用。=2\*GB3②電容C可將輸出電壓保持住。如果忽略電路中的損耗，則由電源提供的能量?jī)H由負(fù)載R消耗，與降壓斬波電路一樣，升壓斬波電路可看作直流變壓器。2.3升壓斬波電路的典型應(yīng)用升壓斬波電路的典型應(yīng)用，一是用于直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，二是用作單相功率因數(shù)校正電路，三是用于其他交直流電源中。當(dāng)升壓斬波電路用于直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)時(shí)，再生制動(dòng)時(shí)把電能回饋給直流電源。工作電路及波形圖如圖所示。OOOEOOE電流連續(xù)電流斷續(xù)圖2-2用于直流電動(dòng)機(jī)回饋能量的升壓斬波電路及工作波形由于實(shí)際電路中的電感值不可能為無(wú)窮大，因此和降壓斬波電路一樣，也有電動(dòng)機(jī)電樞電流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作狀態(tài)。此時(shí)電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)相當(dāng)于圖2-1中的電源，直流電源相當(dāng)于負(fù)載。因?yàn)橹绷麟娫吹碾妷夯臼呛愣ǖ?，因此不必并?lián)電容器。對(duì)電路分析如下：當(dāng)IGBT處于導(dǎo)通時(shí)，得：其中R為電動(dòng)機(jī)電樞回路電阻與線路電阻之和。設(shè)的初值為，解上式得：當(dāng)IGBT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2-2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)的波形如圖3-2所示。當(dāng)時(shí)刻，令上述電流連續(xù)時(shí)式中即可求出，進(jìn)而可寫出的表達(dá)式。另外，當(dāng)時(shí)，，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最優(yōu)參數(shù)選擇主電路中的電感和電容應(yīng)足夠大，以保證電流不斷續(xù)?？紤]到理想條件達(dá)不到，則需使電感和電容盡量大，盡可能減小誤差。3控制電路設(shè)計(jì)此電路主要用來(lái)產(chǎn)生控制信號(hào)。產(chǎn)生PWM信號(hào)有很多方法，但歸根到底不外乎直接產(chǎn)生PWM的專用芯片、單片機(jī)、PLC、可編程邏輯控制器等本電路。本設(shè)計(jì)采用直接產(chǎn)生PWM的專用芯片SG3525。3.1芯片介紹芯片引腳圖如圖所示。圖3-1SG2535芯片引腳圖3.2原理分析該芯片的外圍電路只需簡(jiǎn)單的連接幾個(gè)電阻電容，就能產(chǎn)生特定頻率的PWM波，通過(guò)改變輸入電阻的值就能改變輸出PWM波的占空比，故在輸入端接一個(gè)可調(diào)電阻就能實(shí)現(xiàn)PWM控制。為了提高安全性，該芯片內(nèi)部還設(shè)有保護(hù)電路。它還具有高抗干擾能力，是一款性價(jià)比相當(dāng)不錯(cuò)的工業(yè)級(jí)芯片。其連接電路圖如下圖所示。通過(guò)R2、R3、C3結(jié)合SG3525產(chǎn)生鋸齒波輸入到SG3525的振蕩器。其產(chǎn)生的PWM信號(hào)由OUTA、OUTB輸出，調(diào)節(jié)R7可以改變占空比。輸出的PWM信號(hào)通過(guò)二極管D6、D7送至驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。放大后的電壓可以直接驅(qū)動(dòng)IGBT。此電路具有信號(hào)穩(wěn)定，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。適用于中小容量的PWM斬波電路。圖3-2SG2535工作原理圖為了減少不同電源之間的相互干擾，SG3525輸出的PWM經(jīng)過(guò)隔離后才送至驅(qū)動(dòng)電路。3.3控制電路參數(shù)選擇在上述控制電路中，，，，。對(duì)D6、D7采用開關(guān)二極管。4驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)4.1芯片介紹驅(qū)動(dòng)芯片采用驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器具有延遲時(shí)間小，工作頻率高，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。可直接代換。使用單一電源，驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部設(shè)有負(fù)壓分配器，減少了外部元器件。4.2設(shè)計(jì)原理原理圖如圖所示。圖3-3TX-K841原理圖管腳說(shuō)明：1：驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部正負(fù)電壓分配的中點(diǎn)，接的發(fā)射極。2：驅(qū)動(dòng)器的輔助電源的正端，也是驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部正電源的端。3：驅(qū)動(dòng)器輸出端，接的柵極。4：保留端。5：故障信號(hào)輸出端。6：電流檢測(cè)端，接的集電極。7、8：未連接。9：驅(qū)動(dòng)器的輔助電源的負(fù)端，也是驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部負(fù)電源的端。10、11：保留端。12、13：空腳。14、15：信號(hào)輸入端，15腳高電平，14腳低電平。4.3參數(shù)選擇取濾波電容，，可用電解電容、再各并聯(lián)一個(gè)左右的無(wú)感電容，耐壓均大于或等于25V。；。選取故障輸出光耦的串聯(lián)電阻時(shí)，要考慮到5腳輸出的低電平接近于負(fù)電源。隔離反饋二極管應(yīng)選用高壓快恢復(fù)管，如等。5結(jié)論本次設(shè)計(jì)旨在通過(guò)直流升壓斬波電路將輸入的直流電轉(zhuǎn)化為的直流電。分為主電路、控制電路和驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，在驅(qū)動(dòng)電路與主電路之間有相應(yīng)的保護(hù)電路，總體設(shè)計(jì)合理。從理論上講，控制電路采用芯片用以產(chǎn)生信號(hào)。調(diào)節(jié)其輸入端的可調(diào)電阻就可以調(diào)節(jié)占空比?？刂菩盘?hào)需經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路放大后用以驅(qū)動(dòng)開關(guān)器件，控制其導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間。當(dāng)占空比為時(shí)可以得到。

6設(shè)計(jì)體會(huì)經(jīng)過(guò)幾天的努力，我終于完成了電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)。首先通過(guò)仔細(xì)閱讀設(shè)計(jì)要求，我找到了一定的思路，最終選定的方向?yàn)橹绷魃龎簲夭娐返脑O(shè)計(jì)。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多。對(duì)直流直流變流電路的理解得到加深，尤其對(duì)升壓斬波電路的功能和原理有更好地掌握。同時(shí)對(duì)直流升壓斬波電路控制電路及驅(qū)動(dòng)電路的選擇有了更明確的認(rèn)識(shí)，對(duì)主電路中電流的斷續(xù)情況有更深的理解，為其參數(shù)的選取提供了