電力電子升壓斬波電路設(shè)計

**直流升壓斬波電路的設(shè)計**大學(xué)課程設(shè)計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)電源及直流電動機驅(qū)動中，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總體方案簡介1.1設(shè)計原理框圖本設(shè)計擬采用直流升壓斬波電路將輸入的50V直流電壓進行電壓抬升，調(diào)節(jié)占空比，使其為時，進而使輸出直流電壓為?？刂瓶刂齐娐稲L主電路V1V2檢測電路驅(qū)動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輸入的50V的直流電壓進行升壓。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是對全控型器件IGBT的通斷進行控制，來獲得不同的占空比，實現(xiàn)不同占空比下電壓的抬升。具體結(jié)構(gòu)在后面將會介紹。1.3設(shè)計結(jié)構(gòu)本設(shè)計主要包括三部分，即主電路設(shè)計、控制電路設(shè)計以及驅(qū)動電路設(shè)計。2主電路設(shè)計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V導(dǎo)通時，E向L充電，充電電流恒為I1，同時C的電壓向負載供電，因C值很大，輸出電壓為恒值,記為。設(shè)V通的時間為ton，此階段L上積蓄的能量為EI1ton。當V斷開時，E和L共同向C充電并向負載R供電。設(shè)V斷的時間為toff，則此期間電感L釋放能量為：穩(wěn)態(tài)時，一個周期T中L積蓄能量與釋放能量相等，則有：經(jīng)過化簡，可以得到輸出電壓的值：因為周期T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僅由負載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，一是用于直流電動機傳動，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。當升壓斬波電路用于直流電動機傳動時，再生制動時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用于直流電動機回饋能量的升壓斬波電路及工作波形由于實際電路中的電感值不可能為無窮大，因此和降壓斬波電路一樣，也有電動機電樞電流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作狀態(tài)。此時電動機反電動勢相當于圖2-1中的電源，直流電源相當于負載。因為直流電源的電壓基本是恒定的，因此不必并聯(lián)電容器。對電路分析如下：當IGBT處于導(dǎo)通時，得：其中R為電動機電樞回路電阻與線路電阻之和。設(shè)的初值為，解上式得：當IGBT處于關(guān)斷時，設(shè)電動機電樞電流為，得：設(shè)的初值為，解上式得：當電流連續(xù)時，從圖2-2的電流波形可看出，時刻，時刻，由此可得：故由上兩式求得：把上面兩式用泰勒級數(shù)線性近似，得：該式表示了L為無窮大時電樞電流的平均值，即當電流斷續(xù)時的波形如圖3-2所示。當時刻，令上述電流連續(xù)時式中即可求出，進而可寫出的表達式。另外，當時，，可求得持續(xù)的時間，即當時，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)計此電路主要用來產(chǎn)生控制信號。產(chǎn)生PWM信號有很多方法，但歸根到底不外乎直接產(chǎn)生PWM的專用芯片、單片機、PLC、可編程邏輯控制器等本電路。本設(shè)計采用直接產(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單的連接幾個電阻電容，就能產(chǎn)生特定頻率的PWM波，通過改變輸入電阻的值就能改變輸出PWM波的占空比，故在輸入端接一個可調(diào)電阻就能實現(xiàn)PWM控制。為了提高安全性，該芯片內(nèi)部還設(shè)有保護電路。它還具有高抗干擾能力，是一款性價比相當不錯的工業(yè)級芯片。其連接電路圖如下圖所示。通過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信號由OUTA、OUTB輸出，調(diào)節(jié)R7可以改變占空比。輸出的PWM信號通過二極管D6、D7送至驅(qū)動電路，經(jīng)過驅(qū)動電路對信號進行放大。放大后的電壓可以直接驅(qū)動IGBT。此電路具有信號穩(wěn)定，安全可靠等優(yōu)點。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)過隔離后才送至驅(qū)動電路。3.3控制電路參數(shù)選擇在上述控制電路中，，，，。對D6、D7采用開關(guān)二極管。4驅(qū)動電路設(shè)計4.1芯片介紹驅(qū)動芯片采用驅(qū)動器。驅(qū)動器具有延遲時間小，工作頻率高，驅(qū)動能力強等優(yōu)點?？芍苯哟鷵Q。使用單一電源，驅(qū)動器內(nèi)部設(shè)有負壓分配器，減少了外部元器件。4.2設(shè)計原理原理圖如圖所示。圖3-3TX-K841原理圖管腳說明：1：驅(qū)動器內(nèi)部正負電壓分配的中點，接的發(fā)射極。2：驅(qū)動器的輔助電源的正端，也是驅(qū)動器內(nèi)部正電源的端。3：驅(qū)動器輸出端，接的柵極。4：保留端。5：故障信號輸出端。6：電流檢測端，接的集電極。7、8：未連接。9：驅(qū)動器的輔助電源的負端，也是驅(qū)動器內(nèi)部負電源的端。10、11：保留端。12、13：空腳。14、15：信號輸入端，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)一個左右的無感電容，耐壓均大于或等于25V。；。選取故障輸出光耦的串聯(lián)電阻時，要考慮到5腳輸出的低電平接近于負電源。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)計旨在通過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)動電路的設(shè)計，在驅(qū)動電路與主電路之間有相應(yīng)的保護電路，總體設(shè)計合理。從理論上講，控制電路采用芯片用以產(chǎn)生信號。調(diào)節(jié)其輸入端的可調(diào)電阻就可以調(diào)節(jié)占空比?？刂菩盘栃杞?jīng)過驅(qū)動電路放大后用以驅(qū)動開關(guān)器件，控制其導(dǎo)通和關(guān)斷時間。當占空比為時可以得到。

6設(shè)計體會經(jīng)過幾天的努力，我終于完成了電力電子技術(shù)課程設(shè)計的任務(wù)。首先通過仔細閱讀設(shè)計要求，我找到了一定的思路，最終選定的方向為直流升壓斬波電路的設(shè)計。通過本次設(shè)計，我學(xué)到了很多。對直流直流變流電路的理解得到加深，尤其對升壓斬波電路的功能和原理有更好地掌握。同時對直流升壓斬波電路控制電路及驅(qū)動電路的選擇有了更明確的認識，對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