降壓斬波電路1

降壓斬波電路1、主電路降壓斬波電路(BuckChopper)的原理圖及工作波形如圖1-1所示。圖中V為全控型器件，選用MOS管。D為續(xù)流二極管。由圖2-17中V的柵極電壓波形UGE可知，當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，電源U.向負(fù)載供電，uD=u.。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)，GE i Di負(fù)載電流經(jīng)二極管D續(xù)流，電壓UD近似為零，至一個(gè)周期T結(jié)束，再驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過(guò)程。負(fù)載電壓的平均值為：t t on t+tonoff二aUu二卄u二aUi T i式中t為V處于通態(tài)的時(shí)間，tff為V處于斷態(tài)的時(shí)間，T為開(kāi)關(guān)周期，aon off為導(dǎo)通占空比，簡(jiǎn)稱(chēng)占空比或?qū)ū?a=t°n/T)。由此可知，輸出到負(fù)載的電壓平均值UO最大為U.，若減小占空比a，則UO隨之減小，由于輸出電壓低于輸入電壓，故稱(chēng)該電路為降壓斬波電路。圖中R由直流電機(jī)電樞代替，勵(lì)磁線(xiàn)圈固定接DC24V，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。額定功率：5W額定電壓：DC24V勵(lì)磁電流：額定功率：5W額定電壓：DC24V勵(lì)磁電流：0.32ADSL1T1G1T1G1dAdrvcom— +uCRd圖1-1降壓斬波電路的原理圖圖1-1降壓斬波電路圖中各器件選型為：MOS管型號(hào)：IRF510A(100V/5.6A) 續(xù)流二極管D：DR200(50V/2A)L：取39mH C：36uF2、隔離驅(qū)動(dòng)圖1-2是一種采用光耦合隔離的由V2、V3組成的驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)控制脈沖使光耦關(guān)斷時(shí)，光耦輸出低電平，使V2截至，V3導(dǎo)通，MOSFET在DZ1反偏作

用下關(guān)斷。當(dāng)控制脈沖使光耦導(dǎo)通時(shí)，光耦輸出高電平，使V2導(dǎo)通，v3截至，經(jīng)VCC、V2、Rg產(chǎn)生的正向驅(qū)動(dòng)電壓使MOS管開(kāi)通。光耦選擇高速光耦6N137。CC2G電源+VCC可由DC/DC芯片提供。圖1-2驅(qū)動(dòng)電路圖圖1-2驅(qū)動(dòng)電路圖V2：9013V3：90123、模擬控制降壓斬波電路的模擬控制采用PWM控制芯片SG3525組成的PWM發(fā)生電路輸出PWM控制信號(hào)，控制MOS管的導(dǎo)通和關(guān)斷。圖1-3給出了該芯片的引腳功能及應(yīng)用電路。嫌柚他入11 IBfVref同川槍.兀1—2 而二］乂同炒瑞匚3 M二1E媲E臓苗昭愉曲匚4 1：!二1A.B=?■■<.?匚5 亡―1地RJ|_,6 I]―1A-^E放E時(shí)蘋(píng)：匚7 10―1閉鎖」空刪軼門(mén)霸端匚\補(bǔ)償a)SG3525的引腳

(b)SG3525的應(yīng)用電路圖1-3PWM控制芯片SG35254.PWM脈沖調(diào)制器電路原理圖(1)當(dāng)UR=OV時(shí)的波形圖(占空比為50%)圖1-4

(2)當(dāng)UR變化，則占空比必然變化，UR增大，Uol變寬。UR電壓的產(chǎn)生(1)由題目要求決定，例如手動(dòng)產(chǎn)生UR電壓，可用電阻分壓器給出。若給定UR是一個(gè)波形，則應(yīng)設(shè)計(jì)相應(yīng)的積分電路控制給出上圖波形二者兼容，可用紐子開(kāi)關(guān)手動(dòng)選擇。Ur控Ur控控3525控控控控控圖1-5模擬反饋控制其中內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，外環(huán)為圖l-6為降壓斬波電路雙閉環(huán)反饋控制電路圖。電流變送器+RUo其中內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，外環(huán)為圖l-6為降壓斬波電路雙閉環(huán)反饋控制電路圖。電流變送器+RUo圖l-6降壓斬波電路雙閉環(huán)反饋控制電路圖電壓取樣：在強(qiáng)電中一般使用電壓變送器或傳感器加調(diào)理電路，低電壓一般用分壓電阻取樣。電流取樣：在強(qiáng)電中一般用電流變送器或傳感器，低電壓中一般用串聯(lián)電阻取樣。7?數(shù)字控制一般在使DSP芯片時(shí)由于速度快，可選帶有PWM產(chǎn)生的芯片；MSP430也可以直接產(chǎn)生PWM波形，即由A/D采集主回路電壓、電流后,直接運(yùn)算后產(chǎn)生PWM波形；如果使用MCS-51芯片，可采用A/D采集主回路的電壓和電流信號(hào)，然后

經(jīng)運(yùn)算后由D/A輸出UR送到SG3525產(chǎn)生閉環(huán)的PWM波形。而電流短路保護(hù)則應(yīng)硬件直接封鎖PWM波，限流保護(hù)仍由單片機(jī)承擔(dān)。鑒于學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，選擇模式(3)，選擇傳感器或變送器采樣方式。圖1-7給出了采用數(shù)字控制方式的降壓斬波電路雙閉環(huán)反饋控制電路圖。MCS-51單片機(jī)與上位機(jī)通過(guò)RS232串口連接，可在線(xiàn)調(diào)試。電壓變送器電壓變送器圖1-7降壓斬波電路雙閉環(huán)反饋控制電路圖二、升壓斬波電路1、主電路升壓斬波電路(BoostChopper)升壓斬波電路(BoostChopper)的原理圖如圖2-1所示。圖中V為全控型器件,選用MOS管。D為續(xù)流二極管。輸入電壓U取0?15V直流電壓，輸出直流電壓15?36V，電流2A。i圖2-1中各器件選型：MOS管型號(hào)：IRF510A(100V/5.6A)續(xù)流二極管D：DR200(50V/2A)L：8.2mH C1、C2：36uFBoost升壓斬波電路有電感電流連續(xù)和電感電流斷續(xù)兩種工作狀態(tài)，當(dāng)電路工作于電感電流連續(xù)模式時(shí)，電路的工作波形如圖2-2所示。圖2-2Boost升壓斬波電路電感電流連續(xù)工作時(shí)的波形如上圖所示，Boost升壓斬波電路工作于電感電流連續(xù)模式時(shí)，電路在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)相繼經(jīng)歷了兩個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其各時(shí)段的工作狀態(tài)描述如下：t-1時(shí)段：開(kāi)關(guān)MOS管導(dǎo)通，電壓U向電感L充電，電感電流不斷增大，01i續(xù)流二極管D此時(shí)處于關(guān)斷狀態(tài)，同時(shí)電容C2上的電壓向負(fù)載供電。t-1時(shí)段：開(kāi)關(guān)MOS管關(guān)斷，續(xù)流二極管D導(dǎo)通，整流電壓U和電感L12i通過(guò)續(xù)流二極管D共同向電容C2充電，并向負(fù)載提供能量，電感電流不斷減小。Boost升壓斬波電路工作于電感電流連續(xù)模式時(shí)有：T1U=U=U (2-1)°ti1—Dioff式中：T——MOS管的一個(gè)開(kāi)關(guān)周期；t——MOS管在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)處于通態(tài)的時(shí)間；ont——MOS管在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)處于斷態(tài)的時(shí)間；offD——占空比，D=t-on。T由式(2-9)可知，當(dāng)占空比Dt1時(shí)，U ，所以應(yīng)避免占空比D過(guò)于o接近1，以免斬波電路輸出電壓過(guò)高造成電路損壞。

當(dāng)Boost升壓斬波電路工作于電感電流斷續(xù)模式時(shí)，電路的工作波形如圖2-6所示。ont-ofon12圖2-3Boost升壓斬波電路電感電流斷續(xù)工作時(shí)的波形如上圖所示，Boost升壓斬波電路工作于電感電流斷續(xù)模式時(shí)，電路在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)相繼經(jīng)歷了三個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其各時(shí)段的工作狀態(tài)描述如下：t-1時(shí)段：開(kāi)關(guān)MOS管導(dǎo)通，整流電壓U向電感L充電，電感電流不斷增01i大，續(xù)流二極管D此時(shí)處于關(guān)斷狀態(tài)，同時(shí)電容C2上的電壓向負(fù)載供電。t-1時(shí)段：開(kāi)關(guān)MOS管關(guān)斷，續(xù)流二極管D導(dǎo)通，整流電壓U和電感L12i通過(guò)續(xù)流二極管D共同向電容C2充電，并向負(fù)載提供能量，電感電流不斷減小。t-1時(shí)段：開(kāi)關(guān)MOS管仍處于斷態(tài)，在t時(shí)刻電感電流減小到0；續(xù)流二232極管D關(guān)斷，電感電流將保持零值到t時(shí)刻，且電感兩端的電壓也為零，在這3一時(shí)段，開(kāi)關(guān)MOS管兩端的電壓等于輸入的直流電壓U，同時(shí)負(fù)載由電容C2i提供能量。Boost升壓斬波電路工作于電感電流斷續(xù)模式時(shí)有：2-2)式中：22LD2TRD2TR升壓斬波電路與降壓斬波電路相比，只有主電路結(jié)構(gòu)不同，而隔離驅(qū)動(dòng)、模擬控制及數(shù)字控制電路與降壓斬波電路相同。三、大功率開(kāi)關(guān)電源1、全橋DC-DC隔離型圖3-1給出了全橋隔離型大功率開(kāi)關(guān)電源電路。輸入為36V直流電壓。變壓器變比為N。當(dāng)濾波電感電流連續(xù)時(shí)，有3-1)UN 23-1)—o= 2X——onUNTi1式中：N為變壓器變比，T為開(kāi)關(guān)周期，t為開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間。N on1如果輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓將高于式（3-1）的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載電流為零的極限情況下，有NU=—U （3-2）oNi1+圖3-1+圖3-1全橋DC-DC隔離型電源全橋隔離型大功率開(kāi)關(guān)電源電路中的開(kāi)關(guān)器件都選用MOS管，圖3-1中各器件選型：MOS管型號(hào)：IRF510A（100V/5.6A）C1、C2：36uF電抗器L：2mH2、驅(qū)動(dòng)電路采用兩片IR2110浮地驅(qū)動(dòng)，圖3-1中的同一個(gè)橋臂的上下兩個(gè)MOS管由一片IR2110驅(qū)動(dòng)。美國(guó)IR公司生產(chǎn)的IR2110驅(qū)動(dòng)器。它兼有光耦隔離（體積?。┖碗姶鸥綦x（速度快）的優(yōu)點(diǎn)，是中小功率變換裝置中驅(qū)動(dòng)器件的首選品種。IR2110采用HVIC和閂鎖抗干擾CMOS制造工藝，DIP14腳封裝。具有獨(dú)立的低端和高端輸入通道；懸浮電源采用自舉電路，其高端工作電壓可達(dá)500V，dv/dt=±50V/ns，15V下靜態(tài)功耗僅116mW；輸出的電源端（腳3,即功率器件的柵極驅(qū)動(dòng)電壓）電壓范圍10?20V；邏輯電源電壓范圍（腳9）5?15V,可方便地與TTL,CMOS電平相匹配，而且邏輯電源地和功率地之間允許有±5V的偏移量；工作頻率高,可達(dá)500kHz；開(kāi)通、關(guān)斷延遲小，分別為120ns和94ns；圖騰柱輸出峰值電流為2A。IR2110驅(qū)動(dòng)電路如圖3-2所示。V,DDHINV,HINSDSDLIN%upto500Vor60QVQV,DDHINV,HINSDSDLIN%upto500Vor60QVQTOLOAD圖3-2IR2110驅(qū)動(dòng)電路IR2110本身不帶死區(qū)，需要加死區(qū)延時(shí)控制電路，如圖3-3所示。RDC死區(qū)電路可以使信號(hào)的上升沿延時(shí),而下降沿不變,從而產(chǎn)生死區(qū)時(shí)間。圖3-3死區(qū)延時(shí)控制電路圖3-1中drv1與drv4的控制信號(hào)為PWM1_OUT,drv3與drv2的控制信號(hào)為PWM2_OUT。3、模擬控制全橋DC/DC隔離型開(kāi)關(guān)電源雙閉環(huán)模擬控制電路如圖3-4所示。內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，電流取輸出濾波電感的電流，外環(huán)為電壓環(huán)，電壓取輸出電壓。

全橋DC/DC隔離型開(kāi)關(guān)電源圖3-4全橋全橋DC/DC隔離型開(kāi)關(guān)電源圖3-4全橋DC/DC隔離型開(kāi)關(guān)電源雙閉環(huán)模擬控制電路PWM控制*驅(qū)動(dòng)電路4、數(shù)字控制采用MCS-51單片機(jī)，純軟件可省去SG3525，采用橋控硬件延時(shí)電路。全橋DC/DC隔離型開(kāi)關(guān)電源雙閉環(huán)數(shù)字控制電路如圖3-5所示oMCS-51單片機(jī)與上位機(jī)通過(guò)RS232串口連接，可在線(xiàn)調(diào)試。上位機(jī)MCS-51驅(qū)動(dòng)電路RL電流變送器A/D4全橋DC/DCUoTE電壓變送器上位機(jī)MCS-51驅(qū)動(dòng)電路RL電流變送器A/D4全橋DC/DCUoTE電壓變送器圖3-5全橋DC/DC隔離型開(kāi)關(guān)電源雙閉環(huán)數(shù)字控制電路四、全橋整流/逆變型電源1、主電路全橋逆變電路如圖4-1所示。輸入為36V直流電壓，可分為正弦波恒壓輸出和正弦波恒流輸出兩種。

com4■q++com4■q++圖4-1全橋逆變電路全橋逆變電路中的開(kāi)關(guān)器件都選用MOS管，型號(hào)為：IRF510A(100V/5.6A)。L：2mHC1：36uFC2：12uF2、 驅(qū)動(dòng)電路(IR2110)IR2110的驅(qū)動(dòng)電路及死區(qū)延時(shí)控制電路見(jiàn)圖3-2與圖3-3所示。圖4-1中drv1與drv4的控制信號(hào)為圖3-3中的PWM1_OUT，drv3與drv2的控制信號(hào)為PWM2_OUT。3、 數(shù)字控制采用MCS-51單片機(jī)，純軟件省去SG3525,閉環(huán)數(shù)字控制電路分為正弦波恒壓輸出和正弦波恒流輸出兩種，如圖4-2和圖4-3所示。正弦波恒壓輸出采用電壓閉環(huán)反饋控制方式，正弦