電源技術(shù)離線作業(yè)大功率開關(guān)電源的研究

1、 網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院電源技術(shù)課 程 設(shè) 計(jì)題 目： 大功率開關(guān)電源的研究 學(xué)習(xí)中心： 層 次： 高起專 專 業(yè)： 年 級： 年 春/秋 季 學(xué) 號： 學(xué) 生： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 年 月 日目 錄1 設(shè)計(jì)簡介及要求32 Buck型開關(guān)變換器的工作原理42.1 Buck型開關(guān)電路的組成42.2 Buck型開關(guān)電路工作工程分析53 Buck型開關(guān)逆變器的工作原理及器件介紹73.1 Buck型開關(guān)逆變器電路圖73.2 Buck型開關(guān)變換電路的控制規(guī)律83.3 電路圖中的器件介紹83.3.1 IGBT的簡單介紹93.3.2 IGBT的驅(qū)動10總結(jié)101 設(shè)計(jì)簡介及要求我們都已知對于一個逆變電路來說都需要

2、一個直流電壓源，而如果想設(shè)計(jì)一個好的逆變電路的話就必須有一個穩(wěn)定性好的直流電壓源。然而隨著當(dāng)今工業(yè)的發(fā)展，各種各樣的用電設(shè)備不斷涌現(xiàn)，人們的用電量也在不斷增加，單個設(shè)備的用電量從幾瓦到幾千瓦再到幾兆瓦不等，于是人們就需要不同功率等級的直流電壓源來給逆變器供電。當(dāng)然了如果我們得到的直流電壓源只是應(yīng)用于小功率場合的話，那么我們對于直流電壓源的主要要求就是有較好的穩(wěn)定性，這樣可以減少逆變器所承受的負(fù)擔(dān)。然而在大功率場合，電源本身消耗的功率也已經(jīng)不能忽視，因?yàn)殡S著變換器功率等級的提高，其本身的消耗也會成倍增加，這樣對于我們當(dāng)今這個能源危機(jī)的年代是不可行的。我們都已知線性穩(wěn)壓電路具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)方便、

3、輸出電壓穩(wěn)定性強(qiáng)、紋波電壓小等優(yōu)點(diǎn)。但是，由于調(diào)整管集電極功耗為，因而始終消耗功耗，特別是在大功率應(yīng)用場合，其負(fù)載電流較大則調(diào)整管自身的功耗很大。也就是說，線性穩(wěn)壓電路的效率很低，我們在實(shí)際應(yīng)用中的線性穩(wěn)壓電路的效率僅為3040%，同時因?yàn)檎{(diào)整管的功耗過大，調(diào)整管的散熱也成為一個讓人頭疼的問題。然我們又知道功率管在導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)時其消耗的功率很小，這樣其散熱的問題就自然的消失了，于是我們可以設(shè)想，如果調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，然后讓輸出保持穩(wěn)定就可以得到功耗小的直流電源，于是開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源應(yīng)運(yùn)而生，雖然開關(guān)型變換器也存在輸出電壓紋波大等缺點(diǎn)，但它以其很小的功率消耗而廣泛應(yīng)用于大功率場合。獲取完

4、整word格式文檔或者論文代寫請聯(lián)系：QQ 248173788我們是在校研究生，同時也一直寫各個專業(yè)的奧鵬論文，直接跟我們聯(lián)系，省去了找他們代寫網(wǎng)站上的受他們剝削，所以我們代寫價(jià)格最便宜，我們承諾您可以通過之后再付款2 Buck型開關(guān)變換器的工作原理2.1 Buck型開關(guān)電路的組成Buck型變換器是一種單開關(guān)非隔離變換器。其電路組成如圖2-1所示：圖2-1 Buck型開關(guān)變換器電路它由一個電子開關(guān)，二極管，電感，電容和一個基本負(fù)載電阻構(gòu)成。如果讓開關(guān)周期性通斷，對輸入電壓進(jìn)行斬波，在二極管的兩端可以得到一連串方波電壓(圖2-2)。經(jīng)過串聯(lián)電感濾波電路的濾波，在輸出端就可以得到平穩(wěn)的直流輸出電壓

5、了?？刂崎_關(guān)開通和關(guān)斷的比例，就可以對輸出電壓的高低進(jìn)行控制。獲取完整word格式文檔或者論文代寫請聯(lián)系：QQ 248173788我們是在校研究生，同時也一直寫各個專業(yè)的奧鵬論文，直接跟我們聯(lián)系，省去了找他們代寫網(wǎng)站上的受他們剝削，所以我們代寫價(jià)格最便宜，我們承諾您可以通過之后再付款圖2-2 BUCK變換器穩(wěn)態(tài)二極管兩端電壓2.2 Buck型開關(guān)電路工作工程分析Buck型開關(guān)變換器的整個工作過程可以分為動態(tài)階段和穩(wěn)態(tài)階段兩個部分。其中動態(tài)階段又可以細(xì)分為兩個過程。設(shè)初始狀態(tài)為零，即：電容的電壓為零，電感的電流為零，開關(guān)以一定的占空比周期地工作。當(dāng)開關(guān)閉合后，輸出電壓完全加在二極管的兩端，上正下

6、負(fù)，二極管被反偏截止。由于此時電容的初始電壓為零(，即輸出電壓為零)，電容電壓不能突變，所以輸入電壓完全加在電感L之上，形成經(jīng)開關(guān)、電感、電容和電阻構(gòu)成的回路建立起初始電流。隨著開關(guān)閉合時間的增加，電感電流逐漸增加，這個電感電流的一部分供給電阻成為輸出電流，另一部分對電容充電使電容兩端的電壓逐步升高。由于電容電壓從零開始建立，在開關(guān)閉合期間電感電流的增量相對較大，而輸出給的負(fù)載電流與電容電壓成正比，故開始階段電容的充電電流最大，電容電壓上升的最快。當(dāng)開關(guān)斷開后，由于電感電流不能突變，失去外加激勵趨于下降的電感電流在電感兩端產(chǎn)生右正左負(fù)的感應(yīng)電勢，這一感應(yīng)電勢將克服電容器電壓使二極管承受正偏導(dǎo)通

7、，形成的續(xù)流回路。在開始階段的若干個周期內(nèi)由于電容電壓尚處于一個比較低的數(shù)值，輸出的負(fù)載電流不大，因此電感電流的大部分仍將作為充電電流對電容充電，使得電容電壓繼續(xù)升高。不過由于以后的每一個周期里電容的初始電壓總是比前一個周期的電壓值高，開關(guān)閉合期間電感電流的增量在不斷減小而負(fù)載電流在不斷增加，因此電容的充電電流在逐漸減小，電容電壓上升的速度逐漸變緩(盡管電容充電電流在減小但始終大于零)。這種情況將持續(xù)若干個周期，這一階段稱為動態(tài)過程的第一個階段，也是動態(tài)過程的初始階段。這一階段的特點(diǎn)是：不論開關(guān)的狀態(tài)如何，電容的充電電流由大變小，但電容的充電電流始終大于零。電容電壓是在不斷升高，輸出電流也在不

8、斷增加。在其后的若干周期里，開關(guān)閉合期間電感電流仍將增加，并同時給負(fù)載電阻和電容提供電流。但是由于輸出電壓的不斷升高，使得輸出的負(fù)載電流也在不斷增大，因此給電容充電的電流將逐漸減小。另一方面由于電容電壓的增加，開關(guān)閉合期內(nèi)電感電流的增加量將變得更小(加在電感器上的激勵電壓為)，所以在開關(guān)斷開期間，電容的充電電流將由原來始終大于零逐漸變化為一段時間里大于零，一段時間里小于零。即：隨著電感電流的逐漸下降，由原來的電感除了能提供足夠的負(fù)載電流之外還始終能給電容提供一部分充電電流逐漸變?yōu)殡姼须娏鞑粌H不能給電容提供充電電流，而且負(fù)載所需要的電流的一部分還要靠電容的放電電流維持。這個過程的每一個周期內(nèi)，電

9、容的充電電荷量仍將大于放電電荷量。雖然電容電壓會出現(xiàn)時而上升時而下降的現(xiàn)象，但總體上講電容電壓仍然保持上升的趨勢。這是動態(tài)過渡過程的第二階段，也是后期階段。這個階段的特點(diǎn)是：隨著輸出電壓的不斷升高，電感電流的增量在逐漸減小，電容的充電電流由始終大于零變?yōu)闀r而大于零，時而小于零而總的趨勢仍然是輸出電壓不斷升高。當(dāng)一個開關(guān)周期內(nèi)電容的充、放電電荷相等時電路進(jìn)入了穩(wěn)態(tài)。開關(guān)閉合時電感電流增加，開關(guān)斷開時電感電流下降，電容的充、放電電流在一個周期內(nèi)的平均值等于零，即：在電容的充電電流大于零時電容電壓上升，“充電”電流小于零時電容電壓下降。因此輸出電壓的平均值保持不變，輸出電壓存在脈動成分。此時電路進(jìn)入

10、穩(wěn)態(tài)工作階段。這個階段的特點(diǎn)是：電容的充、放電電流在一個周期內(nèi)的平均值等于零，輸出電壓的平均值保持不變，輸出電壓存在因電容充、放電形成的脈動成分。由上述分析可知：1)零初始條件下固定占空比工作時，變換器經(jīng)歷動態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)過程兩大階段。動態(tài)階段的特點(diǎn)是電容電壓逐步升高，一個周期內(nèi)電感電流的平均值大于負(fù)載電流，電容的充電電荷大于放電電荷；穩(wěn)態(tài)階段的特點(diǎn)是一個周期內(nèi)電感電流的平均值等于負(fù)載電流值，電容的充、放電電荷相等，輸出電壓平均值不變。2)輸出占空比D可以改變輸出電壓的大小。3)穩(wěn)態(tài)時，輸出電壓的平均值雖然保持不變，但輸出電壓存在因電容充放電引起的脈動。4)電感電流和電容電流均呈現(xiàn)脈動形式，在開

11、關(guān)閉合時電感電流和電容電流增加，開關(guān)斷開時電感電流和電容電流下降。5)為了使變換器電路能具有由占空比D來控制輸出電壓的能力，電路中必須接入一個基本負(fù)載R。這一點(diǎn)不難理解：如果沒有基本負(fù)載，那么無論占空比多么小或怎樣變換，一方面由于每個周期內(nèi)所建立起來的電感電流將完全成為電容的充電電流。于是經(jīng)過若干個周期后電容電壓的穩(wěn)態(tài)值必然是Us，不能實(shí)現(xiàn)對輸出電壓控制的目的。另一方面接入一個電阻就形成一個基本的負(fù)載電流，保證后邊的串聯(lián)電感濾波器工作在電流連續(xù)狀態(tài)，使輸出具有可調(diào)節(jié)的平坦特性，這也與實(shí)際使用的情形一致。3 Buck型開關(guān)逆變器的工作原理及器件介紹3.1 Buck型開關(guān)逆變器電路圖下圖3-1即為

12、用于大功率開關(guān)型逆變器的電路拓?fù)湫问剑韩@取完整word格式文檔或者論文代寫請聯(lián)系：QQ 248173788我們是在校研究生，同時也一直寫各個專業(yè)的奧鵬論文，直接跟我們聯(lián)系，省去了找他們代寫網(wǎng)站上的受他們剝削，所以我們代寫價(jià)格最便宜，我們承諾您可以通過之后再付款圖3-1 開關(guān)型逆變電路基于開關(guān)型變換的新型逆變電路如圖3-1所示,它由Buck型變換電路和逆變器輸出電壓極性變換電路兩部分組成：其中Buck型變換電路采用Buck拓?fù)湫问?，輸入電壓Us即為通過二極管不控整流后經(jīng)電容濾波后的電壓源，現(xiàn)要求高頻開關(guān)S的占空比以正弦半波規(guī)律緩慢變換，則輸出電壓Vo將是正弦半波的形式；而輸出電壓極性變換電路是一

13、個與給定電壓同步的橋式電路，其開關(guān)管工作在低頻狀態(tài)，僅在電壓過零點(diǎn)進(jìn)行極性變換，為零電壓轉(zhuǎn)換，開關(guān)損耗很小。3.2 Buck型開關(guān)變換電路的控制規(guī)律圖3-2 Buck型開關(guān)逆變器的輸出波形3.3 電路圖中的器件介紹在以上3-1的電路圖中，包括運(yùn)算放大器、反相器、開關(guān)管、二極管、電阻、電容、電感等電子和電力電子器件。對于運(yùn)算放大器、電阻等器件我們都比較熟悉，這里就不在詳細(xì)介紹。然而為了讓我們能進(jìn)一步了解該電路的工作過程，在此我們有必要對應(yīng)用IGBT的開關(guān)管作一簡單介紹并簡單的介紹一下其驅(qū)動控制芯片，以其對你工作過程有一個概況性的認(rèn)識。 IGBT的簡單介紹 IGBT的驅(qū)動獲取完整word格式文檔或者論文代寫請聯(lián)系：QQ 248173788我們是在校研究生，同時也一直寫各個專業(yè)的奧鵬論文，直接跟我們聯(lián)系，省去了找他們代寫網(wǎng)站上的受他們剝削，所以我們代寫價(jià)格最便宜，我們承諾您可以通過之后再付款總結(jié)本文在盡量接近實(shí)際的思想指導(dǎo)下，考慮到大功率的情況下變換器的損耗大，發(fā)熱高，不適用與當(dāng)今能源危機(jī)的需求。為了解決在大功率應(yīng)用場合能耗、散熱等令人頭疼的問題時，提出了在以改進(jìn)的Buck開關(guān)型變換器為研究對象的大功率開關(guān)電源。本文設(shè)計(jì)了Buck型開關(guān)變換器加橋式反相器的大功率逆變電路。并對該電路進(jìn)行了仔細(xì)的分析，驗(yàn)證了其實(shí)際的可