直流升降壓斬波電路

1、word;切點2孽沈課程設(shè)計說明書直流升降壓斬波電路的設(shè)計院、部：電氣與信息工程學(xué)院學(xué)生：指導(dǎo)教師：肖文英職稱副教授專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：完成時間：20世紀(jì)80年代以來，信息電子技術(shù)和電力電子技術(shù)在各自發(fā)展的基礎(chǔ)上相結(jié)合而產(chǎn)生了一代高頻化、全控型的電力電子器件，典型代表有門極可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管、電力場效應(yīng)晶體管和絕緣柵雙極晶體管。利用全控型器件可以組成變流器。直流-直流變換器就是其中一種，它廣泛應(yīng)用于通信交換機(jī)、計算機(jī)以及手機(jī)等電子設(shè)備的開關(guān)電源。直流一直流變流電路(DC-DCConverter)的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電，包括直接直流變流電路和間接直流變

2、流電路。直接直流變流電路也稱斬波電路(DCChopper),它的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電。本文著重介紹直流升降壓斬波電路的原理和基于MATLAB勺Simulink的直流升降壓斬波電路的仿真。關(guān)鍵詞：直流一直流變流電品升降壓斬波；Simulink；仿真ABSTRACTdevice mayis widelySincethe1980s,electronicinformationtechnologyandpowerelectronicstechnologydevelopmentonthebasisoftheirrelativebinetoproduceagenerationof

3、high-frequency,full-controlledpowerelectronicdevices,thereisatypicalrepresentativeofgate-turn-offthyristor,powertransistors,powerfieldeffecttransistorandaninsulatedgatebipolartransistor.Theuseoffull-controlledbeposedoftheconverter.DC-DCconverterisoneofthem,itusedintelemunicationsswitches,putersandmo

4、bilephonesandother11 / 19electronicdevicesswitchingpowersupply.DC-DCconvertercircuit(DC-DCConverter)functionistodirectcurrentvoltageintoanotherfixedoradjustableDCvoltage,direct-currentconvertercircuitincludingdirectandindirectDCconvertercircuit.DirectDCconvertercircuitisalsoknownasachoppercircuit(DC

5、Chopper),itsfunctionistodirectcurrentvoltageintoanotherfixedoradjustableDCvoltage.ThisarticlefocusesontheDC-downchoppercircuitprincipleandbasedonMATLABSimulinkDCbuckconvertercircuitsimulation.Keywords:DC-DCconvertercircuit;Liftpressurechopper;Simulink;Simulation目錄1升降壓斬波電路的原理1.1基本原理1.2波形圖22控制和驅(qū)動電路33保

6、護(hù)電路及其他輔助電路43.1 保護(hù)電路43.1.1 過電壓保護(hù)43.1.2 過電流保護(hù)53.2 直流供電電源53.3 器件選擇64仿真分析64.1 建立仿真模型64.2 仿真結(jié)果分析75設(shè)計總結(jié)8參考文獻(xiàn)9附錄101升降壓斬波電路及基本原理1.1 工作原理圖1所示為升降壓斬波電路(Buck-BoostChopper)原理圖。電路中電感L值很大，電容C值也很大。因為要使得電感電流和電容電壓基本為恒值。圖1升降壓斬波電路該電路的基本工作原理：當(dāng)可控開關(guān)V處于通態(tài)時，電源E經(jīng)V向電感L供電使其儲存能量，此時電流為ii,方向如圖1所示。同時，電容C維持輸出電壓基本恒定并向負(fù)載R供電。此后，使V關(guān)斷，電

7、感L中儲存的能量向負(fù)載釋放，電流為i2,方向如圖1所示?？梢?，負(fù)載電壓極性為下正上負(fù)，與電源電壓極性相反，因此該電路也稱作反極性斬波電路。穩(wěn)態(tài)時，一個周期T電感L兩端電壓Ul對時間的積分為零，即：TtonTULdtUlondtULoffdtEtonUotoff0(2-1)00ton當(dāng)V處于通態(tài)期間時，Ul=E,而當(dāng)V處于斷態(tài)期間時，Ul=-U0。于是EtonUotoff所以輸出電壓為：u0tEtonEE(2-2)toffTton1ton為V處于通態(tài)的時間，toff為V處于斷態(tài)的時間。T為開關(guān)周期；為導(dǎo)通占空比，簡稱占空比或?qū)ū?。若改變?dǎo)通比，則輸出電壓既可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。

8、當(dāng)01/2時為降壓，當(dāng)1/21時為升壓，因此該電路稱為升降壓斬波電路。根據(jù)對輸出電壓平均值進(jìn)行調(diào)制的方式不同，斬波電路有三種控制方式：1、保持開關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時間如不變，稱為pwm2、保持開關(guān)導(dǎo)通時間ton不變，改變開關(guān)周期T,稱為頻率調(diào)制或調(diào)頻型。3、ton和T都可調(diào)，使占空比改變，稱為混合型。1.2波形圖輸出電壓Uo殳EEtoff1圖2.4給出了電源電流i1和負(fù)載電流i2的波形，設(shè)兩者的平均值分別為11、I2,當(dāng)電流脈動足夠小時，有LL12toff由上式可得I2Ml1I1ton如果V、VD為沒有損耗的理想開關(guān)時，則有EI1U0I2其輸出功率和輸入功率相等，可看作直流變壓器。圖2

9、升降壓斬波電路波形2SG3525控制和驅(qū)動電路SG3525是一種性能優(yōu)良、功能齊全和通用性強(qiáng)的單片集成PWMI制芯片，它簡單可靠及使用方便靈活，輸出驅(qū)動為推拉輸出形式，增加了驅(qū)動功能；部含有欠壓鎖定電路、軟啟動控制電路、PW頤存器，有過流保護(hù)功能，頻率可調(diào)，同時能限制最大占空比。其特點如下：(1)工作電壓圍寬：835V。(2)5.1(11.0%)V微調(diào)基準(zhǔn)電源。(3)振蕩器工作頻率圍寬：100HL400KHz.(4)具有振蕩器外部同步功能。(5)死區(qū)時間可調(diào)。(6)置軟啟動電路。(7)具有輸入欠電壓鎖定功能(8)具有PW順存功能，禁止多脈沖(9)逐個脈沖關(guān)斷。(10)雙路輸出(灌電流/拉電流)

10、：mA峰值)。SG352叫了5.1V精密基準(zhǔn)電源，微調(diào)至1.0%,在誤差放大器共模輸入電壓圍，無須外接分壓電組。SG3525還增加了同步功能，可以工作在主從模式，也可以與外部系統(tǒng)時鐘信號同步，為設(shè)計提供了極大的靈活性。在CT弓唧和Discharge引腳之間加入一個電阻就可以實現(xiàn)對死區(qū)時間的調(diào)節(jié)功能。由于SG3525部集成了軟啟動電路，因此只需要一個外接定時電容。SG3525SB結(jié)構(gòu)如圖3所示，直流電源Vs從腳15接入后分兩路，一路加到或非門；另一路送到基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓器的輸入端，產(chǎn)生穩(wěn)定的元器件作為電源。振蕩器腳5須外接電容CT,腳6須外接電阻RT。振蕩器頻率由外接電阻RT和電容CT決定，振蕩器的

11、輸出分為兩路，一路以時鐘脈沖形式送至雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及兩個或非門；另一路以鋸齒波形式送至比較器的同相輸入端，比較器的反向輸入端接誤差放大器的輸出，誤差放大器的輸出與鋸齒波電壓在比較器中進(jìn)行比較，輸出一個隨誤差放大器輸出電壓高低而改變寬度的方波脈沖，再將此方波脈沖送到或非門的一個輸入端。其他引腳分別為：引腳1為反相輸入，2為同相輸入引腳，3為同步端引腳，4為振蕩器輸出引腳，7為放電端引腳，8為軟啟動端引腳，9為補(bǔ)償引腳，10為閉鎖控制引腳，引腳12接地。部結(jié)構(gòu)如下：圖3控制和驅(qū)動電路3保護(hù)電路及其它輔助電路的設(shè)計3.1 保護(hù)電路電力電子電路中，除了電力電子器件參數(shù)選擇合適，驅(qū)動電路設(shè)計良好外，采用合

12、適的過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)也是必須的。3.1.1 抑制過電壓的方法：用非線性元件限制過電壓的幅度，用電阻消耗生產(chǎn)過電壓的能量，用儲能元件吸收生產(chǎn)過電壓的能量。對于非線性元件，不是額定電壓小，使用麻煩，就是不宜用于抑制頻繁出現(xiàn)過電壓的場合。所以我們選用儲能元件吸收生產(chǎn)過電壓的能量的保護(hù)。使用RC吸收電路，這種保護(hù)可以把變壓器繞組中釋放出的電磁能量轉(zhuǎn)化為電容器的電場能量儲存起來。由于電容兩端電壓不能突變，所以能有效抑制過電壓，串聯(lián)電阻消耗部分產(chǎn)生過電壓的能量，并抑制LC回路的震動。保護(hù)電路如圖所示。3.1.2 抑制過電流的方法：常見的過電流保護(hù)有：快速熔斷器保護(hù)，過電流繼電器保護(hù)，直流快速開關(guān)過電

13、流保護(hù)?？焖偃蹟嗥鞅Ｗo(hù)是最有效的保護(hù)措施；過電流繼電器保護(hù)中過電流繼電器開關(guān)時間長（只有在短路電流不大時才有用）直流快速開關(guān)過電流保護(hù)功能很好，但造價高，體積大，不宜采用。因此，最佳方案是用快速熔斷器保護(hù)。圖5快速熔斷器3.2 直流供電電路220圖6直流電源負(fù)載平均電壓|Ui升高，紋波減小，且Rlc越大，電容放電速率越慢，則負(fù)載電壓中的紋波成分越小，負(fù)載平均電壓越高。為得到平滑的負(fù)載電壓，一般取dRlC(35)T2式中T為電源交流電壓的周期。電容濾波電路的負(fù)載電壓%與%的關(guān)系為U="1L2F%-o令整流后輸出電壓為200V,則整流前輸入電壓U2=Ui/1.2=200/1.2=166.

14、7V因為電源為交流單項220V,變壓器變比需滿足U1：U2=220:166.7=1:1此時前級整流輸出電壓E為200V。并且為滿足輸出電流I。最大2A,整流電路中每個二極管所承受的最大電流為，IVT=Io/2=1A。變壓器二次側(cè)的電流2A,由變壓器變比為1:1,流過一次側(cè)的電流為2A。3.3器件選擇要求輸出直流電壓U。在100300V可調(diào)，由輸出電壓公式U。1E可知，當(dāng)U。為100V時，占空比二1/3;當(dāng)U。為300V時，占空比=3/5。即控制占空比在1/33/5之間，可得輸出直流電壓U0在100300V可調(diào)。為使電路正常工作驅(qū)動電路中R1、R2為1K,R3為5.1KQ,R4為10KQ,電位器

15、R0為010KQ,R5為10KQ。要求最大輸出電流為2A,故負(fù)載功率圍為20200W流過VT二極管、V三極管的最大電流為2A。熔斷器的最大熔斷電流為2A?？蛇xWICKMANN1812陶瓷管保險絲。word整流電路中二極管選擇為IN5232,驅(qū)動電路中二極管選擇為IN4148,驅(qū)動電路中C1為0.01仙F4仿真分析4.1建立仿真模型在電力電子設(shè)計過程中利用MATLA來進(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圍減少因設(shè)計問題而造成的浪費。這里的仿真主要是運用MATLA歆件中的Simulink工具。先從Simulink的元件庫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)

16、后即可進(jìn)行仿13/19word真。仿真電路圖如下所示:!口Scope圖7仿真電路圖4.2仿真結(jié)果分析圖9仿真波形圖215 / 19(1)當(dāng)占空比K=50%寸，如果輸入電壓E=100V,WJUOE=0.5X100-1(1-0.5)=100V,這時輸出電壓等于輸入電壓，是等壓式變換，如圖8所示圖8仿真波形圖1(2)當(dāng)占空比=70%寸，如果輸入電壓E=100V,貝UUOE=0.7X100-1(1-0.7)=700/3V=233V,這時輸出電壓高于輸入電壓，是升壓式變換，如圖9所示。(3)當(dāng)占空比=30%寸，如果輸入電壓E=100V,貝UUOE=0.3X100-|1(1-0.3)=300/7V=43V,這時輸出電壓低于輸入電壓，是降壓式變換，如圖10所示。圖10仿真波形圖35設(shè)計總結(jié)通過這次課程設(shè)計，讓我對電力電子技術(shù)有了更深的認(rèn)識，讓我進(jìn)一步了解了電力電子器件。在這次課程設(shè)計中我主要擔(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)了很多遍都沒有仿成功，但是經(jīng)過查找資料，向老師同學(xué)請教，之后得到你要的結(jié)果時，那種喜悅感，那種興奮