【直流升壓電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用7700字】

[2]。面積等效原理是PWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)，面積等效原理如下：圖2-5形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖圖2-6沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形如圖2-5所示的a、b、c、d所示，圖a是矩形脈沖、圖b是三角脈沖、圖c正弦半波脈沖、圖d單位脈沖函數(shù)。圖a、b、c中的陰影面積相等，也就是脈沖的沖量相等都等于1。圖2-6中的e(t)是電壓窄脈沖，就是圖2-5中的四種脈沖，是電路的輸入。將這些不同的脈沖都加在R-L電路上，就得到了圖2-6中不同脈沖時(shí)i（t）的響應(yīng)波形。從圖中看出，a、b、c、d它們上升段形狀不是一樣的，但是在下降的過(guò)程中基本是一模一樣的。脈沖越窄，各種脈沖得到的波形也就越相似。若果在間隔相同的時(shí)間上施加相同的脈沖，那么得到的響應(yīng)波形就是呈周期性的。PWM在逆變電路中的應(yīng)用主要有兩種方法，計(jì)算法和調(diào)制法。圖2-7PWM逆變電路圖2-8PWM控制方式波形圖PWM在逆變電路實(shí)際應(yīng)用中主要用到的是調(diào)制法。圖2-7中采用的開關(guān)器件是IGBT，設(shè)負(fù)載為阻感負(fù)載，工作的時(shí)候V１導(dǎo)通、V２就斷開，V１斷開、V２就導(dǎo)通，V３、V4同理。輸入的調(diào)制信號(hào)是正弦波，載波是三角波。載波在橫軸上方就是正極，在橫軸下面是就是負(fù)極性。在橫軸上方時(shí)V1導(dǎo)通，V2斷開。當(dāng)ur大于uc時(shí)使V4導(dǎo)通，V3關(guān)斷，uo=Ud。當(dāng)ur小于uc時(shí)使V4關(guān)斷，V3導(dǎo)通，uo=0。在橫軸下方時(shí)，V1斷態(tài)，V2通態(tài)。當(dāng)ur小于uc時(shí)使V3導(dǎo)通，V4關(guān)斷，uo=-Ud。當(dāng)ur大于uc時(shí)使V3關(guān)斷，V4導(dǎo)通，uo=0。根據(jù)上述變化就產(chǎn)生了得到了圖中的方波。PWM控制技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛。它通過(guò)相應(yīng)負(fù)載的變化來(lái)改變控制信號(hào)波形。通過(guò)波形變化來(lái)改變MOS管的的導(dǎo)通時(shí)間，以此來(lái)讓電源輸出產(chǎn)生變化。在逆變電路中就是利用了這個(gè)原理，對(duì)開關(guān)器件進(jìn)行控制得到脈沖，得到的脈沖幅值相等，這個(gè)時(shí)候就只需要對(duì)根據(jù)條件改變脈沖的寬度，就可以改變電路輸出的電壓大小，也可以改變輸出的頻率。

三、直流升壓仿真設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)電路圖及參數(shù)設(shè)定3-1系統(tǒng)電路圖直流升壓電路仿真電路圖如圖3-1所示，設(shè)定輸入電壓Vdc為8V，輸出電壓V01000V，最大輸出功率為P為10W，取變換器開關(guān)頻率f為50kHz。8V電壓經(jīng)過(guò)變壓器升壓再通過(guò)五倍升壓得到1000V，那么變壓器輸出電壓200V，則變壓器線圈匝數(shù)比n=8:200，電容為50uF。取得到相應(yīng)輸出電壓時(shí)占空比D約為0.4，則Ton=0.4TS變壓器勵(lì)磁電感計(jì)算：反激變換器輸出電容計(jì)算：其中VR為電壓紋波,取0.01V。3.2主電路部分3-2主電路電路圖主電路電路圖如圖3-2所示，電路由直流電源、MOS管、變壓器和倍壓整流電路組成。反激變換器先將直流變交流升壓，再經(jīng)過(guò)倍壓整流電路輸出高壓直流電。直流電源提供8V的直流電壓，通過(guò)MOS管變成5０kHz的低壓高頻方波如圖3－3所示，然后在通過(guò)變壓器升壓成200V。200V電壓再經(jīng)過(guò)五倍壓整流電路升壓到1000V直流電。圖3-3低壓高頻方波波形圖圖3-4低壓高頻方波波形圖放大圖3.3控制部分圖3-5控制部分電路圖控制部分電路圖如圖3-5所示，采用電壓閉環(huán)控制。電路主要由減法器、PI控制器和比較器組成。電壓設(shè)定值1000V。用設(shè)定電壓減去輸出電壓值得到誤差值，電壓誤差值經(jīng)過(guò)PI運(yùn)算得到如圖3-6所示的調(diào)制波，與圖3-7載波比較產(chǎn)生圖4-7所示的PWM波驅(qū)動(dòng)開關(guān)管實(shí)現(xiàn)電壓閉環(huán)控制。當(dāng)輸出電壓小于設(shè)定電壓時(shí)，PI控制器就會(huì)增大調(diào)制波，讓PWM波的脈沖寬度增大。通過(guò)增大占空比來(lái)讓輸出電壓增大，慢慢接近于設(shè)定值。圖3-6調(diào)制波波形圖圖3-7載波波形圖如圖3－6所示，調(diào)制波前半段波形峰值高，所生成的PWM波如圖3－8所示，脈沖寬度比較大，占空比比較大。調(diào)制波后半段峰值降低，生成的PWM波如圖3－9所示，脈沖寬度降低，占空比減小。通過(guò)兩個(gè)圖鮮明的對(duì)比，我們就能知道PWM波占空比比是隨著調(diào)制波峰值變化的。圖3-8前半段波形圖3-9后半段波形3.4仿真結(jié)果圖3-10電壓波形圖如圖3-10所示，輸入電壓為8V，輸出電壓經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)最終穩(wěn)定在1000V與設(shè)定值一致。圖3-11功率波形圖如圖3-11所示，電阻R為10KΩ時(shí)，輸出功率最終穩(wěn)定在10W與設(shè)計(jì)一致。當(dāng)我們改變電阻R大小為5KΩ時(shí)，電壓如圖3－12所示還是調(diào)節(jié)升壓到1000V不變，功率如圖3－13所示最終穩(wěn)定在20W，滿足公式P=U2R3－12電壓波形圖3－13功率波形圖當(dāng)輸入電壓調(diào)為6V時(shí)，電壓如圖3－14所示還是1000V，功率如圖3－15所示還是10W。當(dāng)輸入電壓減小時(shí)，電路輸出電壓和功率都沒(méi)有發(fā)生改變，只有電壓升壓到1000V所需要的時(shí)間增加了。3－14電壓波形圖3－15功率波形圖3.5仿真設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)以上一系列波形圖可知，一開始減法器得到的差值較大，生成的調(diào)制波就比較大，近而調(diào)制波影響生成的PWM波的脈沖就比較寬，占空比就比較大，電路的電壓就逐漸上升。在快要到達(dá)預(yù)定值1000V時(shí)，調(diào)制波逐漸減小，PWM波脈寬降低，占空比減小。在電壓到達(dá)1000V時(shí)，減法器得到的誤差值為零，調(diào)制波趨于穩(wěn)定，PWM波也變得穩(wěn)定，占空比維持不變，電路輸出電壓也穩(wěn)定在1000V。整個(gè)電路就完成了將8V的直流電升壓到1000V直流電，因?yàn)樯叩碾妷阂哺?，所以電流也就很小，功率也就很低。整個(gè)電路用到了閉環(huán)控制，閉環(huán)控是一種特別靈活，效率又很高的控制方式，在許多領(lǐng)域中有著廣泛的引用，工業(yè)生產(chǎn)中多數(shù)都采用的是閉環(huán)控制。生活所謂的自動(dòng)控制就是通過(guò)閉環(huán)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。整個(gè)電路設(shè)計(jì)采用間接直流變流電路，先將直流變成脈沖，通過(guò)變壓器將8V直流電升壓到200ｖ，在經(jīng)過(guò)五倍壓整流電路進(jìn)一步升壓并整流成直流電，最后穩(wěn)定輸出1000V直流電，改變負(fù)載電阻就能改變輸出功率。當(dāng)輸入電壓改變時(shí)，輸出電壓也能達(dá)到1000V。仿真結(jié)果滿足本次設(shè)計(jì)要求。

結(jié)論本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)直流升壓電路的研究。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我深入學(xué)習(xí)了各種各樣的直流升壓電路，了解到了它們各自的作用和優(yōu)缺點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)的直流升壓電路是將幾伏升到千伏，由于升壓倍數(shù)較高，所以采用了直變交、交變直的升壓方式，主要的升壓是通過(guò)變壓器升起來(lái)的。這次間接升壓方式，也讓我學(xué)到了如何將直流電變成變成交流電或者脈沖，也就是逆變電路；學(xué)習(xí)了解了交流電怎么變成直流電，也就是整流電路。兩種電流方式能夠相互轉(zhuǎn)換，都有著各自不同的特性及優(yōu)缺點(diǎn)，也有著不同的作用。通過(guò)MatLab仿真軟件對(duì)本次設(shè)計(jì)的升壓電路進(jìn)行仿真搭建和調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)8V到1000V的升壓。在仿真過(guò)程中也讓我更深刻的認(rèn)識(shí)了閉環(huán)控制，認(rèn)識(shí)了PI控制和PWM。通過(guò)觀察調(diào)制波波形、載波波形和PWM波形更清楚的認(rèn)識(shí)了PWM波是怎么產(chǎn)生的。通過(guò)波形看到PWM控制通過(guò)調(diào)整脈沖寬度，改變占空比來(lái)控制電路輸出電壓，讓其達(dá)到預(yù)定值1000Ｖ，并且能夠穩(wěn)定輸出。仿真過(guò)程中，也發(fā)現(xiàn)當(dāng)輸入電壓變化時(shí)，輸出電壓也是1000V，這就控制電路的作用和優(yōu)點(diǎn)，它保證了輸出的穩(wěn)定。通過(guò)仿真結(jié)果能夠表明這次的直流升壓設(shè)計(jì)是合理可行的。本次設(shè)計(jì)的升壓電路具有高電壓、低電流、小功率的特點(diǎn)，能夠用于電子圍欄等需要高電壓的設(shè)備中。直流升壓電路在電的領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用，他是一種最基本的電路，也是極其重要的電路。

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