升压斩波电路设计Word文档下载推荐.docx
《升压斩波电路设计Word文档下载推荐.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《升压斩波电路设计Word文档下载推荐.docx(24页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
10.课程设计的原理图。
进度安排
十二周星期一:
下达设计任务书,介绍课题内容与要求;
十二周星期十二周星期五:
查找资料,确定设计方案,画出
草图。
十三周星期一上午一一星期二下午:
电路设计,打印出图纸。
星期三:
书写设计报告;
星期四:
星期五:
答辩。
参考文献
电力电子技术王兆安机械工业出版社
[2]康华光,陈大钦.电子技术基础(第四版).[北京]:
高等教育出版社,1998
[3]张义和.ProtelDXP电路设计快速入门.[北京]:
中国铁道出版社,2003
[4]张乃国.电源技术.北京:
中国电力出版社,1998
[5]何希才.新型开关电源设计与应用.北京:
科学出版社,2001
摘要
本设计是基于SG3525芯片为核心控制的PWM升压斩波电路(BOOStChOPPer).设计由MatIab仿真和PrOteI两大部分构成。
MatIab主要是理论分析,借助其强大的数学计算和仿真功能可也很直观的看到PwM控制输出电压的曲线图。
通过设置参数分析输出与电路参数和控制量的关系。
第二部分是电路板,它可以通过PrOteI设计完成,其中PrOteI原理图设计系统以其分层次的设计环境,强大的元件及元件库的组织功能,方便易用的连线工具,强大的编辑功能设计检验,与印制电路板设计系统的紧密连接,自定义原理图模板高质量的输出等等优点,和丰富的设计法则,易用的编辑环境,轻松的交互性手动布线,简便的封装形式的编辑及组织,高智能的基于形状的自定布线功能,万无一失的设计检验等印制电路板设计系统的优点,使其在我们学生选用PCB电路板设计软件中占了绝大部分比重。
本设计也采用PrOteI设计原理图,和进行PCB板布线。
它是本设计从理论到实际制作的必进途径,通过设定相应的规则,足以满足设汁所要求的规定。
引言
直流斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的
DC-DC变换器,在直流传动系统、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用.随之出现了诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路•直流斩波技术已被广泛用于开关电源及直流电动机驱动中,使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。
全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波等领域得到了广泛的应用。
但以
IGBT为功率器件的直流斩波电路在实际应用中需要注意以下问题:
(1)系统损耗的问;
(2)栅极电阻;
(3)驱动电路实现过流过压保护的问题。
1.逆变电源工作原理
DC/AC变换采用单相输出,全桥逆变形式,为减小逆变电源的体积,降低成本,输出使用工频LC滤波。
由4个IRF740构成桥式逆变电路,IRF74O最高耐压400V,电流10A,功耗125W,利用半桥驱动器IR2U0提供驱动信号,其输入波形由SG3524提供,同理可调节该SG3524的输出驱动波形的D<
50%,保证逆变的驱动方波有共同的死区时间。
IR2110是IR公司生产的大功率MOSFET和IGBT专用驱动集成电路,可以实现对MOSFET和IGBT的最优驱动,兼有光耦隔离和电磁隔离的优点,同时还具有快速完整的保护功能,可以提高控制系统的可鼎性,减少电路的复杂程度。
是中小功率变换装置中驱动器件的首选。
Hl:
SD
Vκ∕VcrΦ平
Wlfta
HO
VS
VCC
LO
CoM
烏电平转换
ls≥l
图6IR21I0内部框图
LO(引脚1):
低端输出
VCC(引脚3):
低端固定电源电斥
VS(引脚5):
高端浮宜电源偏移电压
HO(引脚7):
高端输出
VDD(引脚9):
逻辑电源电压
SD(引脚11):
关断
COM(引脚2):
公共端
NC(引脚4):
空端
VB(引脚6):
高端浮置电源电压
NC(引脚8):
HIN(引脚10):
逻辑商端输入
LIN(引脚12):
逻榊低端输入
Vss(引脚13):
逻辑电路地电位端.其值可以为OV
NC(引脚14):
IR2110的内部结构和工作原理框图如图6所示。
图中HIN和LlN为逆变桥中同一桥臂上下两个功率MOS的驱动脉冲信号输入端。
SD为保护信号输入端,当该脚接高电平时,IR2110的输出信号全被封锁,其对应的输出端恒为低电平;
而当该脚接低电平时,IR2110的输出信号跟随HI∖和LlN而变化,在实际电路里,该端接用户的保护电路的输出。
Ho和LO是两路驱动信号输出端,驱动同一桥臂的MOSFETO
IR2110的自举电容选择不好,容易造成芯片损坏或不能正常工作。
VB和VS之间的电容为自举电容。
自举电容电压达到以上,才能够正常工作,要么采用小容量电容,以提高充电电压,要么直接在VB和VS之间提供10〜20V的隔离电源,本电路釆用了IHF的自举电容。
为了减少输出谐波,逆变器DC/AC部分一般都采用双极性调制,即逆变桥的对管是高频互补通和关断的。
逆变桥逆变:
逆变桥部分,采用IGBT作为功率开关管。
山于IGBT寄生电容和线路寄生电感的存在,同一桥臂的开关管在开关工作时相互会产生干扰,这种干扰主要体现在开关管门极上。
如图3实际电路中,IR2110的输出推挽电路,这个电压尖刺幅值随母线电压VB、VS和负载电流的增大而增大,可能达到足以导致T2瞬间误导通的幅值,这时桥臂就会形成直通,造成电路烧毁。
同样地,当T2开通时,T1的门极也会有电压尖刺产生。
带有门极关断箝位电路的驱动电路通过减小RS和改善电路布线可以使这个电压尖刺有所降低,但均不能达到可靠防止桥臂直通的要求。
本文将提出一种门极关断箝位电路,通过在开关管驱动电路中附加这种电路,可以有效地
降低上述门极尖刺。
门极关断箝位电路由MOSFET管MCI和MC2,MCI门极下拉电阻RCI和MC2门极上拉电阻RC2组成。
实际上该电路是山MOSFET构成的两级反相器。
当MCl门极为高电平时,HCI导通,MC2因门极为低电平而关断,不影响功率开关管的正常导通:
当MCl门极为低电平时,MCI关断,MC2因门极为高电平而饱和导通,从而在功率开关管的门极形成了一个极低阻抗的通路,将功率开关管的门极电压箝位在0V,基本上消除了上文中提到的电压尖刺。
在使用这个电路时,要注意使HC2D、S与功率开关管GE间的连线尽量短,以最大限度地降低功率开关管门极寄生电感和电阻。
在电路板的排布上,MC2要尽量靠近功率开关管,而MCI,RCl和RC2却不必太靠近MC2,这样既可以发挥该电路的作用,也不至于给电路板的排布带来很大困难。
可以看到在门极有一个电压尖刺,这个尖刺与门极脉冲的时间间隔刚好等于死区时间,山此可以证明它是在同一桥臂另一开关管开通时产生的。
此时电圧尖刺基本消除。
通过实验验证,该电路确实可以抑制和消除干扰,有一定的使用价值,可以提高电路的可鼎性
2.单相交流调压工作原理
主电路匸作原理
假设L值、C值很大,V通时,E向L充电,充电电流恒为II,同时C的电压向负载供电,因C值很大,输出电压u。
为恒值,记为Uo。
设V通的时间为ton,此阶段L上积蓄的能量为ElItOn
V断时,E和L共同向C充电并向负载R供电。
设V断的时间为toff,则此期间电感L释放能量为UEIt
o1Off
稳态时,一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等
ElitOn=(UO-E^Xtoff
(I-I)
化简得:
(1-2)
tOfftOff
Tg'
'
输出电压高于电源电压,故称升压斩波电路。
也称之为boost
ChOOPer变换器。
TItoff
升压比,调节其即可改变UOo将升压比的倒数记作0,即
0上
TO和导通占空比,有如下关系:
a+J3=1
因此,式(1-2)可表示为
(1-3)
I/
(1—4)
升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因:
①L储能之后具有使电压泵升的作用
②电容C可将输出电圧保持住
IGBT驱动电路选择
IGBT的门极驱动条件密切地关系到他的静态和动态特性。
门极电路的正偏压uGS>负偏压-uGS和门极电阻RG的大小,对IGBT的通态电压、开关、开关损耗、承受短路能力及du/dt电流等参数有不同程度的影响。
其中门极正电压UGS的变化对IGBT的开通特性,负载短路能力和duGS/dt
电流有较大的影响,而门极负偏圧对关断特性的影响较大。
同时,门极电路设讣中也必须注意开通特性,负载短路能力和山duGS/dt电流引起的误触发等问题。
根据上述分析,对IGBT驱动电路提出以下要求和条件:
(1)Ih于是容性输出输出阻抗;
因此IBGT对门极电荷集聚很敬感,驱动电路必须可鼎,要保证有一条低阻抗的放电回路。
(2)用低内阻的驱动源对门极电容充放电,以保证门及控制电压UGS有足够陡峭的前、后沿,使IGBT的开关损耗尽量小。
另外,IGBT开通后,门极驱动源应提供足够的功率,使IGBT不至退出饱和而损坏。
(3)门极电路中的正偏压应为+12〜+15V:
负偏压应为-2V〜-IOVO
(4)IGBT驱动电路中的电阻RG对匸作性能有较大的影响,RG较大,有利于抑制IGBT的电流上升率及电压上升率,但会增加IGBT的开关时间和开关损耗;
RG较小,会引起电流上升率增大,使IGBT误导通或损坏。
RG的具体数据与驱动电路的结构及IGBT的容量有关,一般在儿欧〜儿十欧,小容量的IGBT其RG值较大。
(5)驱动电路应具有较强的抗干扰能力及对IGBT的自保护功能。
IGBT的控制、驱动及保护电路等应与其高速开关特性相匹配,另外,在未采取适当的防静电措施情况下,IGBT的G〜E极之间不能为开路。
IGBT驱动电路分类驱动电路分为:
分立插脚式元件的驱动电路;
光耦驱动电路:
厚膜驱动电路;
专用集成块驱动电路。
本文设计的电路采用的是专用集成块驱动电路。
IGBT驱动电路分析随着微处理技术的发展(包括处理器、系统结构和存储器件),数字信号处理器以其优越的性能在交流调速、运动控制领域得到了广泛的应用。
一般数字信号处理器构成的控制系统,IGBT驱动信号山处理器集成的PWM模块产生的。
而PwM接口驱动能力及其与IGBT的
接口电路的设计直接影响到系统工作的可靠性。
因此本文釆用SG3525设计出了一种可靠的IGBT驱动方案。
最优参数选择
=EM
当IGBT处于导通时,得
设S的初值为/K),解上式得
当IGBT处于关断时,设电动机电枢电流为“2,得
L^^R^=EM-E
设"
的初值为‘20,解上式得
f-hmF—F
当电流连续时,从图3-2的电流波形可看岀,
T时刻z2=7i0,由此可得
20
10*一〒
10)
1-12)
∖-e~βpy
1—厂丿
(J
厂―
T-
I1-厂
(1-13)
把上面两式用泰勒级数线性近似,得
Ef
IO=Λo=(m-X7)—
(1-14)
该式表示了L为无穷大时电枢电流的平均值人,即
1<
=5_小呈=EdlfE
(1-15)
当电流断续时的