直流斩波电路的设计 沈阳大学.docx

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直流斩波电路的设计沈阳大学

设计题目:

直流斩波电路的设计

1.课程设计目的:

《电力电子技术》课程是一门专业技术基础课，电力电子技术课程设计是电力电子技术课程理论教学之后的一个实践教学环节。

其目的是训练学生综合运用学过的变流电路原理的基础知识，独立完成查找资料、选择方案、设计电路、撰写报告的能力，使学生进一步加深对变流电路基本理论的理解和基本技能的运用，为今后的学习和工作打下坚实的基础。

《电力电子技术》课程设计是配合变流电路理论教学，为自动化专业开设的专业基础技术技能设计，课程设计对自动化专业的学生是一个非常重要的实践教学环节。

通过设计能够使学生巩固、加深对变流电路基本理论的理解，提高学生运用电路基本理论分析和处理实际问题的能力，培养学生的创新精神和创新能力。

熟悉直流斩波电路相关知识，训练学生综合运用学过的变流电路原理的基础知识，独立进行查找资料、选择方案、设计电路、撰写报告，进一步加深对变流电路基本理论的理解，提高运用基本技能的能力。

2课程设计的主要内容

2.1设计步骤

⑴根据给出的技术要求，确定总体设计方案

⑵选择具体的元件，进行硬件系统的设计

⑶进行相应的电路设计，完成相应的功能

⑷进行调试与修改

⑸撰写课程设计说明书

2.2设计方法

直流斩波电路（DCChopper）的功能是将直流电变为另一种固定的或可调的直流电，也称为直流-直流变换器（DC/DCConverter），直流斩波电路（DCChopper）一般是指直接将直流变成直流的情况，不包括直流-交流-直流的情况；直流斩波电路的种类很多，包括6种基本斩波电路：

降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路，Zeta斩波电路，前两种是最基本电路。

主要包括：

⑴降压斩波电路的设计

⑵升压斩波电路的设计

⑶直流供电电源

⑷控制和驱动电路

2.3设计方案的论证

1．熟悉实验装置的电路结构和主要元器件，检查实验装置输入和输出的线路连接是否正确，检查输入保险丝是否完好，以及控制电路和主电路的电源开关是否在“关”的位置。

电路原理图见实验图2。

斩波电路的直流输入电压ui由交流电经整流得到，如实验图2a所示。

实验图2b和c分别为降压斩波主电路和升压斩波主电路。

实验图2d为控制和驱动电路的原理图，控制电路以专用PWM控制芯片SG3525为核心构成，控制电路输出占空比可调的矩形波，其占空比受uco控制。

下图为降压斩波主电路及控制电路

a）直流供电电源

b）降压斩波主电路

c）升压斩波主电路

d）控制和驱动电路

（同理可得升压斩波电路主电路及控制电路）

图1降压斩波主电路及控制电路

4.SG3525的功能特点及软起动功能

SG3525是定频PWM电路，采用16引脚标准DIP封装。

其各引脚功能如图2（a）所示，内部框图如图2（b）所示。

脚8为软起动端。

图2（a）SG3525的引脚

（b）内部框图

图2 SG3525引脚及内部框图

SG3525在SG3524的基础上，主要作了以下改进。

   1）增设欠压锁定电路   电路主要作用是当IC输入电压<8V时，集成块内部电路锁定，停止工作（基准源及必要电路除外），使之消耗电流降至很小（约2mA）。

   2）有软起动电路   比较器的反相端即软起动控制端脚8可外接软起动电容。

该电容由内部5V基准参考电压的50μA恒流源充电，使占空比由小到大（50％）变化。

   3）比较器有两个反相输入端   SG3524的误差放大器、电流控制器和关闭控制3个信号共用一个反相输入端，现改为增加一个反相输入端，误差放大器与关闭电路各自送至比较器的反相端。

这样，便避免了彼此相互影响，有利于误差放大器和补偿网络工作精度的提高。

   4）增加PWM锁存器使关闭作用更可靠   比较器（脉冲宽度调制）输出送到PWM锁存器，锁存器由关闭电路置位，由振荡器输出时间脉冲复位。

这样，当关闭电路动作，即使过电流信号立即消失，锁存器也可维持一个周期的关闭控制，直到下一个周期时钟信号使锁存器复位为止。

5）振荡器作了较大改进   SG3524中的振荡器只有CT及RT两引脚，充电和放电回路是相同的。

SG3525的振荡器，除了CT及RT引脚外，增加了放电引脚7、同步引脚3。

RT阻值决定对CT充电的内部恒流值，CT的放电则由脚5及脚7之间外接的电阻值RD决定。

把充电和放电回路分开，有利于通过RD来调节死区的时间，这是重大的改进。

在SG3525中增加了同步引脚3专为外同步用，为多个SG3525的联用提供了方便。

   6）输出级作了结构性改进   电路结构改为确保其输出电平处于高电平，或低电平状态。

另外，为了适应驱动MOSFET的需要，末级采用了推挽式电路，使关断速度更快。

SG3525增加的工作性能在实际应用中具有重要意义。

例如，脚8增加的软起动功能，避免了开关电源在开机瞬间的电流冲击，可能造成的末级功率开关管的损坏。

3.接通控制电路电源，用示波器分别观察锯齿波和PWM信号的波形（实验装置应给出测量端，位置在图中已标出），记录其波形、频率和幅值。

调节Ur的大小，观察PWM信号的变化情况。

4.斩波电路的输入直流电压ui由低压单相交流电源经单相桥式二极管整流及电感电容滤波后得到。

接通交流电源，观察ui波形，记录其平均值。

5.斩波电路的主电路包括降压斩波电路和升压斩波电路两种，分别如实验图2b、c所示，电路中使用的器件为电力MOSFET，注意观察其型号、外形等。

6.切断各处电源，将直流电源ui与升压斩波主电路连接，断开降压斩波主电路。

检查接线正确后，接通主电路和控制电路的电源。

改变ur值，每改变一次ur，分别观测PWM信号的波形、电力MOSFETV的栅源电压波形、输出电压uo的波形、输出电流io的波形，记录的PWM信号占空比a，ui、uo的平均值Ui和Uo。

7.改变负载R的值，重复上述内容6。

2.降压斩波电路

1）工作原理

t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压uo=E，负载电流io按指数曲线上升。

t=t1时控制V关断，二极管VD续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。

通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。

2）数量关系：

负载电压平均值：

ton——V通的时间toff——V断的时间a--导通占空比

负载电流平均值：

3.升压斩波电路

1）工作原理

假设L和C值很大。

V处于通态时，电源E向电感L充电，电流恒定I1，电容C向负载R供电，输出电压Uo恒定。

V处于断态时，电源E和电感L同时向电容C充电，并向负载提供能量。

2）数量关系

设V通态的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为

设V断态的时间为toff，则此期间电感L释放能量为

稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等：

T/toff>1，输出电压高于电源电压，故为升压斩波电路

电压升高得原因：

电感L储能使电压泵升的作用、电容C可将输出电压保持住

3．设计结果与分析

降压斩波电路的典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载，两种情况下负载中均会出现反电动势，如图3中Em所示。

为使io连续且脉动小，通常使L值较大。

图3

升压斩波电路应用直流电动机传动时，通常用于直流电动机再生制动时把电能回馈给直流电源，实际L值不可能为无穷大，因此有电动机电枢电流连续和断续两种工作状态。

4．心得体会

作了一周的课程设计，使我有了很多的心得体会，可以说这次直流斩波电路的性能研究的课程设计是在大家共同努力和在老师的精心指导下共同完成的。

通过这次设计加深了我对这门课程的了解，也加深了对这门课程的设计。

以前总是觉得理论结合不了实际，但通过这次设计使我认识到了理论结合实际的重要性。

但由于我知识的限制，设计还有很多不足之处，希望老师指出并教导。

通过对电路图的研究，也增强了我们的思考能力。

课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。

很感激学校给了我们这次动手实践的机会，让我们学生有了一个共同学习，增长见识，开拓视野的机会。

也感谢陈老师对我们无私忘我的指导，我会以这次课程设计作为对自己的激励，继续学习。

5．参考文献

[1]谢宋和,甘勇.单片机模糊控制系统设计与应用实例[M].北京:

电子工业出版社,1999.5

[2]潘新民,王燕芳.微型计算机控制技术[M],第2版.北京:

电子工业出版社,2003.4

[3]范立南,谢子殿.单片机原理及应用教程[M].北京:

北京大学出版社,2006.1

[4]卜小明,龙全求.一种薄板弯曲问题的四边形位移单元[J].力学学报,1991,23

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