升压斩波电路设计Word文档格式.docx

1、关键字升压斩波; SG3525 ; （20142015学年第二学期）11概述42课程设计任务及要求52.1设计任务52.2设计要求52.3设计主流程图53.设计理论63.1 升压斩波工作原理6主电路工作原理63.2数量关系74.硬件设计84.1 升压直流变换器电路总设计概述84.2储能电感L的选择84.2输出滤波电容的选择94.3驱动电路选择94.4呵护电路原理介绍104.5呵护电路的芯片介绍115.具体电路设计136.心得体会147.附录158.参考文献161王兆安,黄俊.电力电子技术（第四版）.北京: 机械工业出书社,2000163 张乃国电源技术北京：中国电力出书社,1998166陈汝全

2、电子技术经常使用器件应用手册机械工业出书社161概述直流斩波电路作为将直流电酿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获得普通的应用.随之呈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念头驱动中,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、有源滤波等领域获得了广泛的应用.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

3、阻；（3）驱动电路实现过流过压呵护的问题.2课程设计任务及要求2.1设计任务理论设计：了解掌握Boost电路的工作原理,设计Boost电路的主电路和控制电路.包括：IGBT电流、电压额定的选择；驱动、呵护电路的设计；画出完整的主电路原理图和控制电路原理图.2.2设计要求对Boost电路的主电路和控制电路进行设计.分两组参数,每组参数如下：（1）直流电压E=50V,负载中R=20,L、C值极年夜.（2）直流电压E=200V,负载中R=20,L、C值极年夜.2.3设计主流程图根据所要实现的功能,设计电路的主法式流程如图所示.3.设计理论3.1 升压斩波工作原理主电路工作原理图一假设L值、C值很年夜

4、,V通时,E向L充电,充电电流恒为I1,同时C的电压向负载供电,因C值很年夜,输出电压uo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EI1ton（）offotIEU1-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 稳态时,一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等化简得：,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.升压比,调节其即可改变Uo.将升压比的倒数记作,即. 和导通占空比,有如下关系：因此,可暗示为升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因： L储能之后具有使电压泵升的作用 电容C可将输

5、出电压坚持住3.2数量关系设IGBT通态的时间为ton,此阶段L上积存的能量为：EI1ton 设IGBT断态的时间为toff,则此段时间内电感L释放能量为：（U0-E）I1t稳态时,一个周期时间内中L积存的能量与释放的能量相等：T/t off 1,输出电压高于电源电压,故为升压斩波电路.T/t off 升压比;升压比的倒数记为,即= toff /T .又因为+=1.所以：电压升高得原因：电感L储能使电压泵升的作用,电容可将输出电压坚持住4.硬件设计4.1 升压直流变换器电路总设计概述电源电路发生的稳定24V直流电作为主电路（斩波电路）的输入电源,电源电路发生的稳定的直流+5V电压控制单片机,通

6、过单片机来输出脉冲占空比可变的波,从而使升压斩波电路升压并输出可调的脉冲电压Uo.把输出电压Uo通过降压后获得的信号Uco反馈给A/D转换电路,再通过比力器判断电压是否过压,过压则单片机输出恒高电平,是MOSFET关断,因此整个系统构成一个可调的直流升压斩波电陆,而且到达过压呵护的目的.本设计主要由:电源电路、控制电路、驱动电路、斩波电路和呵护电路组成.4.2储能电感L的选择电感电流包括直流平均植和纹波分量两部份,其电流平均值如下确定.假定忽略电路的内部损耗,电路中开关f设为1KHz,则Vi*Ii=Vo*Io,其中Ii是从电源Vi*Ii=Vo*Io,其中Ii是从电源Vi取出平均电流,也是流入电

7、感的平均电流IL,以下中Vi=E=24V,V0=U0=60V,P0=40W,I0=0.67A Vo= Vi*T/toff,和呵护电路组成.Vo= Vi*T/toff, 故有 Ii= Vo*Io/ Vi=Io*T/toff 选择 I=Vi*ton/L=1.4Ii, 则电感L为 L= Vi*ton/1.4Ii ton=T*（ Vo- Vi）/ Vo=（Vo-Vi）f*V0 假定忽略内部的损耗,则 Vi*Ii=Vo*I0 故有 Ii= Vo*Io/ VI 因此 L= Vi*ton/1.4Ii= Vi*（Vo- Vi）/1.4f * Vo*I0 已知输出电压Vo、输出电流Io、输入电压Vi和开关频率f

8、,就可求出电感值.则： L24（60-24）/1.4*1000*60*0.67=0.00617H因此L的规格选为LGC0410 其电感量为0.15uH 56uH 额定电流范围为1.85A 300mA.4.2输出滤波电容的选择假如输出滤波电容C必需在V开启的ton期间供给全部负载电流,设在ton期间, C上的电压降纹波电压Vo,由式得 C=Io*（ton/Vo） 由式,求得ton=T*（Vo-Vi）/Vo 故有 C= T*Io*（Vo-Vi）/Vo*Vo = Io*（Vo-Vi）/f*Vo*VoVo24*10%=2.4v C10*（60-24）/1000*2.4*60=0.000167F4.3驱

9、动电路选择 IGBT的门极驱动条件密切地关系到他的静态和静态特性.门极电路的正偏压uGS、负偏压-uGS和门极电阻RG的年夜小,对IGBT的通态电压、开关、开关损耗、接受短路能力及du/dt电流等参数有分歧水平的影响.其中门极正电压uGS的变动对IGBT的开通特性,负载短路能力和duGS/dt电流有较年夜的影响,而门极负偏压对关断特性的影响较年夜.同时,门极电路设计中也必需注意开通特性,负载短路能力和由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）由于是容性输出输出阻抗；因此IBGT对门极电荷集聚很敏感,驱动电路必需可靠,要保证有一条低阻抗的放

10、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有足够峻峭的前、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-10V.（4）IGBT 驱动电路中的电阻RG对工作性能有较年夜的影响,RG较年夜,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年夜,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,一般在几欧几十欧,小容量的IGBT 其RG值较年夜.（

11、5）驱动电路应具有较强的抗干扰能力及对IGBT 的自呵护功能.IGBT 的控制、驱动及呵护电路等应与其高速开关特性相匹配,另外,在未采用适当的防静电办法情况下,IGBT的GE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.本文设计的电路采纳的是专用集成块驱动电路.IGBT驱动电路分析随着微处置技术的发展（包括处置器、系统结构和存储器件）,数字信号处置器以其优越的性能在交流调速、运动控制领域获得了广泛的应用.一般数字信号处置器构成的控制系统, IGBT驱动信号由处置器集成的PWM模块发生的.而PWM接口驱动能力及其与I

12、GBT的接口电路的设计直接影响到系统工作的可靠性.因此本文采纳SG3525设计出了一种可靠的IGBT驱动方案.4.4呵护电路原理介绍试验方案中还设计了呵护电路,如下图,下图是过流呵护电路图. R7是100K ,串连在负载管两边,R7的一边连接地,另一边输入运算放年夜器的负（即引脚2）,引脚3接滑动变阻器R4,R4取值10 ,因为斩波电路的输出电压U0为60V,输出功率40W,即I0为0.67A,所以设呵护电流参数为1.5A（R4接电压15V,R4为10,即参考电流为1.5A）,将反馈电流与的呵护电流参数值相互比力,如果年夜于限定值则使单片机8051的P2.1脚置低电平,使单片机89S52的输出

13、引脚P1.5输出恒为低,从而光耦驱动停止,驱动电路发生负驱动电压,从而关断MOSFET管,以到达呵护电路的作用.同时,将P1.4置高电平,使发光二极管发光.从而到达报警功能.4.5呵护电路的芯片介绍呵护电路中使用的单片机是8051,设计中使用两个单片机芯片会增加本钱,不外由于编程的原因,所以采纳与控制电路分歧的单片机芯片8051,8051单片微型计算机简称单片机,与89S52的引脚功能相似. 0809美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道,8位逐次迫近式A/D转换器.它可以根据地址码锁存译码后的信号,是因为其内部有一个8通道多路开关.是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片 1）具有转换起

14、停控制端. 2）8路输入通道,8位A/D转换器,即分辨率为8位. 3）转换时间为100s（时钟为640kHz时）,130s（时钟为500kHz时） 4）不需零点和满刻度校准,模拟输入电压范围0+5V. 5）单个+5V电源供电 6）工作温度范围为-40+85摄氏度7）低功耗,约15mW. 内部结构： 0809是CMOS单片型逐次迫近式A/D转换器.5.具体电路设计外接220V交流电压经过变压器T1和不控整流电路获得50V的直流电压E作为Boost Chopper 的输入电压给Boost Chopper供电.为使IGBT在过压时不至于损害和抑制IGBT的电流变动过快及其两端电压变动过快而给IGBT

15、带来的损害,在主电路中为其加入缓冲电路和过压呵护电路是需要的.触发电路以专用的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形,占空比受Uco的控制（如图1-13）.触发电路输出的矩形波经光耦合驱动电路控制主电路中I GBT的开通和关断.电路设计好后主电路中的电感电容值已确定,此时只要调节触发波形的占空比即可调节Boost输出电压.电路设计好后主电路中的电感电容值已确定,此时只要调节触发波形的占空比即可调节Boost输出电压.占空比越年夜,Boost的输出电压值越年夜 主电路 触发电路6.心得体会一个星期的课程设计,使我有了很多的心得体会,可以说这次直流机电斩波电路的课程

16、设计是在不竭的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,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,设计还有很多缺乏之处,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.另外,通过网上检索文献,我学到了很多实用的技巧,这也为以后的工作打下了很好的基础.从开始任务到查找资料,到设计电路图,到最后的实际接线过程中,我学到了课堂上学习不到的知识.上课时总觉得所学的知识太笼统,没什么用途,现在终于认识到它的重要性. 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,熬炼实践能力的

17、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入手实践的机会,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.7.附录8.参考文献（1）王兆安,黄俊.电力电子技术（第四版）.北京: 机械工业出书社,2000（2）康华光,陈年夜钦.电子技术基础（第四版）. 北京: 高等教育出书社,1998 （3） 张乃国电源技术北京：中国电力出书社,1998（4）何希才新型开关电源设计与应用北京：科学出书社,2001 （5） 阮新波,严仰光直流开关电源的软开关技术北京：科学出书社,2000 （6）陈汝全电子技术经常使用器件应用手册机械工业出书社（7） 陈礼明实际直流斩波电路中若干问题的浅析梅山科技,2005 附录