Boost升压斩波电路Word下载.docx
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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II,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。
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图1.1升压斩波电路主电路图
首先假设电感L值很大,电容C值也很大。
当V・G为高电平时,Q1导通,
I112V电源向L充电,充电基本恒定为,同时电容C上的电压向负载R供电,因
uUtooon值很大,基本保持输出电压为恒值,记为。
设V处于通态的时间为,
Eltlon阶段电感L上积储的能量为。
当V处于段态时E和L共同向电容C充电,
toff并向负载R提供能量。
设V处于段态的时间为,则在此期间电感L释放的能0UEIt,01off量为。
当电路工作于稳态时,一个周期T中电感L积储的能量于释放的能量相等,即
EltUEIt,,OlOlonoff(1-1)化简得
tt,TonoffUEE,,Ottoffoff(1-2)
Tt/l,Tt/offoff上式中的,输出电压高于电源电压。
式(1-1)中为升压比,调
Uo其大小即可改变输出电压的大小。
2)数量关系
设V通态的时间为t,此阶段L上积蓄的能量为:
EITImonon设V断态的时间为t,则此期间电感L释放能量为:
(E-E)IT2offoffin稳态时,一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等:
t"
+LffT
U=————S=——E
°
1f
offSee
(1-3)
T/t>
b输出电压髙于电源电压,故为升圧斩波电路。
off
toffT/t,升压比;
升压比的倒数记为P,BIJB二。
乂因为a+13=l。
所以:
offT
11U=E=E(1-4)OB1,a
电压升高得原因:
电感L储能使电压泵升的作用,电容C可将输出电圧保持住。
图2.1用于直接电动机回馈能量的升压斩波电路图
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电机反电动势相当于图1.1中的电源,此时直流电源相当于图1.1中的负载。
山于直流电源的电压基本是恒定的,因此不必并联电容器。
基于“分段线性”的思想进行解析V处于通态时,设电动机电枢电流为i,得下式1
dilL,Ri,E(2-1)Imdt
式中R为电机电枢回路电阻与线路电阻之和。
设1的初值为I,解上式得110
tt,,,,Em,,,,,,,ilele(2-2)110,,R,,
当V处于断态时,设电动机电枢电流为i,得下式:
2
di2L,Ri,E,E(2-3)2mdt
设i的初值为I,解上式得:
220
tt,,,,,EEm,,,>
(2-4),,,iIele220,,R,,
用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路波形:
图2.3电流断续升圧斩波电路波形
当电流连续时,从图1.3的电流波形可看出,t二t时刻in,onl20t二t时刻in,山此可得:
off210
toff,,八八八八,El,eEl,eEm,,I,,,m,,,(2-5)lOT,,,八RRRle,,,,,,1,e,,
,…,Ee,eEe,eEm(2-
6),,I,,,m,,,20T,RRRl,e,,,,,1,e,,
把上面两式用泰勒级数线性近似,得
E,,,,,,Ilm(2-7)1020R该式表示了L为无穷大时电枢电流的平均值I,B|Jo
EE,,Emlnb,,,八(2-8)oRR对电流断续工作状态的进一步分析可得出:
电流连续的条件为,,,1,em,(2~9),,1,e根据此式可对电路的工作状态作出判断。
3设计内容及要求1、输入直流电压:
U=50V:
d2、输出功率:
150肌3、开关频率:
10kHz:
4、占空比:
0.To.5:
5、电阻性负载;
6、输出电压脉率:
小于10%。
3(1输出值的讣算由电路原理分析可知:
U,DU,2,50V,100V2d0考虑10的裕量:
U,1.m110V2022U1102R,,,81,P150
U1102I,,,1・36A2R810,1,101,0.b1.36,0.136A0L24硬件电路4.1控制电路
图4.1SG3525
脚:
误差放大器的反相输入端;
误差放大器的同相输入端;
同步信号输入端,同步脉冲的频率应比振荡器频率fS要低一些;
振荡器输出;
振荡器外接电容CT端,振荡器频率fs,1,CT(0・7RT+3R0),RO为5脚与7脚之间跨接的电阻,用来调节死区时间,定时电容范为0.001,0.1pF;
振荡器外接定时电阻RT端,RT值为2,150kQ;
振荡器放电端,用外接电阻来控制死区时间,电阻范围为0,500Q;
软启动端,外接软启动电容,该电容山内部Vref的50nA恒流源充电;
误差放大器的输出端;
10脚:
PWM信号封锁端,当该脚为高电平时,输出驱动脉冲信号被封锁,该脚主要用于故障保护;
11脚:
A路驱动信号输出;
12脚:
接地;
13脚:
输出集电极电压;
14脚:
B路驱动信号输出;
15脚:
电源,其范B为&
35V:
16脚:
内部,5V基准电压输出。
控制电路需要实现的功能是产生PWM信号,用于可控制斩波电路中主功率器件的通断,通过对占空比a的调节,达到控制输出电压大小的U的。
此外,控制电路还具有一定的保护功能。
被实验装置的控制电路采用控制芯片SG3525为核心组成。
芯片的输入电压为8V到35V。
它的振荡频率可在100HZ到500KHZ的范W内调节。
在芯片的CT端和放电端间串联一个电阻可以在较大范内调节死区时间。
此外此外,其软起动电路非常容易设计,只需外部接一个软起动电容即可。
图4.2控制电路的protel设计
4.2触发电路和主电路
外接220V交流电压经过变压器T1和不控整流电路得到50V的直流电压E作为
BoostChopper的输入电压给BoostChopper供电。
为使IGBT在过压时不至于损害和抑制IGBT的电流变化过快及其两端电压变化过快而给IGBT带来的损害,在主电路中为其加入缓冲电路和过压保护电路是必要的。
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)O触发电路输出的矩形波经光耦合驱动电路控制主电路中IGBT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BoostChopper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BoostChopper输出电压。
占空比越大,
BoostChopper的输出电压值越大•
图4.3boostchopper触发电路及主电路图
4.3元器件的选取及计算
本硬件试验中缓冲电路选取的是充放电型RCDH缓冲电路,也是一种耗能型缓冲电路。
其中应用元件需要要结合实际的悄况进行选择。
其中的吸收电容的选择可以采用一下公式:
Cs
Lslo^
(4-1)电路中的电阻Rs不宜过大,如太大放电时间过长,电不能完全放掉。
但Rs太小,在器件导通时,Rs放电电流过大、过快,可能危及器件的安全,也可能引起振荡。
一般的,电阻选择参考下面的公式:
1阴=
CsCs
(4-2)
UpK-CS
其中Ls-主电路电感,主要是没有续流时的杂散电感;
上的最大充电电压;
一电源电压;
I。
-负载电流;
一开关频率。
需要注意的是,电容应该选择无感电容;
电阻要注意它的功耗,应选择相应的功率电阻;
吸收模块的制作要注意绝缘。
IGBTG过压保护电路、触发电路和驱动电路中元器件的选取可才参照电力电子设备设计和应用技术手册等相关电力电子设计手册也可以在后面参考文献列出的相关手册中查找。
5仿真
主电路原理图如图5.1所示其工作原理,前言中已说明,这里再补充说明电路中的儿个模块。
IGBT用理想的方波发生器触发,周期设为0.0001S,最大值设为10V,通过调占空比来调输出电压。
其保护电路,触发电路将在protel中实现。
示波器用来观察电感电流,电源电压波形和负载电压输出波形。
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图5.1主电路原理图
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5,6占空比为30%,电感为27eH,电容为375eF,电阻为81:
图5.2脉冲、电感电流和负载电压仿真图1,5,6,占空比为40%,电感为27eH,电容为375eF,电阻为81:
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图5.3脉冲、电感电流和负载电压仿真图2,5,6占空比为50%,电感为27eH,电容为375eF,电阻为81:
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图5.4脉冲、电感电流和负载电压仿真图3
6结果分析
从计算公式及仿真图分析得出:
1)占空比a越大负载输出电压越大,调节时间越长;
2)电容C值越大峰值时间越大,第一个峰值越大;
3)电感L值越大峰值时间越大,调节时间越大。
7小结
一个星期的课程设计,使我有了很多的心得体会,可以说这次直流电机斩波电路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,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®
要性。
但山于我知识的限制,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。
另外,在使用protel软件绘制电路图的过程中,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抽象,没什么用途,现在终于认识到它的a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,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。
8参考文献
1,王兆安,黄俊.电力电子技术(第四版)-[北京]:
机械工业出版社,2000
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
[6]阮新波,严仰光(直流开关电源的软开关技术(北京:
科学出版社,2000
[7]陈汝全(电子技术常用器件应用手册(机械工业出版社
[8]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
表1-1元器件明细表
序号元器件型号备注1IGBT功耗为250W的绝缘栅型双极性晶体管2MB150N-60
电容器C,1容量取用,耐压250V滤波电容器,FPF451
二极管额定电流为5A的电力二极管31DF2
熔断器额定电流为5A的快速熔断器RLS-10
整流二极管额定电流为5A的整流二极管ZP-5