直流斬波電路設(shè)計(jì)與仿真.doc

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1、電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告姓名：學(xué)號(hào)：班級(jí)：指導(dǎo)老師：專業(yè)：設(shè)計(jì)時(shí)間：目錄一．降壓斬波電路…………………………………………………..6二．直流斬波電路工作原理及輸出輸入關(guān)系……………12三．控制實(shí)現(xiàn)…………………………………………………………19四．直流斬波電路的建模與仿真......................................29五．課設(shè)體會(huì)與總結(jié)....................................................30六．參考文獻(xiàn)…………………………………………………………31摘要介紹了一

2、種新穎的具有升降壓功能的DC／DC變換器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，具體地分析了該DC／DC變換器的設(shè)計(jì)(拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作模式和儲(chǔ)能電感參數(shù)設(shè)計(jì))，詳細(xì)地闡述了該DC／DC變換器控制系統(tǒng)的原理和實(shí)現(xiàn)，最后給出了測(cè)試結(jié)果關(guān)鍵詞：DC／DC變換器，降壓斬波，升壓斬波，儲(chǔ)能電感，直流開(kāi)關(guān)電源，PWM；直流脈寬調(diào)速一．降壓斬波電路1.1降壓斬波原理：式中為V處于通態(tài)的時(shí)間；為V處于斷態(tài)的時(shí)間；T為開(kāi)關(guān)周期；為導(dǎo)通占空比，簡(jiǎn)稱占空比火導(dǎo)通比。根據(jù)對(duì)輸出電壓平均值進(jìn)行調(diào)制的方式不同，斬波電路有三種控制方式：1）保持開(kāi)關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不變，稱為PWM。2）保持

3、開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不變，改變開(kāi)關(guān)周期T，稱為頻率調(diào)制或調(diào)頻型。3）和T都可調(diào)，使占空比改變，稱為混合型。1.2工作原理1）t=0時(shí)刻驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓uo=E，負(fù)載電流io按指數(shù)曲線上升2）t=t1時(shí)刻控制V關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓uo近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。為了使負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小通常使串接的電感L值較大l基于“分段線性”的思想，對(duì)降壓斬波電路進(jìn)行解析l從能量傳遞關(guān)系出發(fā)進(jìn)行的推導(dǎo)l由于L為無(wú)窮大，故負(fù)載電流維持為Io不變l電源只在V處于通態(tài)時(shí)提供能量，為El在整個(gè)周期T中，負(fù)載消耗的能量為（RT+T

4、）一周期中，忽略損耗，則電源提供的能量與負(fù)載消耗的能量相等輸出功率等于輸入功率，可將降壓斬波器看作直流降壓變壓器該電路使用一個(gè)全控器件V，途中為IGBT，也可使用其他器件，若采用晶閘管，需設(shè)置晶閘管關(guān)斷的輔助電路。為在V關(guān)斷是給負(fù)載的電桿電流提供通道，設(shè)置了續(xù)流二極管VD。斬波電路的典型用途之一個(gè)拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，也可以帶蓄電池負(fù)載，兩種情況句會(huì)出現(xiàn)反電動(dòng)勢(shì)。IGBT是強(qiáng)電流、高壓應(yīng)用和快速終端設(shè)備用垂直功率MOSFET的自然進(jìn)化。由于實(shí)現(xiàn)一個(gè)較高的擊穿電壓BVDSS需要一個(gè)源漏通道，而這個(gè)通道卻具有很高的電阻率，因而造成功率MOSFET具有RD

5、S(on)數(shù)值高的特征，IGBT消除了現(xiàn)有功率MOSFET的這些主要缺點(diǎn)。雖然最新一代功率MOSFET器件大幅度改進(jìn)了RDS(on)特性，但是在高電平時(shí)，功率導(dǎo)通損耗仍然要比IGBT技術(shù)高出很多。較低的壓降，轉(zhuǎn)換成一個(gè)低VCE(sat)的能力，以及IGBT的結(jié)構(gòu)，同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)雙極器件相比，可支持更高電流密度，并簡(jiǎn)化IGBT驅(qū)動(dòng)器的原理圖。一個(gè)晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)是由轉(zhuǎn)速的給定、檢測(cè)、反饋、平波電抗器、可控整流器、放大器、直流電動(dòng)機(jī)等環(huán)節(jié)組成。這些環(huán)節(jié)都是根據(jù)用戶要求首先被選擇而確定下來(lái)的，從而構(gòu)成了系統(tǒng)的固有部分。僅有這些固有部分所組成的系統(tǒng)是難以

6、滿足生產(chǎn)機(jī)械的全面要求的，特別是對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的要求，有時(shí)甚至是不穩(wěn)定的，為了設(shè)計(jì)一個(gè)靜態(tài)，動(dòng)態(tài)都適用的調(diào)速系統(tǒng)，尤其是達(dá)到動(dòng)態(tài)性能的要求，還必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校正。也就是在上述固有部分所組成的調(diào)速系統(tǒng)中另外加一個(gè)校正環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能也能達(dá)到指標(biāo)的要求。本文中的雙閉環(huán)可逆ＰＷＭ調(diào)速系統(tǒng)，采用集成控制器SG3524產(chǎn)生占空比可調(diào)的PWM波，它的部包括誤差放大器,限流保護(hù)環(huán)節(jié),比較器,振蕩器,觸發(fā)器,輸出邏輯控制電路和輸出三極管等環(huán)節(jié)，是一個(gè)典型的性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源控制器,輸出級(jí)是由ＩＧＢＴ構(gòu)成的功率控制器，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)它勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，達(dá)到速度控制的

7、目的。由于電路有開(kāi)關(guān)頻率高的特點(diǎn)，所以直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)與V-M系統(tǒng)相比，在許多方面具有較大的優(yōu)越性，例如主電路線路簡(jiǎn)單，需用的功率元件少，低速性能好，穩(wěn)速精度高，因而調(diào)速圍寬，開(kāi)關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗和發(fā)熱都較少，調(diào)速裝置效率和電網(wǎng)功率因素高，系統(tǒng)的頻帶寬、快速性能好、動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)等等二．直流斬波電路工作原理及輸出輸入關(guān)系2.1升壓斬波電路（BoostChopper）升壓斬波電路假設(shè)L和C值很大。處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，電流恒定，電容C向負(fù)載R供電，輸出電壓恒定。斷態(tài)時(shí)，電源E和電感L同時(shí)向電容C充電，并向負(fù)載提供能

8、量。設(shè)V通態(tài)的時(shí)間為，此階段L上積蓄的能量為設(shè)V斷態(tài)的時(shí)間為，則此期間電感L釋放能量為穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中L積蓄能量與釋放能量相等：=化簡(jiǎn)得——升壓比