直流斩波电路课设..

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电力电子技术课程设计说明书直流降压斩波电路的设计

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直流降压斩波电路又称为Buck变换器,它对输入电压进行降压变换。通过控制电路的占空比即通过IGBT来控制降压斩波电路的输出电压。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。

首先分析了直流斩波主电路(即Buck变换器)的工作原理,计算了电路的电压电流和IGBT承受的正反向电压,按照留有裕量的选型原则,选择了IRG4PC40U型号的IGBT,并对其参数进行了介绍。利用PWM控制芯片SG3525作为触发电路的核心部件,最后利用MATLAB建立了仿真模型,设置了模型的参数,并进行了仿真。仿真结果证明了设计的正确性。

关键字:设计;仿真;直流降压斩波;Buck

目录

1 绪论 (1)

1.1 设计的背景与意义 (1)

1.2 直流斩波发展现状 (1)

1.3 本设计主要内容 (2)

2 直流斩波主电路的设计 (3)

2.1 设计原始参数 (3)

2.2 直流斩波电路原理 (3)

2.3 主电路的设计 (4)

2.3.1 直流降压斩波电路 (4)

2.3.2 直流降压斩波电路参数计算 (4)

2.3.3 主电路参数分析 (5)

3 控制电路设计 (7)

3.1 PWM控制芯片SG3525简介及特点 (7)

3.2 SG3525内部结构及工作特性 (7)

3.3 触发电路 (9)

4 仿真调试 (10)

4.1 仿真软件的介绍 (10)

4.2 仿真模型建立 (10)

4.3 仿真结果分析 (12)

结束语 (15)

参考文献 (16)

致谢 (17)

附录 (18)

附录A:元件清单 (18)

附录B:主电路CAD图 (19)

1 绪论

1.1 设计的背景与意义

直流斩波主要应用于低压大电流领域,其目的是为了解决续流管的导通损耗问题。采用一般的二极管续流,其导通电阻较大,应用在大电流场合时,损耗很大。用导通电阻非常小的MOS管代替二极管,可以解决损耗问题,但同时对驱动电路提出了更高的要求。此外,对Buck电路应用同步整流技术,用MOS管代替二极管后,电路从拓扑上整合了Buck和Boost两种变换器,为实现双向DC /DC变换提供了可能。

由于直流斩波具有调压、调磁等作用,因此它的应用领域之一是直流电机的调速。直流电机的转速取决于电枢电压及磁场的大小,通过直流斩波器的调压作用,可以调节电机的电枢电压,达到调速的目的。另外,通过直流斩波器的调磁作用,可以调节电机的磁场及励磁电流,也可以达到调速的目的。直流电机调速在地铁、城市无轨电车、电动汽车等运输车辆上得到了广泛的应用。

直流斩波的另一应用领域是直流供电电源。在各种应用场合中,不同用电设备所需要的直流供电电压的等级不同,采用直流斩波器可以将单一的、不稳定的直流输入电压变换成负载所需要的稳定的、不同电压等级的直流供电电压,因为直流斩波器工作在开关状态,因此这种类型的直流供电电源也称为开关电源。开关电源在计算机、通信等各个领域也得到了广泛的应用。

1.2 直流斩波发展现状

电力电子学(Power Electronics)是应用于电力技术领域中的电子学,在工程应用中称为电力电子技术(Power Electronic Technique)。它是以利用大功率电子器件对电能进行变换和控制为研究内容,是一门与电子、控制和电力紧密相关的边缘学科。它在电能的产生和使用之间建立了一种关系,在这种关系下,电能的产生、输送和使用都有很高的效率,而且各种不同的负载都能得到其所期望的最佳能量供应形式和最佳的控制。因此,电力电子技术不仅大量用于传统电力系统中的交直流输变电装置,更广泛应用于工业生产各个领域中各种电机的交直流调速,材料加工领域中各种加热电源(如中高频感应加热电源、焊接电源等)的能量输出控制等。随着技术的发展,以电压驱动的各种全控型高频大功率器件及其功率模块相继出现,这为制造各种小巧轻便、性能稳定的高效率和高品质高频开关电源提供了条件,这类电源目前广泛用于各种通讯设备、计算机乃至各类家电产品。

现代电力电子技术(Modern Power Electronic Technique)主要以该领域中那些后起的,目前最具发展前景的全控型电力电子器件如Power-MOSFET、IGBT、MCT、PIC等为背景,介绍它们的基本结构、工作原理、主要参数、应用特点,以及器件应用中的驱动、保护等基本问题,分别介绍在硬PWM开关和软PWM开关条件下的各类变换电路。

而直流斩波器(DC Chopper)是一种把恒定直流电压变换成为另一固定电压或可调电压的直流电压,从而满足负载所需的直流电压的变流装置。也称为直接直流-直流变换器(DC/DC Converter)。它通过周期性地快速通、断,把恒定直流电压斩成一系列的脉冲电压,而改变这一脉冲列的脉冲宽度或频率就可实现输出电压平均值的调节。直流斩波器除可调节直流电压的大小外,还可以用来调节电阻的大小和磁场的大小。直流传动、开关电源是斩波电路应用的两个重要领域,是电力电子领域的热点。全控型器件选择绝缘栅双极晶体管(IGBT)综合了GTR 和电力MOSFET的优点,具有良好的特性。目前已取代了原来GTR和一部分电力MOSFET的市场,应用领域迅速扩展,成为中小功率电力电子设备的主导器件。前者是斩波电路应用的传统领域后者则是斩波电路应用的新领域。直流斩波器的种类较多,包括6种基本斩波器:降压斩波器(Buck Chopper)、升压斩波器(Boost Chopper)、升降压斩波器(Boost-Buck Chopper)、Cuk斩波器、Sepic 斩波器和Zeta斩波器,前两种是最基本的类型。

1.3 本设计主要内容

首先分析了直流斩波主电路(即Buck变换器)的工作原理,计算了电路的电压电流和IGBT承受的正反向电压,按照留有裕量的选型原则,选择了IRG4PC40U型号的IGBT,并对其参数进行了介绍。利用PWM控制芯片SG3525作为触发电路的核心部件,最后利用MATLAB建立了仿真模型,设置了模型的参数,并进行了仿真。仿真结果证明了设计的正确性。

本设计说明书主要分为4章,第1章绪论,主要介绍了直流斩波的应用及发展现状。第2章直流斩波主电路的设计主要介绍了直流斩波电路原理及直流降压斩波电路的主电路设计、参数分析等。第3章触发电路分析主要介绍了PWM控制芯片SG3525简介及其内部结构、工作特性,整体触发电路的相关设计。第4章电路系统仿真及结论主要介绍了仿真软件MATLAB的Simulink组件,仿真电路及其仿真结果分析。

2 直流斩波主电路的设计

2.1 设计原始数据

设计一个电路,要求实现直流输入电压200V ,输出电压50V-100V 连续可调,输出最大电流40A ,实现DC-DC 变换,接阻感性负载。

2.2 直流斩波电路原理

直流降压变流器用于降低直流电源的电压,使负载侧电压低于电源电压,其原理电路如图1所示。在开关器件V 导通时,有电流经电感L 向负载供电,在V 关断时,电感L 释放储能,维持负载电流,电流经负载和二极管VD 形成回路。调节开关器件V 的通断周期,可以调整负载侧输出电流和电压的大小。

图1 直流降压斩波电路

(1)

式(1)中

T 为V 开关周期,

on t 为导通时间, α为占空比。

Uo 最大为E ,减小α ,Uo 随之减小,降压斩波电路。也称为Buck 变换器(Buck Converter)

负载电流平均值为: 00U E

I R

-=

(2) 电流断续时,Uo 平均值会被抬高,一般不希望出现。

根据对输出电压平均值进行调制的方式不同,斩波电路可有三种控制方式: (l )保持开关周期T 不变,调节开关导通时间on t ,称为PWM(Pulse Width

E E T t E t t t U α==+=on

off

on on o

Madula-tion)或脉冲调宽型。

(2)保持开关导通时间on t 不变,改变开关周期T ,称为频率调制或调频型。

(3)on t 和T 都可调,使占空比改变,称为混合型。

2.3 主电路的设计

2.3.1 直流降压斩波电路

直流降压斩波主电路框图,如图2所示:

图2 直流降压斩波主结构框图

2.3.2 直流降压斩波电路参数计算

(1)设计降压斩波电路中,直流降压变压器电源电压E =200V ,负载电阻R =10Ω,试选L =2mH,T =50μS ,on t =25μS 。根据判断电流断续的条件:

1

1-->e e m ραρ

(3) 0.0002==

R L τ,0.1==τ

ρT ,0.05=αρ m >0.4871

1=--e

e

ρ

αρ (4)

所有所选L 符合要求,电流不断续。 (2)IGBT 的参数设定

此次设计的电源电压为220V ,开关频率f =40kHz,当二极管VD 导通时V 的C 和E 两端承受的电压为电源电压,因此max 220CE U V =。

U GE(th)随温度的升高略有下降,温度每升高1°C ,其值下降5mV 左右。在+25°C 时,U GE(th)的值一般为2-6V 。 参考电力电子技术课本可得:

R E m e e R E R E e e I m T t )1

1()11(//min

1---=---=ρσρττ (5)

R E m e e R E R E e e I m T t )11()11(//max

1---=---=----ρ

σρττ (6)

式(5)、(6)中,τρ/T =;E E m m /=;αρτ

τ==

T

T t t 11/。 若取R 为22Ω,则:

10/220max ==R I A

(3)续流二极管VD 的参数设定

VD 所承受的最大反向电压是当IGBT 导通是的电源电压100V 。所承受的最大电流是当IGBT 关断瞬间电感L 作用在VD 上的电流,此电流为22max =I A 。 (4)电感的参数设定

由上面所选的电阻10Ω,根据欧姆定律:

(7) 由式(7)可知,当O U =80V 时,o max =8I A;当O U =50V 时,min 5o I =A ;

根据电感电流连续时电感量临界值条件:

000(U )/(2U I )d d L U U =?-

为了保证负载最小电流电路能够连续,取05I =A 来算,可得L =0.0625mH ,所以只要所取电感L >0.0625mH ,取L =1mH 。

设计要求输出电压纹波小于1%,由纹波电压公式:

Ud LCf Uo Ud Uo Uc 28/)(*-=? (8) 由式(8)可得0.195u LC H F ≥? 取C =0.47mF 2.3.3 主电路参数分析

主电路中需要确定参数的元器件有IGBT 、二极管、直流电源、电感、电阻值的确定,其参数确定如下:

(1) 电源 要求输入电压为200V 。其直流稳压电源模块前面已完成,以该直流稳压电源作为系统电源。

(2) 电阻 因为当输出电压为50-100V 时,输出电流为10A 。所以由欧姆定

律可得负载电阻值为 ,可得到电路电阻应该在Ω-105。

(3) IGBT 当IGBT 截止时,回路通过二极管续流,此时IGBT 两端承受最大正压为220V ;而当α=1时,IGBT 有最大电流,其值为10A 。故需选择集电

d

M

I E

U R -=0o

I U R =

极最大连续电流10c I >A ,反向击穿电压vceo 220B >V 的IGBT 。而一般的IGBT 都满足要求。考虑其安全裕度则IGBT 的额定电压可以为2-3倍峰值电压,所以额定电压可为440V-660V ,额定电流33A-44A ,二极管VD 与其类似,VD 的最大反向电压为220V 。因此,选择IGBT 的型号为IRG4PC40U 其额定电压为600V ,额定电流为40A 。

(4) 二极管 当α=1时,其承受最大反压200V ;而当α趋近于1时,其承受最大电流趋近于10A ,故需选择220N U V ≥,10N I A ≥的二极管。因此,选择续流二极管的型号为HFA25TB60,其额定电压为600V ,额定电流为25A 。 (5) 电感 选择大电感L (为700mL)。

3 控制电路设计

3.1 PWM控制芯片SG3525简介及特点

随着电能变换技术的发展,功率MOSFET在开关变换器中开始广泛使用,为此美国硅通用半导体公司(Silicon General)推出S G3525。SG3525是用于驱动N沟道功率MOSFET。下面我们对SG3525特点、引脚功能、电气参数、工作原理以及典型应用进行介绍。SG3525是电流控制型PWM控制器,所谓电流控制型脉宽调制器是按照反馈电流调节脉宽。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较,从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环和电流环双环系统,因此,无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高,是目前比较理想的新型控制器,可满足对Buck主电路的脉冲触发控制。

SG3525特点:

(1)工作电压范围宽:8—35V。

(2)5.1(1.0%)V微调基准电源。

(3)振荡器工作频率范围宽:100Hz—400KHz。

(4)具有振荡器外部同步功能。

(5)死区时间可调。

(6)内置软启动电路。

(7)具有输入欠电压锁定功能。

(8)具有PWM琐存功能,禁止多脉冲,逐个脉冲关断。

(9)双路输出(灌电流/拉电流):mA(峰值)。

3.2 SG3525内部结构及工作特性

(1)基准电压调整器

基准电压调整器是输出为5.1V,50mA,有短路电流保护的电压调整器。它供电给所有内部电路,同时又可作为外部基准参考电压。若输入电压低于6V时,可把15、16脚短接,这时5V电压调整器不起作用。

(2)振荡器

3525A的振荡器,除CT、RT端外,增加了放电7、同步端3。RT阻值决定了内部恒流值对CT充电,CT的放电则由5、7端之间外接的电阻值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,因此是重大改进。这时3525A的振荡频率可表为:

)R 3R 7.0(C 1

f D T T S +=

(3)SG3525引脚图

SG3525的引脚图如图3所示。

图3 SG3525引脚图

(4)SG3525的内部结构

SG3525的内部结构如图4所示。

图4 SG3525的引脚以及内部框图

在直流降压斩波电路中可以通过调节2脚接的电阻值改变输出脉冲信号的占空比,根据求频率f 的公式计算出SG3525外接元件参数。

3.3 触发电路

MOSFET驱动器是一款高频高电压栅极驱动器,可利用一个同步DC/DC 转换器和高达100V的电源电压来驱动两个N沟道MOSFET。强大的驱动能力降低了具高栅极电容MOSFET中的开关损耗。针对两个与电源无关的输入进行配置。高压侧输入逻辑信号在内部被电平移位至自举电源,此电源可以在高出地电位达114V的电压条件下运行。在电源系统中,MOSFET驱动器一般仅用于将PWM控制IC的输出信号转换为高速的大电流信号,以便以最快的速度打开和关闭MOSFET。由于驱动器IC与MOSFET的位置相邻,所以就需要增加智能保护功能以增强电源的可靠性。

MOSFET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。

MOSFET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,MOSFET驱动信号由处理器集成的PWM模块产生的。而PWM接口驱动能力及其与MOSFET的接口电路的设计直接影响到系统工作的可靠性。因此本文采用SG3525设计的光耦驱动电路是一种可靠的MOSFET驱动方案。电路设计如图5所示。

图5 SG3525光耦驱动电路

4 仿真调试

4.1 仿真软件的介绍

MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括MATLAB和Simulink两大部分。

Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具,是一种基于MATLAB的框图设计环境,是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包,被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模,它也支持多速率系统,也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型,Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI),这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成,它提供了一种更快捷、直接明了的方式,而且用户可以立即看到系统的仿真结果。

丰富的可扩充的预定义模块库交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图以设计功能的层次性来分割模型,实现对复杂设计的管理通ModelExplorer 导航、创建、配置、搜索模型中的任意信号、参数、属性,生成模型代码提供API用于与其他仿真程序的连接或与手写代码集成使用Embedded MATLAB?模块在Simulink和嵌入式系统执行中调用MATLAB算法使用定步长或变步长运行仿真,根据仿真模式(Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)来决定以解释性的方式运行或以编译C代码的形式来运行模型图形化的调试器和剖析器来检查仿真结果,诊断设计的性能和异常行为可访问MATLAB从而对结果进行分析与可视化,定制建模环境,定义信号参数和测试数据模型分析和诊断工具来保证模型的一致性,确定模型中的错误。

4.2仿真模型的建立

本设计借助于Matlab的Simulink工具箱来实现buck电路的建模。图6为未带反馈的buck电路模型图。

图6为未带反馈的buck 电路模型图

该电路中开关器件用IGBT ,控制IGBT 的波形由PWM 脉冲生成器Pulse Generator 产生,Pulse Generator 在Simulink Library Browser 的Simulink 下拉菜单Sources 类别中。在绘制仿真图时,打开Simulink Library Browser ,可以在分类菜单中查找所需元件,也可以直接在查找栏中输入元件名称,如Pulse Generator ,双击查找。找到元件后直接将其拖到新建Model 文件窗口中即可。IGBT 和二极管,选择SimPowerSystems 下拉菜单Power Electronics 类别中的IGBT 和Diode 。电阻、电感和电容元件,选择SimPowerSystems 下拉菜单Elements 类别中的Series RLC Branch ,放入窗口后,双击该图标,在Branch Type 中选择相应类型,如电阻选R ,电感选L ,电容选C ,选择完毕后单击OK 按钮。放齐元件后,按降压斩波电路原理图连接电路,为了方便观察输出,应在输出端加上电压测量装置V oltage Measurement ,并在Simulink 下拉菜单Commonly Used Blocks 类别中选择Scope ,即示波器,以观测输出电压波形。在不带反馈的Buck 模型下,记录下仿真的输出电压波形。

图7 带反馈buck 电路模型图

C o ntinuo us po w e rgui

v +-

Voltage Measurement

Switch

Series RLC Branch2

Series RLC Branch1

Series RLC Branch

Scope5

Scope4

Scope3

Scope2

Scope1

Scope

Repeating Sequence

Puls e Generator

g m C

E

IGBT/Diode Diode

DC Voltage Source

i +

-C urrent Measurement3

i +

-

C urrent Measurement1

i

+-

C urrent Measurement 0

Cons tant2

1

Cons tant1

100Cons tant

Continuous

powergui

v

+-

Voltage Measurement

Series RLC Branch2Series RLC Branch1

Series RLC Branch

Scope

Pulse Generator

g m C

E

IGBT/Diode

Diode

DC Voltage Source

本模型的建立利用PWM控制原理,利用Simulink库里面的减法器模拟误差放大器,在constant模块里设定的常数模拟参考电压,因simulink中没有专门的比较器,故利用一个减法器和一个选择开关模拟比较器,结合buck开环模型构成了带反馈自调整的buck模型。

4.3 仿真结果分析

因为输入电压为200V,仿真过程中控制占空比为50%,则输出电压为100V,下面将对输出电压为100V时,未加反馈和加反馈的buck电路进行对比分析。

图8 未加反馈的仿真结果图

图9 加反馈的仿真结果图

将图8和图9进行对比可得出,两个电路在启动时会有短暂的过电压过程,这在设计电路时要加过压保护电路。且过电压峰值基本相同,说明施加反馈的过程中没有改变超调量,但可以看出,施加反馈环节大大地缩短了输出电压的调节

时间,且使输出更稳定,所以,在实际应用中,我们要尽量设计闭环系统,开环系统往往对干扰的抑制能力有限,容易造成系统的不稳定。适当的施加恰当的反馈,有利于改善系统的动态性能,同时提高系统的稳定性。

图10 流过电感的电流波形

图11 流过二极管的电流波形

图12 输出电流波形

对比以上三幅图,图10为流过电感的电流波形,当开关管导通时,导通压降为零,加在电感上的电压就为输入与输出电压之差,由于电感上的电压恒定,

所以流过电感的电流线性上升,且斜率为00/()/i dI dT U U L =-,使得电感电流为右阶梯的斜坡。而图11所示为续流二极管的电流波形,当开关管关断时,电流转移流向二极管,此时电感两端电压的极性相反,电感中的电流线性下降且斜率为00/(1)/dI dT U L =+,所以波形为图12所示的下降的阶梯斜坡。

由电路工作过程分析及三幅波形图的对比可得出输出电流的波形就是流过电感和续流二极管的电流波形叠加的结果。

结束语

学习电力电子技术这门课已经一个学期了,正所谓“纸上得来终觉浅”,通过本次课程设计,我对直流降压斩波电路有了深刻的了解,从主电路的设计到触发电路的设计,从元器件的选择到Matlab仿真,使我深感自己知识的不足,但通过到图书馆查阅相关资料以及浏览相关网站使我增长了不少的知识,详细阅读当然是不现实的,我选取了一部分跟这次课程设计有关的内容进行了解,最终成功完成了直流降压斩波电路的设计。

关于本次的课程设计,刚开始我选用了Multisim软件,以前电路上机实验我有用过这个软件,我用的版本是multisim10,里面的芯片还是挺齐的,唯一的遗憾就是没有SG3525芯片,于是我用了一个16个接线头的集成电路模拟,在仿真的时候我用输入矩形波代替了SG3525,不过仿真过程不太顺利,老是有错误出现无法运行,这让我有些泄气。于是我决定还是用Matlab中的Simulink来完成仿真这一块。WPS文字编辑也越熟练了。电脑上仿真差不多以后我又到学校的实验室对电路进行了实际接线,其实在平时的实验中我有做过Buck电路,实验台上的器件也很齐全,接线也比较容易,所以完成得比较顺利。

当然在设计的过程中也遇到了很多的问题,比如在计算元器件参数是缺少理论依据难以正确的计算相应的参数;在选取元器件型号和参数时,缺少实际经验难以找到合适的元件;在用MATLAB软件仿真是遇到了许多操作上的问题,致使仿真花费的很多时间才达到有效效果。虽然遇到了许多的困难但是我还是通过不断的学习解决了这些难题。

在近年美国总统科技顾问委员会提交的咨询报告中,列举了6项关系到国民经济发展和国家长久安全的国家关键技术,即材料、制造业、信息和通讯、生物技术、航空和运输、能源和环境。从中我们可以看到,除生物技术一项外,其他5项技术都与电力电子装置有关。在我国制定的“国家中长期科学和技术发展规划纲要”中,电力电子装置将被广泛地应用和渗透到所规定的“重点领域及其优先主题”中的能源、环境、装备制造业、交通运输、国防;“前沿技术”中的先进能源技术、激光技术、航空航天技术;及“重大专项”中的核心电子器件、高档数控机床与基础制造技术等许多重要领域。而我还只是个电力电子方面的初学者,经过本次的课程设计使我对电力电子这个学科产生了浓厚的兴趣,今后我一定会努力学习电力电子相关方面知识,用知识、技术武装自己。

参考文献

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出版社,2008:192-196.

致谢

在这次课程设计的撰写过程中,我得到了许多人的帮助。

首先我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助,这是我能顺利完成这次报告的主要原因,更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题,让我能把系统做得更加完善。在此期间,我不仅学到了许多新的知识,而且也开阔了视野,提高了自己的设计能力,巩固了电力电子技术这门课。

其次,我要感谢帮助过我的同学,他们也为我解决了不少我不太明白的设计的难题。同时也感谢学院为我提供良好的做课程设计的环境。

最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学。

实验四·直流斩波电路BUCK电路

实验四 直流降压斩波电路 一实验目的 1.理解降压斩波电路的工作原理及波形情况,掌握该电路的工作状态及结果。 2.研究直流降压斩波电路的全过程 3.掌握降压斩波电路MATLAB 的仿真方法,会设置各模块的参数。 二预习内容要点 1. 降压斩波电路工作的原理及波形 2. 输入值输出值之间的关系 三 实验内容及步骤 1.降压斩波电路(Buck Chopper)的原理图如图 2.1所示。 图中V 为全控型器件,选用IGBT 。D 为续流二极管。由图4-12b 中V 的栅极电压波形UGE 可知,当V 处于通态时,电源Ui 向负载供电,UD=Ui 。当V 处于断态时,负载电流经二极管D 续流,电压UD 近似为零,至一个周期T 结束,再驱动V 导通,重复上一周期的过程。负载电压的平均值为: 式中ton 为V 处于通态的时间,toff 为V 处于断态的时间,T 为开关周期,α为导通占空比,简称占空比或导通比(α=ton/T)。由此可知,输出到负载的电压平均值UO 最大为Ui ,若减小占空比α,则UO 随之减小,由于输出电压低于输入电压,故称该电路为降压斩波电路。 2.(1)器件的查找 以下器件均是在MATLAB R2017b 环境下查找的,其他版本类似。有些常用的器件比如示波器、脉冲信号等可以在库下的Sinks 、Sources 中查找;其他一些器件可以搜索查找 (2)连接说明 有时查找出来的器件属性并不是我们想要的例如:示波器可以双击示波器进入属性后进行设置。 图2.1

(3)参数设置 1.双击直流电源把电压设置为200V。负载电动势20V。’ 2.双击脉冲把周期设为0.001s,占空比设为30%,40%,80%,(可多设几组)延迟角设为30度,由于属性里的单位为秒,故把其转换为秒即,30×0.02/360; 3.双击负载把电阻设为10Ω,电感设为0.1H; 4.双击示波器把Number of axes设为3,同时把History选项卡下的Limit data points to last前面的对勾去掉; 5.晶闸管和二极管参数保持默认即可 四仿真及其结果 降压斩波仿真电路图 仿真波形及分析 占空比为40%

DCDC直流斩波电路地仿真

电力电子电路建模与仿真实验实验二 DC/DC直流斩波电路的仿真 姓名: 所在院系: 班级: 学号:

一、实验目的 1 进一步掌握PSIM软件的使用方法。 2 学习常用直流斩波电路的建模与仿真方法。 3 加深理解各斩波电路的工作原理和不同变换特性。 二、实验内容、步骤与结果 1 降压斩波电路 (1)、按图2-1设计仿真电路,设置电路参数,使其工作在连续模式,记录开关电压,输出电压与电流的波形及相应的仿真参数。 图2-1(电路原理图)

连续电路参数:L =1H ;R =100欧;F=50HZ;E=100V;占空比:0.8; 仿真时间t=0.1s。 仿真波形: 图2-1-1(连续模式) (2)、改变电路参数,使其工作在非连续模式,在记录开关电压、输出电压与电流的波形及相应得的真参数。 非连续电路参数:L =0.1H ;R =100欧;F=50HZ;E=200V;占空比:0.6;仿真时间t=1s。 仿真波形:

图2-1-2(非连续电路续模式) (3)、测量输出电压的直流分量,分析它与占控比的关系,并与理论值进行对比。电压的直流分量与波形:80V 实验结果分析: (1)电压的直流分量计算公式:α 其中a=0.8,且E=100 故理论计算值U0=80 实际测量值U0=80 可见直流电压分量与占空比成正比。实际测量值与理论计算值相差无几, 极为接近。说明仿真是很准确的,结果真实可信。 2 升压斩波电路 (1)、按图2-2设计仿真电路,设置电路参数,使其工作在连续模式,记录开关电压,输出电压与电流的波形及相应的仿真参数。

图2-2(电路原理图及改进电路) 连续电路参数L =20mH ;R =20欧姆;C=220uF;F=1000HZ;E=100V;占空比:0.5 ;仿真时间t=50ms。

直流升压斩波电路课程设计

湖南工学院 课程设计说明书 课题名称:直流升压斩波电路的设计专业名称:自动化 学生班级:自本0903班 学生姓名:曾盛 学生学号: 09401040322 指导教师:桂友超

电力电子技术课程设计任务书 一、设计任务和要求 (1)熟悉整流和触发电路的基本原理,能够运用所学的理论知识分析设计任务。 (2)掌握基本电路的数据分析、处理;描绘波形并加以判断。 (3)能正确设计电路,画出线路图,分析电路原理。 (4)广泛收集相关资料。 (5)独立思考,刻苦专研,严禁抄袭。 (6)按时完成课程设计任务,认真、正确的书写课程设计报告。 二、设计内容 (1)明确设计任务,对所要设计地任务进行具体分析,充分了解系统性能,指标要求。 (2)制定设计方案。 (3)迸行具体设计:单元电路的设计;参数计算;器件选择;绘制电路原理图。 (4)撰写课程设计报告(说明书):课程设计报告是对设计全过程的系统总结。 三、技术指标 斩波电路输出电压为340±5V,直流升压斩波电路输入电压为直流流24V~60V,输出功率为100W。

绪论 ........................................................... - 1 - 第1章直流升压斩波电路的设计思想 .............................. - 3 - 1.1直流升压斩波电路原理..................................... - 3 - 1.2参数计算................................................. - 4 - 第2章直流升压斩波电路驱动电路设计 ............................ - 5 - 第3章直流升压斩波电路保护电路设计 ............................ - 6 - 3.1过电流保护电路........................................... - 6 - 3.2过电压保护电路........................................... - 6 - 第4章直流升压斩波电路总电路的设计 ............................ - 7 - 第5章直流升压斩波电路仿真 .................................... - 8 - 5.1仿真模型的选择........................................... - 8 - 5.2仿真结果及分析........................................... - 8 - 第6章设计总结 ............................................... - 10 - 参考文献 ...................................................... - 11 - 附录:元件清单 ................................................ - 12 -

电力电子技术I-实验1-直流斩波电路

课程名称:电力电子技术指导老师:马皓成绩:__________________实验名称:直流斩波电路的研究实验类型:_________________同组学生姓名:___________一、实验目的和要求(必填)二、实验内容和原理(必填) 三、主要仪器设备(必填)四、操作方法和实验步骤 * 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析(必填) 七、讨论、心得 一、实验目的 1、熟悉六种直流斩波电路(Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk、Sepic、Zeta)的工作原理与 特点; 2、掌握六种直流斩波电路在负载电流连续工作时的工作状态以及负载波形。 二、实验内容 1、分别按照六种直流斩波电路的结构分别连接对应的试验电路; 2、分别观察六种不同直流斩波电路在电路不同占空比的PWN波时的工作情况,并记录负载 电压,与理论值进行比较,分析实验结果。 、 三、主要实验设备与仪器 1、MPE-I电力电子探究性实验平台 2、NMCL-22H直流斩波电路 3、NMCL-22H-CK直流斩波电路插卡

4、NMCL-50数字直流表 5、示波器 四、实验线路 1、Buck chopper降压斩波电路 (1)将PWN波形发生器的占空比调节电位器左旋到底(使占空比最小),输出端“VG-T”端接到斩波电路中IGBT管VT的”G“端,将PWN的”地“接到斩波电路中IGBT的”E“端,按照下图接成Buck chopper斩波器; (2)检查电路无误后,闭合电源开关,用示波器观察PWN输出波形,调节PWN触发器的电位器RP1,即改变触发脉冲的占空比记录占空比10%~80%实际负载电压,观察PWN占空比分别为10%、50%、80%下的负载电压波形。 ` 2、Boost chopper升压斩波电路 (1)按照下图接成Boost chopper电路,电感电容任选,负载电阻为R; (2)参照Buck chopper斩波电路,改变触发脉冲的占空比记录占空比10%~80%实际负载电压; (3)观察PWN占空比分别为10%、50%、80%下的负载电压波形。 3、Buck-Boost chopper升压斩波电路

实验四 直流斩波电路的性能研究

实验四直流斩波电路的性能研究 一.实验目的 熟悉降压斩波电路(Buck Chopper)、升压斩波电路(Boost Chopper)和升降压斩波电路(Boost-Buck Chopper)的工作原理,掌握这三种基本斩波电路的工作状态及波形情况。 二.实验内容 1.熟悉SG3525芯片。 2.降压斩波电路的波形观察及电压测试。 3.升压斩波电路的波形观察及电压测试。 4.升降压斩波电路的波形观察及电压测试。 三.实验设备及仪器 1.NMCL-22现代电力电子电路和直流脉宽调速实验箱。 2.双踪示波器。 四.实验方法 1.熟悉SG3525。 闭合开关S1,观察SG3525的13端子,将有方波输出。调节“脉冲宽度调节”电位器RP,可调节占空比。 2.按照实验箱上所示电路 (1)任意选择电阻、电感和电容,分别组成降压斩波电路(Buck Chopper)、升压斩波电路(Boost Chopper)和升降压斩波电路(Boost-Buck Chopper)。 (2)闭合开关S8,接通主电路。观察UPW输出的方波信号,记录占空比α。观察输入电压u i、输出电压u0的波形。 (3)改变负载R、电感L、电容C的值,观察电压u i和u0的波形有何变化。并据此判断各个器件值的大小。 (4)实验完成后,断开主电路电源,拆除所有导线。 五.注意事项: 实验过程当中先加控制信号,后加“主电路电源2”。(即,先合S1,后合S8。)六.实验报告 记录在某一占空比D下,降压斩波电路中,输入电压u i波形,输出电压u0波形,计算Ui、Uo,并绘制降压斩波电路的Uo/Ui-α曲线,与理论分析结果进行比较,并讨论产生差异的原因。

直流斩波电路设计与仿真

电力电子技术课程设计报告 姓名: 学号: 班级: 指导老师: 专业: 设计时间:

目录 .降压斩波电路............................................... ..6 .直流斩波电路工作原理及输出输入关系 (12) 三................................................................... 控制实现. (19) 四.直流斩波电路的建模与仿真 (29) 五.................................................. 课设体会与总结30 六................................................................... 参考文献 (31)

摘要 介绍了一种新颖的具有升降压功能的D(y DC变换器的设计与实现,具体地分析了该DQ7DC变换器的设计(拓扑结构、工作模式和储能电感参数设计),详细地阐述了该DQ7 DC变换器控制系统的原理和实现,最后给出了测试结果 关键词:DC/ DC变换器,降压斩波,升压斩波,储能电感,直流开关电源,PWM 直流脉宽调速 一.降压斩波电路 1.1降压斩波原理: U o t on E t on E I U 0 E M 1 0R 式中G为V处于通态的时间;t°ff为V处于断态的时间;T为开关周期;为导通 占空比,简称占空比火导通比。 根据对输出电压平均值进行调制的方式不同,斩波电路有三种控制方式: 1) 保持开关周期T不变,调节开关导通时间t on不变,称为PWM 2) 保持开关导通时间t on不变,改变开关周期T,称为频率调制或调频型。 3) t on和T都可调,使占空比改变,称为混合型。 1.2工作原理 1) t=0时刻驱动V导通,电源E向负载供电,负载电压u o二E,负载电流i o 按 指数曲线上升 2) t=t 1时刻控制V关断,负载电流经二极管V□续流,负载电压u o近似为零, 负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小通常使串接的电感L值较大基于分段线性”的思想,对降压斩波电路进行解析

直流斩波器工作原理

直流斩波器工作原理 直流斩波器(D.C. Chopper)又称为截波器,它是将电压值固定的直流电,转换为电压值可变的直流电源装置,是一种直流对直流的转换器(DC to DC Converter)已被被广泛使用,如直流电机之速度控制、交换式电源供应器(Switching-Power-Supply)等。 二.基本原理 直流斩波器乃利用功率组件对固定电压之电源做适当之切割以达成负载端电压改变之目的。若其输出电压较输入之电源电压低,则称为降压式(Buck )直流斩波器,若其输出电压较输入之电源电压高,则称为升压式(Boost)直流斩波器;如图1(a)所示为直流斩波器基本电路图,图1(b)所示为负载电压波形,可看出当直流斩波器导通(Ton)时,负载端之电压Vo等于电源电压Vs,当直流斩波器截止(Toff)时,负载端之电压Vo为0,如此适当的控制直流斩波器可使直流电源断续的出现在负载测,只要控制直流斩波器的导通时间,即 图1.1直流斩波器基本原理 可改变负载的平均电压。 由图1.1(b)可看出输出电压之峰值等于电源电压Vs,而输出电压之平均值Vo 随Ton之时间而变。而最常见之改变方式为 1.周期T固定,导通时间Ton改变,称脉波宽度调变(Pulse-width Modulation PWM)。 2.导通时间Ton固定,周期T改变,称频率调变(Frequency Modulation FM)。

3.周期T及导通时间Ton 同时改变,即波宽调变及频率调变混合使用。 在实际应用中,因直流斩波器常需在负载端接上滤波电感及滤波电容,若频率改变过大对电感及电容影响大,因此 多数采用脉波宽度调变。 直流斩波器依负载电压及负载电流极性来区分可分为下列三种︰ 1. 单象限直流斩波器。 2. 两象限直流斩波器。 3. 四象限直流斩波器。 如图1.2(a)所示为单象限直流斩波器示意图,其负载电压及负载电流皆为正;如图1.2(b)所示负载电压为正,负载电流有正有负称两象限直流斩波器;若负载电压有正有负,负载电流亦有正有负,称四象限直流斩波器如图1.2(c)所示。本系统可依接线方式改变,达成上述三种直流斩波器。

基于单片机的直流斩波电路的设计说明

基于单片机的直流斩波电路的设计 本文介绍了基于单片机的直流斩波电路的基本方法,直流斩波电路的相关知识以及用单片机产生PWM波的基本原理和实现方法。重点介绍了基于MCS 一51单片机的用软件产生PWM 信号以及信号占空比调节的方法。对于实现直流斩波提供了一种有效的途径。本次设计中以直流降压斩波电路为例。 关键词:单片机最小系统; PWM ;直流斩波: 直流降压斩波电路的原理 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3-1中Em 所示 工作原理,两个阶段 t=0时V 导通,E 向负载供电,uo=E ,io 按指数曲线上升 t=t1时V 关断,io 经VD 续流,uo 近似为零,io 呈指数曲线下降 为使io 连续且脉动小,通常使L 值较大 数量关系 电流连续时,负载电压平均值 E E T t E t t t U on off on on o α==+= a ——导通占空比,简称占空比或导通比 Uo 最大为E ,减小a ,Uo 随之减小——降压斩波电路。也称为Buck 变换器(Buck Converter )。 负载电流平均值 R E U I m o o -= (3-2) 电流断续时,uo 平均值会被抬高,一般不希望出现 斩波电路有三种控制方式: 1)保持开关周期T 不变,调节开关导通时间t on ,称为脉冲宽度调制或脉冲 调宽型: 2)保持导通时间不变,改变开关周期T ,成为频率调制或调频型; 3)导通时间和周期T 都可调,是占空比改变,称为混合型。

其原理图为: 图3-1降压斩波电路的原理图及波形 a)电路图b)电流连续时的波形c)电流断续时的波形

直流斩波电路设计与仿真.

电力电子技术课程设计报告 姓名: 学号: 班级: 指导老师: 专业: 设计时间:

目录 1.降压斩波电路 (6) 一.直流斩波电路工作原理及输出输入关系 (12) 二.D c/D C变换器的设计 (18) 三.测试结果 (19) 四.直流斩波电路的建模与仿真 (29) 五.课设体会与总结 (30) 六.参考文献 (31)

摘要 介绍了一种新颖的具有升降压功能的DC /DC 变换器的设计与实现,具体地分析了该DC /DC 变换器的设计(拓扑结构、工作模式和储能电感参数设计),详细地阐述了该DC /DC 变换器控制系统的原理和实现,最后给出了测试结果 关键词:DC /DC 变换器,降压斩波,升压斩波,储能电感,直流开关电源,PWM ;直流脉宽调速 一.降压斩波电路 1.1 降压斩波原理: R E U I E E T t t t E t U M on off on on -= ==+=000α 式中on t 为V 处于通态的时间;off t 为V 处于断态的时间;T 为开关周期;α为导通占空比,简称占空比火导通比。 根据对输出电压平均值进行调制的方式不同,斩波电路有三种控制方式: 1) 保持开关周期T 不变,调节开关导通时间on t 不变,称为PWM 。 2) 3) on t i E M

1.2 工作原理 1)t=0时刻驱动V导通,电源E向负载供电,负载电压u o=E,负载电流i o 按指数曲线上升 2)t=t1时刻控制V关断,负载电流经二极管VD续流,负载电压u o近似为零,负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小通常使串接的电感L值较大 ●基于“分段线性”的思想,对降压斩波电路进行解析 ●从能量传递关系出发进行的推导 ●由于L为无穷大,故负载电流维持为I o不变

直流降压斩波电路的设计

直流降压斩波电路的设计 摘要: 本实验设计的是Buck降压斩波电路,采用全控型器件IGBT。根据降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动及保护电路。 关键词:降压斩波,主电路、控制电路、驱动及保护电路。 引言:直流传动是斩波电路应用的传统领域,而开关电源则是斩波电路应用的新领域,是电力电子领域的一大热点。DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压,也称为直流斩波。直流变换电路的用途非常广泛,包括直流电动机传动、开关电源、单相功率因数校正,以及用于其他领域的交直流电源。斩波器的工作方式有:脉宽调制方式,频率调制方式和混合型。脉宽调制方式较为通用。当今世界软开关技术使得DC/DC变换器发生了质得变化和飞跃。美国VICOR公司设计制造得多种ECI 软开关DC/DC变换器,最大输出功率有300W、600W、800W等,相应得功率密度为(6.2、10、17)W/cm3,效率为(80—90)%。日本NemicLambda公司最新推出得一种采用软开关技术得高频开关电源模块RM系列,其开关频率为200—300KHz,功率密度已达 27W/cm3,采用同步整流器(MOS-FET代替肖特基二极管),使整个电路效率提高到90%。 1设计目的 直流斩波电路(DC Chopper)的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电,也称为直接直流—直流变换器(DC/DC Converter)。直流斩波电路一般是指直接将直流电变为另一直流电的情况,不包括直流—交流—直流的情况,其中IGBT 降压斩波电路就是直流斩波中最基本的一种电路,是用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路,用于直流到直流的降压变换。IGBT是MOSFET与GTR的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点,输入阻抗高,又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。

湖南工程学院2014直流降压斩波电路课程设计

湖南工程学院应用技术学院课程设计 课程名称电力电子技术 课题名称DC-DC变换电路分析 专业电气工程 班级 学号 姓名 指导教师李祥来 2014 年月日

湖南工程学院 课程设计任务书 课程名称:电力电子技术 题目:DC-DC变换电路分析 专业班级:电气1184 学生姓名: 学号: 指导老师: 审批: 任务书下达日期2014年月日 设计完成日期2014年月日

前言 直流-直流变流电路(DC-DC Converter)的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电,包括直接直流变流电路和间接直流变流电路,直接直流变流电路也称斩波电路(DC Chopper),它的功能是将直流电变为另一固定电压或者可调电压的直流电,一般是指直接将直流电变为另一直流电,这种情况下输入与输出之间不隔离。间接直流变流电路是在直流变流电路中增加了交流环节,在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离,因此,也称为带隔离的直流-直流变流电路或直-交-直电路。习惯上,DC-DC变换器包括以上两种情况,且甚至更多地指后一种情况。 直流斩波电路的种类较多,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斩波电路和Zeta斩波电路,其中前两种是最基本的电路。一方面,这两种电路应用最为广泛,另一方面,理解了这两种电路可为理解其他的电路打下基础。 降压斩波电路(Buck Chopper)的设计与分析是接下来课程设计的主要任务。。

目录 一.降压斩波电路 (7) 1.1 降压斩波原理: (7) 1.2 工作原理 (8) 1.3 IGBT结构及原理 (8) 二.直流斩波电路的建模与仿真 (11) 2.1IGBT驱动电路的设计.................................... 错误!未定义书签。 2.2电路各元件的参数设定................................ 错误!未定义书签。 2.3元件型号选择 ............................................... 错误!未定义书签。 2.4仿真软件介绍 ............................................... 错误!未定义书签。 2.5仿真电路及其仿真结果................................ 错误!未定义书签。 2.6仿真结果分析 ............................................... 错误!未定义书签。三.课设体会与总结. (19) 四.附录(完整电路图) (19) 五.参考文献 (19) 六.课程设计成绩表 (19)

PWM直流斩波电路分析及测试

实验四 PWM直流斩波电路分析及测试 一.实验目的 1.掌握Buck—Boost变换器的工作原理、特点与电路组成。 2.熟悉Buck—Boost变换器连续与不连续工作模式的工作波形图。 3.掌握Buck—Boost变换器的调试方法。 二.实验内容 1.连接实验线路,构成一个实用的Buck—Boost变换器。 2.调节占空比,测出电感电流i L处于连续与不连续临界状态时的占空比D,并与理论值相比较。3.将电感L增大一倍,测出i L处于连续与不连续临界状态时的占空比D,并与理论值相比较。4.测出连续与不连续工作状态时的V be、V ce、V D、V L、i L、i C、i D等波形。 5.测出直流电压增益M=V O/V S与占空比D的函数关系。 6.测试输入、输出滤波环节分别对输入电流i S与输出电流i O影响。 三.实验线路 四.实验设备和仪器 1.MCL-08直流斩波及开关电源实验挂箱 2.万用表

3. 双踪示波器 五.实验方法 1.检查PWM 信号发生器与驱动电路工作是否正常 连接有关线路,观察信号发生器输出与驱动电路的输出波形是否正常,如有异常现象,则先设法排除故障。 2.电感L=1.48mH ,电感电流i L 处于连续与不连续临界状态时的占空比D 测试 将“16”与“18”、“21”与“4”、“22”与“5”、“19”与“6”、“1”与“4”、“9”与“12”相连,即按照以下表格连线。 16 18 21 4 22 5 19 6 1 4 9 12 合上开关S1与S2、S3、S4,用示波器观察“7”与“13”(即i L )之间波形,然后调节RP1使i L 处于连续与 不连续的临界状态,记录这时候的占空比D 与工作周期T 。 3.L=1.48mH ,测出处于连续与不连续临界工作状态时的V be (“5”~“6”)、V ce (“4”~“6”)、V D (“9”~“8”)、i L (“7”~“13”)、i C (“6”~“7”)、i D (“8”~“7”)等波形 调节RP1,使i L 处于连续与不连续临界工作状态,用示波器测出GTR 基-射极电压V be 与集-射极电压V ce ;二极管VD 阴极与阳极之间电压V D ;电感L 3两端电压V L ;电感电流i L ;三极管集电极电流i C 以及二极管电流i D 等波形。 4.L=1.48mH,测出连续工作状态时的V be 、V ce 、V D 、i L 、i C 、i D 等波形 调节RP1左旋到底,使i L 处于连续工作状态,用双踪示波器观察上述波形。 5.L=1.48mH,测出不连续工作状态时的V be 、V ce 、V D 、i L 、i C 、i D 等波形 调节RP1右旋到底,使i L 处于不连续工作状态,用双踪示波器观察上述波形。 6.L=3.07mH ,i L 处于连续与不连续临界状态时的占空比D 测试 将开关S2断开,观察i L 波形,调节RP1,使i L 处于连续与不连续的临界状态,记录这时候的占空比D 与工作周期T 。 7.L=3.07mH ,测出连续工作状态时的V be 、V ce 、V D 、i L 、i C 、i D 等波形 调节RP1,使i L 处于连续工作状态,测试方法同前。 8.L=3.07mH ,测出不连续工作状态时的V be 、V ce 、V D 、i L 、i C 、i D 等波形 9.测出M=V O /V S 与占空比D 的函数关系 (1)L=1.48mH ,占空比D 从最小到最大范围内,测试5~6个D 数据,以及与此对应的输出电压V O 。(占空比D 用示波器观察, V O 、V S 用万用表测量,V s (V cc ~“14”)、V o (“12”~“15”)【红色为临界时的数值】 (2)L=3.07mH ,测试方法同上。 10.输入滤波器功能测试(断开电源S 1 开关再接线) 有与没有输入滤波器时,电源电流(即15~14两端)波形测试(用示波器AC 档观察)。 D 0.18 0.34 0.41 0.53 0.60 0.68 0.71 0.75 0.83 Vo (V ) -8.32 -15.43 -18.82 -22.26 -25.24 -29.06 -29.91 -33.45 -33.50 M=Vo/Vs -0.555 -1.029 -1.255 -1.484 -1.683 -1.937 -1.994 -2.230 -2.300 D 0.16 0.23 0.37 0.45 0.50 0.60 0.68 0.75 0.83 Vo (V ) -6.15 -9.18 -12.58 -14.83 -16.84 -19.19 -26.96 -31.16 -33.84 M=Vo/Vs -0.410 -0.612 -0.839 -0.989 -1.123 -1.279 -1.797 -2.077 -2.256

电力电子降压斩波电路课程设计

电力电子降压斩波电路课程设计

《电力电子技术》课程设计说明书 直流降压斩波电路的设计与仿真 院、部:电气与信息工程学院 学生姓名:刘贝贝 指导教师:胡小娣职称助教 专业:电气工程及其自动化 班级:电气本1305 学号: 完成时间: 6月

湖南工学院《电力电子技术》课程设计课题任务书 学院:电气与信息工程学院专业:电气工程及其自动化

摘要 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。 关键字:直流斩波,降压斩波

ABSTRACT DC chopper as DC into another fixed voltage DC voltage or adjustable in DC converter, and DC - regenerative power transmission system, charging circuit, switch power, power electronics device and all sorts of electrical equipment transformation in ordinary application. Then appeared such as step-down chopper, booster chopper, lift pressure chopper composite chopper, etc.. the commutation circuit DC chopper technology has been widely used in switching power supply and DC driver, make its smooth acceleration control, and obtain the fast response, managing electric energy effect. All-controlling power electronics device IGBT in traction power transmission and transformation of power transmission and active filter etc widely application. Keywords: DC chopping; Buck chopper

直流斩波电路课设资料

电力电子技术课程设计说明书直流降压斩波电路的设计 院、部: 学生姓名: 指导教师:职称 专业: 班级: 完成时间:

摘要 直流降压斩波电路又称为Buck变换器,它对输入电压进行降压变换。通过控制电路的占空比即通过IGBT来控制降压斩波电路的输出电压。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。 首先分析了直流斩波主电路(即Buck变换器)的工作原理,计算了电路的电压电流和IGBT承受的正反向电压,按照留有裕量的选型原则,选择了IRG4PC40U型号的IGBT,并对其参数进行了介绍。利用PWM控制芯片SG3525作为触发电路的核心部件,最后利用MATLAB建立了仿真模型,设置了模型的参数,并进行了仿真。仿真结果证明了设计的正确性。 关键字:设计;仿真;直流降压斩波;Buck

目录 1 绪论 (1) 1.1 设计的背景与意义 (1) 1.2 直流斩波发展现状 (1) 1.3 本设计主要内容 (2) 2 直流斩波主电路的设计 (3) 2.1 设计原始参数 (3) 2.2 直流斩波电路原理 (3) 2.3 主电路的设计 (4) 2.3.1 直流降压斩波电路 (4) 2.3.2 直流降压斩波电路参数计算 (4) 2.3.3 主电路参数分析 (5) 3 控制电路设计 (7) 3.1 PWM控制芯片SG3525简介及特点 (7) 3.2 SG3525内部结构及工作特性 (7) 3.3 触发电路 (9) 4 仿真调试 (10) 4.1 仿真软件的介绍 (10) 4.2 仿真模型建立 (10) 4.3 仿真结果分析 (12) 结束语 (15) 参考文献 (16) 致谢 (17) 附录 (18) 附录A:元件清单 (18) 附录B:主电路CAD图 (19)

实验四 直流斩波电路实验

实验四直流斩波电路实验 一.实验目的 1.加深理解斩波器电路的工作原理 2.掌握斩波器的主电路,触发电路的调试步骤和方法。 3.熟悉斩波器各点的波形。 二.实验内容 1.触发电路调试 2.斩波器接电阻性负载。 3.斩波器接电阻—电感性负载。 三.实验线路与原理 本实验采用脉宽可调逆阻型斩波器。其中VT1为主晶闸管,当它导通后,电源电压就加在负载上。VT2为辅助晶闸管,由它控制输出电压的脉宽。C和L1为振荡电路,它们与VT2、VD1、L2组成VT1的换流关断电路。斩波器主电路如图4-14所示。接通电源时,C经VD1,负载充电至+Udo,VT1导通,电源加到负载上,过一段时间后VT2导通,C和L1产生振荡,C上电压由+Vdo变为-Vdo,C经VD1和VT1反向放电,使VT1、VT2关断。 从以上斩波器工作过程可知,控制VT2脉冲出现的时刻即可调节输出电压的脉宽,从而达到调压的目的,VT1、VT2的脉冲间隔由触发电路决定。 四.实验设备及仪器 1.MCL系列教学实验台主控制屏。 2.MCL—18组件(适合MCL—Ⅱ)或MCL—31组件(适合MCL—Ⅲ)。 3.MCL—33组件或MCL—53组件(适合MCL—Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ)。 4.MCL—06组件或MCL—37 5.MEL—03三相可调电阻器(或自配滑线变阻器450 ,1A) 6.双踪示波器 7.万用表

五.注意事项 1.斩波电路的直流电源由三相不控整流桥提供,整流桥的极性为下正上负,接至斩波电路时,极性不可接错。 2.实验时,每次合上主电源前,须把调压器退至零位,再缓慢提高电压。 3.实验时,若负载电流过大,容易造成逆变失败,所以调节负载电阻,电感时,需注意电流不可超过0.5A。 4.若逆变失败,需关断主电源,把调压器退至零位,再合上主电源。 5.实验时,先把MCL-18的给定调到0V,再根据需要调节。 六.实验方法 1.触发电路调试 打开MCL—06面板右下角的电源开关(或接人MCL—37低压电源)。 调节电位器RP,观察“2”端的锯齿波波形,锯齿波频率为100Hz左右。 调节“3”端比较电压(由MCL-18给定提供),观察“4”端方波能否由0.1T连续调至0.9T(T为斩波器触发电路的周期)。 用示波器观察“5”、“6”端脉冲波形,是否符合相位关系。 用示波器观察输出脉冲波形,测量触发电路输出脉冲的幅度和宽度。 2.斩波器带电阻性负载 按图2-14实验线路连好斩波器主电路,接上电阻负载(可采用两只900Ω电阻并联),并调节电阻负载至最大,并将触发电路的输出G1、K1、G2、K2分别接至VT1、VT2的门极和阴极。 三相调压器逆时针调到底,合上主电源,调节主控制屏U、V、W输出电压至线电压为110V。用示波器观察并记录触发电路“1”、“2”、“4”、“5”、“6”端及U G1K1、U G2K2的波形,同时观察并记录输出电压u d=f(t),输出电流id=f(t),电容电压u c=f (t)及晶闸管两端电压u VT1=f(t)的波形,并注意各波形间的相位关系。 调节“3”端电压,观察在不同τ(即U G1K1和U G2K2脉冲的间隔时间)时u d的波形,并记录U d和τ数值,从而画出U d=f(τ/T)的关系曲线。其中τ/T为占空比。 注意负载电阻不可以太小,否则电流太大容易造成斩波失败。 3.斩波器带电阻,电感性负载 断开电源,将负载改接成电阻电感。然后重复电阻性负载时同样的实验步骤。 六.实验报告 1.整理记录下的各波形,画出各种负载下U=f(τ/T)的关系曲线。 2.讨论分析实验中再现的各种现象。

降压斩波电路课程设计

目录 一、引言???????????????????????2 二、设计要求与方案??????????????????2 2.1 设计要求?????????????????????????..2 2.2 方案确定?????????????????????????.3 三、主电路设计????????????????????.3 3.1 主电路方案????????????????????????..3 3.2 工作原理?????????????????????????..4 3.3 参数分析?????????????????????????..5 四、控制电路设计???????????????????.5 4.1 控制电路方案选择?????????????????????..5 4.2 工作原理?????????????????????????..6 4.3 控制芯片介绍???????????????????????..7 五、驱动电路设计???????????????????.9 5.1 驱动电路方案选择????????????????????? (9) 5.2 工作原理?????????????????????????..10 六、保护电路设计???????????????????.11 6.1 过压保护电路???????????????????????..11 6.2 过流保护电路???????????????????????..12 七、系统仿真及结论???????????????????.13 八、结论????????????????????.16 九、参考文献?????????????????????.16 十、致谢???????????????????????.17

直流斩波电路设计

第一章电路总体思路,基本结构和原理框图 1.1 电路总体思路 直流斩波电路功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电,也称为直接直流—直流变换器。 在设计直流斩波电路过程中,日常所用的电源一般都是220V 交流电,在设计中首先通过变压器降压,然后用整流电路将交流电转变为直流电,经过绿波电路滤掉高次谐波,从而获得直流斩波电路的输入电压。控制和驱动电路,采用直接产生PWM的专用芯片SG3525,该芯片的外围电路只需简单的连接几个电阻电容,就能产生特定频率的PWM波,通过改变IN+输入电阻就能改变输出PWM波的占空比,故在IN+端接个可调电阻就能实现PWM控制。为了减少不同电源之间的相互干扰,SG3525输出的PWM经过光电耦合之后才送至驱动电路,通过驱动电路对信号进行放大,放大后的电压可以直接驱动IGBT。此电路具有信号稳定,安全可靠等优点。因此他适用于中小容量的PWM斩波电路。过压和过流保护电路,均采用反馈控制,将过流过压信号反馈到芯片SG3525的输入,从而起到调节保护作用。 1.2 基本结构 直流斩波电路一般主要可分为主电路模块,控制电路模块和驱动电路模块三部分组成。 主电路模块,主要由电源变压器、整流电路、滤波电路和直流斩波电路组成,其中主要由全控器件IGBT的开通与关断的时间占空比来决定输出电压u。的大小。 控制电路模块,可用直接产生PWM的专用芯片SG3525来控制IGBT的开通与关断。 驱动电路模块,驱动电路把控制信号转换为加在IGBT控制端

和公共端之间,用来驱动IGBT的开通与关断。 1.3 原理框图 电力电子器件在实际应用中,一般是由控制电路,驱动电路,保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。由信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号,通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或者关断。来完成整个系统的功能。因此,一个完整的降压斩波电路也应包括主电路,控制电路,驱动电路和保护电路这些环节。 直流斩波电路由电源、变压器、整流电路、滤波电路、主电路、控制和驱动电路及保护电路组成。如图1—1所示: 图1—1 总电路原理框图 第二章主电路各单元的设计 2.1 直流供电电路和滤波电路 生活中现有的都为交流电,所以斩波电路的输入电压需由交流电经整流得到。本设计采用桥式电路整流:由四个二极管组成一个全桥整流电路.由整流电路出来的电压含有较大的纹波,电压质量不太好,故需要进行滤波。本电路采用RL低通滤波器(通过

IT直流斩波电路的设计精选文档

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目录 1设计原理分析 (1) 1.1总体结构分析 (1) 1.2主电路的设计 (1) 1.3触发电路的设计 (2) 1.4驱动电路设计 (3) 1.5保护电路分析 (5) 2仿真分析与调试 (6) 2.1建立仿真模型 (6) 2.2仿真结果分析 (8) 3确定实际参数 (11) 心得体会 (12) 参考文献 (14) 附录: (15) IGBT直流斩波电路的设计

1设计原理分析 1.1总体结构分析 直流斩波电路的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。它在 电源的设计上有很重要的应用。一般来说,斩波电路的实现都要依靠全控型器件。在这里,我所设计的是基于IGBT 的降压斩波短路。 直流降压斩波电路主要分为三个部分,分别为主电路模块,控制电路模块和驱 动电路模块。电路的结构框图如下图(图1)所示。 图1 电路结构框图 除了上述主要结构之外,还必须考虑电路中电力电子器件的保护,以及控制电 路与主电路的电器隔离。 1.2主电路的设计 主电路是整个斩波电路的核心,降压过程就由此模块完成。其原理图如图2所 示。 io L 开始 断,而电感L 足够大,使得负载电流连续,而电压断续。从总体上看,输出电压的平均值减小了。输出电压与输入电压之比α由控制信号的占空比来决定。这也就是降压斩波电路的工作原理。 降压斩波的典型波形如下图所示。 t O T i G t on t off i o a) E M i G i

图2中的负载为电动机,是一种放电动式负载。反电动势负载有电流断续和电 流连续两种工作状态。分别入图3中b )和a )所示。 无论哪一种情况,输出电压的平均值都与负载无关,其大小为: (1-1) T on 表示导通的时;T off 表示截止的时间 ;A 表示导通时间占空比。 对于输出电流,当Uo>E 时电流连续,输出电流平均值大小为: (1-2) 当Uo

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