升压,降压,升降压斩波电路课程方案

1、题目： MOSFET 升降压斩波电路设计 一 课程设计的目的1. 电力电子技术的课程设计是电力电子技术课程的 一个重要的实践教案环节。它与理论教案和实践教案 相配合，可使我们在理论联系实际，综合分析，理论 计算，归纳整理和实验研究方面得到综合训练和提 高，从而培养学生独立解决实际问题的能力。2. 加深理解电力电子技术的课程内容，建立正确的设计 思想，熟悉项目设计的顺序和方法，提高正确使用技 术资料，标准，手册等的独立工作能力。3. 为后续课程的学习打下坚实的基础。二设计的技术数据及要求1、交流电源：单相 220V；2、 前级整流输出输电压：Ud=50V80V ;3、输出功率： 300W；4、开

2、关频率 5KHz；5、占空比 10%90% ；6、输出电压脉率：小于 10%。三、设计内容及要求一方案的论证及方案的选择；1. 方案一：升降压斩波电路图原理图：升降压斩波电路的输出电压平均值可以大于或小于输入直流电压 值，这种电源具有一个相对于输入电压公共端为负极性的输出电 压。升降压电路可以灵活的改变电压的高低，还可以改变电压的 极性，因此常用于电池供电设备中产生负电源的设备和各种开关 稳压器。其原理图即为降压与升压斩波电路串联而成的。MOSFET降压斩波电路图如下:图中L、R为负载电机的等效电路，负载电压的平均值为，因此称为降压斩波电路。若负载中L值较少，或ton较小，或E较小，则在可控器

3、件 V关断后，到了 t2时刻，负载电流已衰减至零会出现负载电流断续的情况。下图中表明了电流连续和断续时的波形情况。U.IIIabnIEA,mn£|Lfinin£7二.MOSFET降压斩波电路图如下:Ci R Uo假设L值、C值很大山)电路圈tj(*+ MpaM Tt 細肚 电慈电淡连续的工作注形组喪匚二迢1刊pVmafLf mto(C)电恿电流断续的匸作波彌MOSFET 导通时，E向L充电，充电电流恒为 Ii，同时 C的 电压向负载供电，因C值很大，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ElitonMOSFET 关断时，E和L共同向C充

4、电并向负载 R供电。设V断的时间为 bf，贝眦期间电感L释放能量为 二异疔稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等<3-20化简得:<3-21，输出电压高于电源电压，故称升压斩波电路.将升压斩波和降压斩波电路串联接成升降压斩波电路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 电路及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路电子器件的导通或者关断，来完成整个系 统的功能。根据MOSFET升降压斩波电路设计任务要求设计主电路、驱动控制 电路。其结构框图如下升降压直流车斤波电路

5、总体设计方案工频交流舷流W流Ifc-控制、宜流升降压电路驱动斩波电路豐?(1)整流电路设计整流电路尤其是单相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为 重要，也是应用最为广泛的电路。不仅应用于工业，也广泛应用于 交通运输，电力系统，通信系统，能源系统等其他领域。本实验装 置采用单相桥式全控整流电路 所接负载为纯电阻负载)。在单项桥式全控整流电路中，晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组 成另一对桥臂。在u2正半周 即a点电位高于b点电位)闸管均不导 通，负载电流id漏电ud也为零，VT1、VT4串联承受电压 u2，设VT1禾口 VT4的阻相等，则各承受u2的一半。若在触发角a处给VT1和

6、VT4加 触发脉冲，VT1 VT4即导通，电流从a端经VT1、R、VT4流回电源b端。当u2为零时，流经晶闸管 的电流也降到零，VT1和 单相桥式整流电路VT4关断。在u2负半周，仍在触发延迟角a处触发VT2和VT3WT2和VT3的a =0处为3 t= n ), VT2和VT3导通，电流从电源的 b端流出，经VT3、R VT2流回电源a端。到u2过零时，电流又降为零，VT2和VT3关断。此后又是VT1 和VT4导通。如此循环工作下去。晶闸管承受的最大正向电压和反 向电压分别为 丨. U2和二U2。整流电压平均值为：二_ p|向负载输出的直流电流平均值为：流过晶闸管的电流平均值为：题目中要求前级

7、整流输出电压限制在 50V100V之间，输入电压U1整流电路波形图（2）控制驱动电路的设计SG3525是一种性能优良、功能齐全和通用性强的单片集成PWM控制芯片，它简单可靠及使用方便灵活，输出驱动为推拉输出形式，增 加了驱动功能；内部含有欠压锁定电路、软启动控制电路、PWM锁存器，有过流保护功能，频率可调，同时能限制最大占空比。其特点如下：<1）工作电压范围宽： 835V。<2）5.1<11.0%）V 微调基准电源。<3）振荡器工作频率范围宽： 100Hz400KHz. <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。 <

8、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。<9）逐个脉冲关断。<10）双路输出 <灌电流/拉电流）：mA峰值>。SG3525内置了 5.1V精密基准电源，微调至1.0%，在误差放大器 共模输入电压范围内，无须外接分压电组。SG3525还增加了同步功 能，可以工作在主从模式，也可以与外部系统时钟信号同步，为设 计提供了极大的灵活性。在 CT引脚和Discharge引脚之间加入一个 电阻就可以实现对死区时间的调节功能。因为SG3525内部集成了软启动电路，因此只需要一个外接定时电容。SG3525内部结构如图2.5所示，直流电源Vs从脚15接入后

9、分 两路，一路加到或非门；另一路送到基准电压稳压器的输入端，产 生稳定的元器件作为电源。振荡器脚 5须外接电容CT，脚6须外 接电阻RT。振荡器频率由外接电阻 RT和电容CT决定，振荡器的 输出分为两路，一路以时钟脉冲形式送至双稳态触发器及两个或非门；另一路以锯齿波形式送至比较器的同相输入端，比较器的反向 输入端接误差放大器的输出，误差放大器的输出与锯齿波电压在比 较器中进行比较，输出一个随误差放大器输出电压高低而改变宽度 的方波脉冲，再将此方波脉冲送到或非门的一个输入端。其他引脚分别为：引脚1为反相输入，2为同相输入引脚，3为同步端引脚，4为振荡器输出引脚，7为放电 端引脚，8为软启动端引脚

10、，9为补偿引脚，10为闭锁控制引脚， 引脚12接地。内部结构如下： 111 JrGround 12*OSC （川Ct 5Discharge 1Compensation 9 *lnv Inpul i *Nunivn Input 2 Shuidown 10口S.OkLRsSoft-Start 8 *m. vcplI戸广I i QI %11Output A14Output BSG3525A在升降压斩波电路中，三极管 v的基极接驱动电路的V-G,发射极E接驱动电路的V-E，结点11、12、13、14为SG3525的相应引 脚。如图<3)1 3路发斩波电路有三种控制方式：1) 保持开关周期T不变，

11、调节开关导通时间ton,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。其中第一种是最常用的方法。PWM控制信号的产生方法有很 多。这里我使用的是IGBT的专用触发芯片SG3525,其电路原理图 如下。G3525所产生的仅仅只是 PWM控制信号，强度不够，不能够直接 去驱动IGBT，中间还需要有驱动电路就爱你过信号放大。另外，主 电路会产生很大的谐波，很可能影响到控制电路中PWM信号的产生。因此，还需要对控制电路和主电路进行电气隔离+5JV +15V1513量此时电流为此后，使V关C11

12、lO.OluF，电容C维持输出16慕电压极GND升压斩1电压基本恒定并向负电感 轧中储存的能量向屈释放，电流为 性为上负下正F电源电压极性相反冷降压斩波 电路的情况正好相反，因此该电路也称为反极性斩1R9C12 +载 R供电。皮电路和GND斤波电14路R12I k1 I*稳态时，一个周期T内电感L两端电压UL对时间的积分为零,D5V处于断态期间，UL=-UOb于是IN4148roKR11当v处于通态期间，ul=e而当FEN所以输出电压为改变占空比a，输出不但电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当OV a V 1/2时为降压，当1/2V aV 1时为升压，因此将该电路称做升降压斩波电路。升

13、降压斩波电路原理图(2)波形图输出电压 图2.4给出了电源电路i1和负载电流i2的波形，设两者的平均值分别为11、12，当电流脉动足够小时，有 名|由上式可得如果V、VD为没有损耗的理想开关时，则有其输出功率和输入功率相等，可看做直流变压器。I1 ,Ja-4亠-a0i2車输出电流波形图(二)保护电路设计电力电子电路中，除了电力电子器件参数选择合适，驱动电路设计良好外，采用合适的过电压保护、过电流保护、du/dt保护和di/dt也是必须的抑制过电压的方法：用非线性元件限制过电压的幅度，用电阻 消耗生产过电压的能量，用储能元件吸收生产过电压的能量。对于非线性元件，不是额定电压小，使用麻烦，就是不宜

14、用于 抑制频繁出现过电压的场合。所以我们选用用储能元件吸收生产过 电压的能量的保护。使用 RC吸收电路，这种保护可以把变压器绕 组中释放出的电磁能量转化为电容器的电场能量储存起来。因为电 容两端电压不能突变，所以能有效抑制过电压，串联电阻消耗部分 产生过电压的能量，并抑制LC回路的震动。保护电路如图所示。FU在保护电路中串联接入适当的电感即可起到防止阳极电压上升 率过高的保护。二、晶闸管的过电压保护晶闸管的过电压能力较差，当它承受超过反向击穿电压时，会 被反向击穿而损坏。如果正向电压超过管子的正向转折电压，会造 成晶闸管硬开通，不仅使电路工作失常，且多次硬开关也会损坏管 子。因此必须抑制晶闸管

15、可能出现的过电压，常采用简单有效的过 电压保护措施。对于晶闸管的过电压保护可参考主电路的过电压保护，我们使 用阻容保护三、晶闸管的过电流保护常见的过电流保护有：快速熔断器保护，过电流继电器保护， 直流快速开关过电流保护。快速熔断器保护是最有效的保护措施；过电流继电器保护中过电流继电器开关时间长 <只有在短路电流不大时才有用）直流快速开 关过电流保护功能很好，但造价高，体积大，不宜采用。因此，最佳方案是用快速熔断器保护。快速熔断器1）前级整流电路负载平均电压.升高，纹波减小，且1 1 C越大，电容放电速率越 慢，则负载电压中的纹波成分越小，负载平均电压越高。为得到平 滑的负载电压，一般取T

16、1c（35>式中T为电源交流电压的周期。电容滤波电路的负载电压与丁的关系约为I寵药聂令整流后输出电压为50V，则整流前输入电压=/1.2=50/1.2=41.7V因为电源为交流单项220V，变压器变比需满足 ：=220:41.7=4:1此时前级整流输出电压E为50V。并且为满足输出电流最大2A,整流电路中每个二极管所承受变压器二次侧的电流2A,由变压器变比为4:1，流过一次侧的电流为0.5A。<2）输出直流电压要求输出直流电压 在10100V可调，由输出电压公式|匕订 可知，当 为10V时，占空比 =1/6;当 为100V时，占空比 =2/3。即控制占空比在1/62/3之间，可得输出直流电压在10100V可调。为使电路正常工作驱动电路中 R