直流升降压斩波电路

1、word;切点2孽沈课程设计说明书直流升降压斩波电路的设计院、部：电气与信息工程学院学生：指导教师：肖文英职称副教授专业：电气工程及其自动化班级：完成时间：20世纪80年代以来，信息电子技术和电力电子技术在各自发展的基础上相结合而产生了一代高频化、全控型的电力电子器件，典型代表有门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管。利用全控型器件可以组成变流器。直流-直流变换器就是其中一种，它广泛应用于通信交换机、计算机以及手机等电子设备的开关电源。直流一直流变流电路(DC-DCConverter)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

2、流电路。直接直流变流电路也称斩波电路(DCChopper),它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。本文着重介绍直流升降压斩波电路的原理和基于MATLAB勺Simulink的直流升降压斩波电路的仿真。关键词：直流一直流变流电品升降压斩波；Simulink；仿真ABSTRACTdevice mayis widelySincethe1980s,electronicinformationtechnologyandpowerelectronicstechnologydevelopmentonthebasisoftheirrelativebinetoproduceagenerationof

3、high-frequency,full-controlledpowerelectronicdevices,thereisatypicalrepresentativeofgate-turn-offthyristor,powertransistors,powerfieldeffecttransistorandaninsulatedgatebipolartransistor.Theuseoffull-controlledbeposedoftheconverter.DC-DCconverterisoneofthem,itusedintelemunicationsswitches,putersandmo

4、bilephonesandother11 / 19electronicdevicesswitchingpowersupply.DC-DCconvertercircuit(DC-DCConverter)functionistodirectcurrentvoltageintoanotherfixedoradjustableDCvoltage,direct-currentconvertercircuitincludingdirectandindirectDCconvertercircuit.DirectDCconvertercircuitisalsoknownasachoppercircuit(DC

5、Chopper),itsfunctionistodirectcurrentvoltageintoanotherfixedoradjustableDCvoltage.ThisarticlefocusesontheDC-downchoppercircuitprincipleandbasedonMATLABSimulinkDCbuckconvertercircuitsimulation.Keywords:DC-DCconvertercircuit;Liftpressurechopper;Simulink;Simulation目录1升降压斩波电路的原理1.1基本原理1.2波形图22控制和驱动电路33保

6、护电路及其他辅助电路43.1 保护电路43.1.1 过电压保护43.1.2 过电流保护53.2 直流供电电源53.3 器件选择64仿真分析64.1 建立仿真模型64.2 仿真结果分析75设计总结8参考文献9附录101升降压斩波电路及基本原理1.1 工作原理图1所示为升降压斩波电路(Buck-BoostChopper)原理图。电路中电感L值很大，电容C值也很大。因为要使得电感电流和电容电压基本为恒值。图1升降压斩波电路该电路的基本工作原理：当可控开关V处于通态时，电源E经V向电感L供电使其储存能量，此时电流为ii,方向如图1所示。同时，电容C维持输出电压基本恒定并向负载R供电。此后，使V关断，电

7、感L中储存的能量向负载释放，电流为i2,方向如图1所示。可见，负载电压极性为下正上负，与电源电压极性相反，因此该电路也称作反极性斩波电路。稳态时，一个周期T电感L两端电压Ul对时间的积分为零，即：TtonTULdtUlondtULoffdtEtonUotoff0(2-1)00ton当V处于通态期间时，Ul=E,而当V处于断态期间时，Ul=-U0。于是EtonUotoff所以输出电压为：u0tEtonEE(2-2)toffTton1ton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；为导通占空比，简称占空比或导通比。若改变导通比，则输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。

8、当01/2时为降压，当1/21时为升压，因此该电路称为升降压斩波电路。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，调节开关导通时间如不变，称为pwm2、保持开关导通时间ton不变，改变开关周期T,称为频率调制或调频型。3、ton和T都可调，使占空比改变，称为混合型。1.2波形图输出电压Uo殳EEtoff1图2.4给出了电源电流i1和负载电流i2的波形，设两者的平均值分别为11、I2,当电流脉动足够小时，有LL12toff由上式可得I2Ml1I1ton如果V、VD为没有损耗的理想开关时，则有EI1U0I2其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器。图2

9、升降压斩波电路波形2SG3525控制和驱动电路SG3525是一种性能优良、功能齐全和通用性强的单片集成PWMI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；部含有欠压锁定电路、软启动控制电路、PW颐存器，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)工作电压围宽：835V。(2)5.1(11.0%)V微调基准电源。(3)振荡器工作频率围宽：100HL400KHz.(4)具有振荡器外部同步功能。(5)死区时间可调。(6)置软启动电路。(7)具有输入欠电压锁定功能(8)具有PW顺存功能，禁止多脉冲(9)逐个脉冲关断。(10)双路输出(灌电流/拉电流)

10、：mA峰值)。SG352叫了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围，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弓唧和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。由于SG3525部集成了软启动电路，因此只需要一个外接定时电容。SG3525SB结构如图3所示，直流电源Vs从脚15接入后分两路，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

11、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，9为补偿引脚，10为闭锁控制引脚，引脚12接地。部结构如下：图3控制和驱动电路3保护电路及其它辅助电路的设计3.1 保护电路电力电子电路中，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

12、适的过电压保护、过电流保护也是必须的。3.1.1 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，就是不宜用于抑制频繁出现过电压的场合。所以我们选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。由于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。3.1.2 抑制过电流的方法：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

13、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。图5快速熔断器3.2 直流供电电路220图6直流电源负载平均电压|Ui升高，纹波减小，且Rlc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dRlC(35)T2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%的关系为U="1L2F%-o令整流后输出电压为200V,则整流前输入电压U2=Ui/1.2=200/1.2=166.

14、7V因为电源为交流单项220V,变压器变比需满足U1：U2=220:166.7=1:1此时前级整流输出电压E为200V。并且为满足输出电流I。最大2A,整流电路中每个二极管所承受的最大电流为，IVT=Io/2=1A。变压器二次侧的电流2A,由变压器变比为1:1,流过一次侧的电流为2A。3.3器件选择要求输出直流电压U。在100300V可调，由输出电压公式U。1E可知，当U。为100V时，占空比二1/3;当U。为300V时，占空比=3/5。即控制占空比在1/33/5之间，可得输出直流电压U0在100300V可调。为使电路正常工作驱动电路中R1、R2为1K,R3为5.1KQ,R4为10KQ,电位器

15、R0为010KQ,R5为10KQ。要求最大输出电流为2A,故负载功率围为20200W流过VT二极管、V三极管的最大电流为2A。熔断器的最大熔断电流为2A。可选WICKMANN1812陶瓷管保险丝。word整流电路中二极管选择为IN5232,驱动电路中二极管选择为IN4148,驱动电路中C1为0.01仙F4仿真分析4.1建立仿真模型在电力电子设计过程中利用MATLA来进行仿真建模分析有很大的好处，它不但非常方便而且能够在很大程度围减少因设计问题而造成的浪费。这里的仿真主要是运用MATLA歆件中的Simulink工具。先从Simulink的元件库中找到需要用的元件，然后搭建相应的主电路，设置好参数

16、后即可进行仿13/19word真。仿真电路图如下所示:!口Scope图7仿真电路图4.2仿真结果分析图9仿真波形图215 / 19(1)当占空比K=50%寸，如果输入电压E=100V,WJUOE=0.5X100-1(1-0.5)=100V,这时输出电压等于输入电压，是等压式变换，如图8所示图8仿真波形图1(2)当占空比=70%寸，如果输入电压E=100V,贝UUOE=0.7X100-1(1-0.7)=700/3V=233V,这时输出电压高于输入电压，是升压式变换，如图9所示。(3)当占空比=30%寸，如果输入电压E=100V,贝UUOE=0.3X100-|1(1-0.3)=300/7V=43V,这时输出电压低于输入电压，是降压式变换，如图10所示。图10仿真波形图35设计总结通过这次课程设计，让我对电力电子技术有了更深的认识，让我进一步了解了电力电子器件。在这次课程设计中我主要担任电路仿真的工作，虽然在此期间遇到了很多困难，重复了很多遍都没有仿成功，但是经过查找资料，向老师同学请教，之后得到你要的结果时，那种喜悦感，那种兴奋