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文档简介
1、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 .62 .直流斩波电路工作原理及输由输入关系 123 .控制实现 194 . 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 DCyD凌换器的设计与实现,具体地分析 了该D。D以换器的设计(拓扑结构、工作模式和储能电感参数设计),详细地阐述 了该D(y D或换器控制系统的原理和实现,最后给出了测试结果关键词:D(y D嘎换器,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
2、压斩波原理:tonEton t offton eTU0 EmR式中ton为V处于通态白寸间;tof为皿于断态白寸间;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ton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工作原理1) t=0时刻驱动VI通,电源E向负载供电,负载电压uo=E,负载电流io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卖流,负载电压uo近似为 零,负载电
3、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Io不变 电源只在V处于通态时提供能量,为Eloton 在整个周期T中,负载消耗的能量为(RlT+Em I/)一周期中,忽略损耗,则电源提供的能量与负载消耗的能量相等UotonEton t offton etUo EmR输出功率等于输入功率,可将降压斩波器看作直流降压变压器该电路使用一个全控器件V,途中为IGBT,也可使用其他器件,若采用晶闸管, 需设置晶闸管关断的辅助电路。为在 V关断是给负载的电杆电流提供通道,设置
4、了续流二极管VQ斩波电路的典型用途之一个拖动直流电动机,也可以带蓄电池负载, 两种情况句会出现反电动势。IGBT是强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率 mosfeT自然进化。由于 实现一个较高的击穿电压 BVDSST要一个源漏通道,而这个通道却具有很高的电阻 率,因而造成功率MOSFE具有RDS(on激值高的特征,IGBT消除了现有功率MOSFET 的这些主要缺点。虽然最新一代功率 MOSFET件大幅度改进了 RDS(on特性,但是 在高电平时,功率导通损耗仍然要比IGBT技术高出很多。较低的压降,转换成一个 低VCE(sat)的能力,以及IGBT的结构,同一个标准双极器件相比,可支持更高
5、电流 密度,并简化IGBT驱动器的原理图。一个晶闸管直流调速系统是由转速的给定、检测、反馈、平波电抗器、可控整 流器、放大器、直流电动机等环节组成。这些环节都是根据用户要求首先被选择而 确定下来的,从而构成了系统的固有部分。仅有这些固有部分所组成的系统是难以 满足生产机械的全面要求的,特别是对系统动态性能的要求,有时甚至是不稳定的, 为了设计一个静态,动态都适用的调速系统,尤其是达到动态性能的要求,还必须 对系统进行校正。也就是在上述固有部分所组成的调速系统中另外加一个校正环节, 使系统的动态性能也能达到指标的要求。本文中的双闭环可逆PWM调速系统,采 用集成控制器SG3524产生占空比可调的
6、PW峨,它的部包才§误差放大器,限流保护 环节,比较器,振荡器,触发器,输出逻辑控制电路和输出三极管等环节,是一个典型 的性能优良的开关电源控制器,输出级是由I GBT构成的功率控制器,进而驱动它 励直流电动机,达到速度控制的目的。由于电路有开关频率高的特点,所以直流脉 宽调速系统与V-M系统相比,在许多方面具有较大的优越性,例如主电路线路简单, 需用的功率元件少,低速性能好,稳速精度高,因而调速围宽,开关频率高,电流 容易连续,谐波少,电机损耗和发热都较少,调速装置效率和电网功率因素高,系 统的频带宽、快速性能好、动态抗扰能力强等等 二.直流斩波电路工作原理及输出输入关系2.1 升
7、压斩波电路(Boost Chopper) rVD升压斩波电路假设L和C值很大处于通态时,电源E向电感L充电,电流恒定1,电容C向负载R供电,输出电 压U0恒定。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。设V通态的时间为ton,此阶段L上积蓄的能量为Eiiton设V断态的时间为tof,则此期间电感L释放能量为(U0 E)iitoff稳态时,一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等:Ei1 ton (u0 E)i1tof化简得uo y_fE工ETtofftofftoff三一一升压比;升压比的倒数记作 B ,即 toffB和a的关系:a+B =1所以输出电压为Uo三、控制实现控制系统的设
8、计可以采用模拟控制方案和数字控制方案,这里以模拟控制方案 阐述该D。D凌换器控制系统的实现,如图3所示检控制电路由两级PI调节器、PW皿产生电路、驱动电路、故障测与保护电路等组成。两级PI调节器是控制电路的核心控制单元,两级均为带限幅输出的 PI调节 器,前级是电压调节器,后级是电流调节器,前后级串联构成了以输出电压为主控 制对象、输出电流为副控制对象的双闭环控制系统。电压环的作用是稳定输出电压, 在输入电压或负载扰动作用下保证输出稳定。电流环是在稳态时跟随电压环,从 而使系统动态响应快,调节性能好,也易于实现限流和过流保护。由于电压调节器 的输出作为电流调节器的给定,故电压调节器的限幅值决定
9、了电流调节器的最大输 出电流。此外,电流调节器的限幅值限制了最大输出电压,防止了输出电压过高的非正常状态,从而保证了系统的安全可靠。PWM产生电路负责两种PWM关方案的实现,以满足变换器降压工作模式和升压工作模式的要求。由于需要产生两路 控制信号,因此必须配合主变换电路进行特殊的电路设计,以解决控制逻辑的分配 问题。如图3所示,电流调节器输出送到比较器IC、IC2同相端,由一个三角波发生 器产生的三角波送到反相端,两路信号相比较叠加获得 PWM皮。分析可知,两种不同 的PWMFF关方案可以通过对送到比较器IC、IC4反相端的三角波加上不同的偏移电 压 和 来实现。当电流调节器输出电压低于5 V
10、时,比较器IC与三角波有交点,输出PWM®,该波形用于驱动T ,而比较器IC4与三角波没有交点,故无脉冲输 出,T2截止;当电流调节器输出电压高于5 V时,比较器IC4与三角波有交点,输出 PWM皮,该波形用于驱动T ,而比较器IC输出高电平,T 1处于全导通状态;而且, 降压工作模式和升压工作模式的切换是平滑过渡的。这样,就得到了逻辑上合乎要求 的两路控制信号,然后再经驱动电路去驱动两个开关管 T1和T2。为了提高系统的可 靠性,还设计了故障检测与保护电路,包括过流保护、过压保护、过热保护等。这 主要利用比较器对电流、电压、温度等的检测值与设定的保护值比较,一旦发生超 限现象,立即
11、产生相应的保护动作。四.直流斩波电路的建模与仿真4.1仿真模型及参数设置(1)由IGBT构成直流降压斩波电路(Buck Chop-per)的建模和参数设置图2为由IGBT组成的Buck直流变换器仿真模型,IGBT按默认参数设置,并取 消缓冲电路,即Rs=5 QQ Cs=0;电压源参数取Us=200V, E=80V;负载参数取R=10 Q , L=5 mHi图2由】GET组成的Buck直流变换器仿真模型4.2 运行结果五.课设体会与总结这次课程设计终于顺利完成了,在设计中遇到了很多编程问题,最后在老师的 辛勤指导下,终于游逆而解。同时,在老师的身上我学得到很多实用的知识,在次 我表示感!同时,对
12、给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感,通 过这两周的电力电子课程设计,不仅对 MATLA歌件有了进一步的了解,对 BUCKI 压电路也有的深入的认识和理解。BUC度换器电路在电力电子学习中就是非常重要 典型的电路,通过这次的课程设计仿,对电路的特点,优缺点有了更加深刻的理解。 刚开始,对很多元件的选择都不清楚,通过老师的知道和同学的帮助,学会了如何 更好的设计电路选择正确的元器件。通过在实验室测得的波形和仿真的波形进行对 比,虽然存在一些差异,但是基本上还是一致的。经过这次的课程设计,发现MATLA歌件功能非常强大。平时在学习中不能够透 彻理解的知识,通过动手,会有更好的认知。本次课程设计虽然不长,但是它给我 们带来了很多收获。最后,感老师的耐心指导和同组同学的大力支持,使我在本次设计中将遇到的 问题都解决了,顺利的完成了本次课程设计,并从中学习到了更多的知识。再次感
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