直流斩波电路设计与仿真设计

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