降压斩波电路1

降压斩波电路1、主电路降压斩波电路(BuckChopper)的原理图及工作波形如图1-1所示。图中V为全控型器件，选用MOS管。D为续流二极管。由图2-17中V的栅极电压波形UGE可知，当V处于通态时，电源U.向负载供电，uD=u.。当V处于断态时，GE i Di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：t t on t+tonoff二aUu二卄u二aUi T i式中t为V处于通态的时间，tff为V处于断态的时间，T为开关周期，aon off为导通占空比，简称占空比或导通比(a=t°n/T)。由此可知，输出到负载的电压平均值UO最大为U.，若减小占空比a，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。图中R由直流电机电枢代替，励磁线圈固定接DC24V，可实现电机调速。额定功率：5W额定电压：DC24V励磁电流：额定功率：5W额定电压：DC24V励磁电流：0.32ADSL1T1G1T1G1dAdrvcom— +uCRd图1-1降压斩波电路的原理图图1-1降压斩波电路图中各器件选型为：MOS管型号：IRF510A(100V/5.6A) 续流二极管D：DR200(50V/2A)L：取39mH C：36uF2、隔离驱动图1-2是一种采用光耦合隔离的由V2、V3组成的驱动电路。当控制脉冲使光耦关断时，光耦输出低电平，使V2截至，V3导通，MOSFET在DZ1反偏作

用下关断。当控制脉冲使光耦导通时，光耦输出高电平，使V2导通，v3截至，经VCC、V2、Rg产生的正向驱动电压使MOS管开通。光耦选择高速光耦6N137。CC2G电源+VCC可由DC/DC芯片提供。图1-2驱动电路图图1-2驱动电路图V2：9013V3：90123、模拟控制降压斩波电路的模拟控制采用PWM控制芯片SG3525组成的PWM发生电路输出PWM控制信号，控制MOS管的导通和关断。图1-3给出了该芯片的引脚功能及应用电路。嫌柚他入11 IBfVref同川枪.兀1—2 而二］乂同炒瑞匚3 M二1E媲E臓苗昭愉曲匚4 1：!二1A.B=?■■<.?匚5 亡―1地RJ|_,6 I]―1A-^E放E时苹：匚7 10―1闭锁」空删轶门霸端匚\补偿a)SG3525的引脚

(b)SG3525的应用电路图1-3PWM控制芯片SG35254.PWM脉冲调制器电路原理图(1)当UR=OV时的波形图(占空比为50%)图1-4

(2)当UR变化，则占空比必然变化，UR增大，Uol变宽。UR电压的产生(1)由题目要求决定，例如手动产生UR电压，可用电阻分压器给出。若给定UR是一个波形，则应设计相应的积分电路控制给出上图波形二者兼容，可用纽子开关手动选择。Ur控Ur控控3525控控控控控图1-5模拟反馈控制其中内环为电流环，外环为图l-6为降压斩波电路双闭环反馈控制电路图。电流变送器+RUo其中内环为电流环，外环为图l-6为降压斩波电路双闭环反馈控制电路图。电流变送器+RUo图l-6降压斩波电路双闭环反馈控制电路图电压取样：在强电中一般使用电压变送器或传感器加调理电路，低电压一般用分压电阻取样。电流取样：在强电中一般用电流变送器或传感器，低电压中一般用串联电阻取样。7•数字控制一般在使DSP芯片时由于速度快，可选带有PWM产生的芯片；MSP430也可以直接产生PWM波形，即由A/D采集主回路电压、电流后,直接运算后产生PWM波形；如果使用MCS-51芯片，可采用A/D采集主回路的电压和电流信号，然后

经运算后由D/A输出UR送到SG3525产生闭环的PWM波形。而电流短路保护则应硬件直接封锁PWM波，限流保护仍由单片机承担。鉴于学生的知识结构，选择模式(3)，选择传感器或变送器采样方式。图1-7给出了采用数字控制方式的降压斩波电路双闭环反馈控制电路图。MCS-51单片机与上位机通过RS232串口连接，可在线调试。电压变送器电压变送器图1-7降压斩波电路双闭环反馈控制电路图二、升压斩波电路1、主电路升压斩波电路(BoostChopper)升压斩波电路(BoostChopper)的原理图如图2-1所示。图中V为全控型器件,选用MOS管。D为续流二极管。输入电压U取0〜15V直流电压，输出直流电压15〜36V，电流2A。i图2-1中各器件选型：MOS管型号：IRF510A(100V/5.6A)续流二极管D：DR200(50V/2A)L：8.2mH C1、C2：36uFBoost升压斩波电路有电感电流连续和电感电流断续两种工作状态，当电路工作于电感电流连续模式时，电路的工作波形如图2-2所示。图2-2Boost升压斩波电路电感电流连续工作时的波形如上图所示，Boost升压斩波电路工作于电感电流连续模式时，电路在一个开关周期内相继经历了两个开关状态，其各时段的工作状态描述如下：t-1时段：开关MOS管导通，电压U向电感L充电，电感电流不断增大，01i续流二极管D此时处于关断状态，同时电容C2上的电压向负载供电。t-1时段：开关MOS管关断，续流二极管D导通，整流电压U和电感L12i通过续流二极管D共同向电容C2充电，并向负载提供能量，电感电流不断减小。Boost升压斩波电路工作于电感电流连续模式时有：T1U=U=U (2-1)°ti1—Dioff式中：T——MOS管的一个开关周期；t——MOS管在一个开关周期内处于通态的时间；ont——MOS管在一个开关周期内处于断态的时间；offD——占空比，D=t-on。T由式(2-9)可知，当占空比Dt1时，U ，所以应避免占空比D过于o接近1，以免斩波电路输出电压过高造成电路损坏。

当Boost升压斩波电路工作于电感电流断续模式时，电路的工作波形如图2-6所示。ont-ofon12图2-3Boost升压斩波电路电感电流断续工作时的波形如上图所示，Boost升压斩波电路工作于电感电流断续模式时，电路在一个开关周期内相继经历了三个开关状态，其各时段的工作状态描述如下：t-1时段：开关MOS管导通，整流电压U向电感L充电，电感电流不断增01i大，续流二极管D此时处于关断状态，同时电容C2上的电压向负载供电。t-1时段：开关MOS管关断，续流二极管D导通，整流电压U和电感L12i通过续流二极管D共同向电容C2充电，并向负载提供能量，电感电流不断减小。t-1时段：开关MOS管仍处于断态，在t时刻电感电流减小到0；续流二232极管D关断，电感电流将保持零值到t时刻，且电感两端的电压也为零，在这3一时段，开关MOS管两端的电压等于输入的直流电压U，同时负载由电容C2i提供能量。Boost升压斩波电路工作于电感电流断续模式时有：2-2)式中：22LD2TRD2TR升压斩波电路与降压斩波电路相比，只有主电路结构不同，而隔离驱动、模拟控制及数字控制电路与降压斩波电路相同。三、大功率开关电源1、全桥DC-DC隔离型图3-1给出了全桥隔离型大功率开关电源电路。输入为36V直流电压。变压器变比为N。当滤波电感电流连续时，有3-1)UN 23-1)—o= 2X——onUNTi1式中：N为变压器变比，T为开关周期，t为开关导通时间。N on1如果输出电感电流不连续，输出电压将高于式（3-1）的计算值，并随负载减小而升高，在负载电流为零的极限情况下，有NU=—U （3-2）oNi1+图3-1+图3-1全桥DC-DC隔离型电源全桥隔离型大功率开关电源电路中的开关器件都选用MOS管，图3-1中各器件选型：MOS管型号：IRF510A（100V/5.6A）C1、C2：36uF电抗器L：2mH2、驱动电路采用两片IR2110浮地驱动，图3-1中的同一个桥臂的上下两个MOS管由一片IR2110驱动。美国IR公司生产的IR2110驱动器。它兼有光耦隔离（体积小）和电磁隔离（速度快）的优点，是中小功率变换装置中驱动器件的首选品种。IR2110采用HVIC和闩锁抗干扰CMOS制造工艺，DIP14脚封装。具有独立的低端和高端输入通道；悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达500V，dv/dt=±50V/ns，15V下静态功耗仅116mW；输出的电源端（脚3,即功率器件的栅极驱动电压）电压范围10〜20V；逻辑电源电压范围（脚9）5〜15V,可方便地与TTL,CMOS电平相匹配，而且逻辑电源地和功率地之间允许有±5V的偏移量；工作频率高,可达500kHz；开通、关断延迟小，分别为120ns和94ns；图腾柱输出峰值电流为2A。IR2110驱动电路如图3-2所示。V,DDHINV,HINSDSDLIN%upto500Vor60QVQV,DDHINV,HINSDSDLIN%upto500Vor60QVQTOLOAD图3-2IR2110驱动电路IR2110本身不带死区，需要加死区延时控制电路，如图3-3所示。RDC死区电路可以使信号的上升沿延时,而下降沿不变,从而产生死区时间。图3-3死区延时控制电路图3-1中drv1与drv4的控制信号为PWM1_OUT,drv3与drv2的控制信号为PWM2_OUT。3、模拟控制全桥DC/DC隔离型开关电源双闭环模拟控制电路如图3-4所示。内环为电流环，电流取输出滤波电感的电流，外环为电压环，电压取输出电压。

全桥DC/DC隔离型开关电源图3-4全桥全桥DC/DC隔离型开关电源图3-4全桥DC/DC隔离型开关电源双闭环模拟控制电路PWM控制*驱动电路4、数字控制采用MCS-51单片机，纯软件可省去SG3525，采用桥控硬件延时电路。全桥DC/DC隔离型开关电源双闭环数字控制电路如图3-5所示oMCS-51单片机与上位机通过RS232串口连接，可在线调试。上位机MCS-51驱动电路RL电流变送器A/D4全桥DC/DCUoTE电压变送器上位机MCS-51驱动电路RL电流变送器A/D4全桥DC/DCUoTE电压变送器图3-5全桥DC/DC隔离型开关电源双闭环数字控制电路四、全桥整流/逆变型电源1、主电路全桥逆变电路如图4-1所示。输入为36V直流电压，可分为正弦波恒压输出和正弦波恒流输出两种。

com4■q++com4■q++图4-1全桥逆变电路全桥逆变电路中的开关器件都选用MOS管，型号为：IRF510A(100V/5.6A)。L：2mHC1：36uFC2：12uF2、 驱动电路(IR2110)IR2110的驱动电路及死区延时控制电路见图3-2与图3-3所示。图4-1中drv1与drv4的控制信号为图3-3中的PWM1_OUT，drv3与drv2的控制信号为PWM2_OUT。3、 数字控制采用MCS-51单片机，纯软件省去SG3525,闭环数字控制电路分为正弦波恒压输出和正弦波恒流输出两种，如图4-2和图4-3所示。正弦波恒压输出采用电压闭环反馈控制方式，正弦