1kW 非隔离降压型变换器设计PPT

1、电力电子装置及系统 1kW 非隔离降压型变换器设计,技术指标,输入电压： 200240V DC 输出电压： 40V DC 额定功率： 1kW 输出电压纹波： 1% 开关频率： 50kHz 保护功能：输出过压，输出欠压， 输出短路，输入过压,输入欠压 使用拓扑： Buck 变换拓扑。,非隔离降压型变换器,目录,主电路设计,1,缓冲器设计,2,采样、保护电路,3,驱动器设计,4,5,控制器设计,6,仿真验证,1,主电路设计,SECTION,主电路设计,VS=22020V VO=40V P=1000W,负载电流 Iomax=25A Iomin=10%Iomax=2.5A,占空比： Dmax=0.2

2、Dmin=0.167 最小负载： Romin=16,主电路设计,C1=220F Cf=10F Lf=1mH 16Ro1.6 T：P-MOSFET D：快速二极管,主电路设计,2,SECTION,缓冲器设计,1kw的变换器功率不大，采用有能耗串联缓冲和并联缓冲。,缓冲器设计,2.关断缓冲设计 设P-MOSFET的电流恢复时间为0.2us,I=25.3A, 按照临界缓冲计算电容 Cs=tfi/2VD=0.012uF 可选用一只500V/15nF的高频电容。 由i=VD/RS不宜过大，电阻RS取15。 电阻耗能功率 PR=0.5*Cs*VD2*f=21.6W 取电阻额定功率为40W。 二极管选DSE

3、160-06：60A,600V,3,SECTION,采样、保护电路,过压、欠压保护采用自锁式保护电路,如图为过压保护电路基本原理图，当电路正常工作时Vo小于设定值Vref，此时比较器输出负电平，二极管不导通；当电路电压高于设定值时，比较器输出高电平，此时二极管导通。高电平时由于二极管的钳位作用，比较器将自锁定。无论电压信号如何变化，比较器均输出高电平信号不变。,+,输入电路保护,输出电路保护,输出电路参考输入电路设计思路 经过计算取得如图数值 36VVout44V 4.89VVs5.98V 在对Vref取值时应参考上述数值,输出短路保护,霍尔电流模块设计 IN=1KW/40V=25A 取保护电

4、流为27A 采用电压输出型霍尔电流传感器，输出电压超过27A电流对应的输出电压时锁存输出低电平。,4,SECTION,驱动电路,驱动电路,1、采用直接驱动，CMOS电源为12V； 2、开机延时约1s左右再使保护信号有效； 3、串联20电阻减小开通振荡， MUR120为超快速恢复二极管，与晶体管均可加速栅极电荷的释放；,5,SECTION,反馈控制系统,控制器设计,电压模式控制PWM（单环） 在负反馈电路中，输出电压u经采样后与给定的参考电压Uref比较，得误差信号Ue送控制器，控制器输出信号UC送PWM环节，与PWM环节中的振荡器锯齿波时钟信号比较，使比较器输出为周期不变、脉冲宽度（即占空比D

5、）受UC调制的一系列脉冲信号。,再通过驱动器将脉冲信号放大，控制变换器的功率开关器件的导通与关断。改变占空比D即可调节开关变换器的输出电压U，这里的D称为控制量。当输入电压或负载发生变化，或系统受到其他干扰使输出电压发生波动时，通过负反馈电路可调节开关变换器的功率器件在一个开关周期内的导通时间达到稳定输出电压的目的。,控制器设计,电压模式控制PWM（单环）,优点：振荡电路的锯齿波幅值较大，在进行脉冲宽度调制时有很好的抗噪声能力 控制电路只有电压闭环反馈，是单环系统，设计简单，调试方便 缺点：对输入电压的动态响应较慢,控制器设计,小信号分析法，是假设扰动信号很小，并且扰动信号的频率比开关频率小很

6、多，在直流工作点附近线性化，将非线性方程近似为线性方程，再应用经典控制理论中分析线性系统的基本方法，设计补偿网络，使系统成为稳定系统，如电压型、电流型控制系统等。 经过小信号分析，理想Buck电路的输出u(s)对控制变量d(s)的传递函数Gud(s)为：,控制器设计,控制器设计,其中，假定三角波的峰峰值采用5V，假定Vref=5V，则有如下推导：,开环传递函数为：GH(s)=Gc(s)Gm(s)Gud(s)H(s),控制器设计,首先作出 的Bode图如下：,控制器设计,由以上Bode图来设计Gc(s)，拟定选取相位超前校正器进行补偿：,由自控理论知识计算得： =5.06 T=1.225*10(-5) 计算得到的传递函数如下：,控制器设计,作出 的Bode图如下：,6,SECTION,仿真验证,MATLAB仿真模型,开环状态输出电压波形（输入200V,D=0.2）稳定时间约为2.5ms,闭环状态输出电压波形