直流升壓斬波電路課程設(shè)計(jì)

1、期由2孽沈電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書直流升壓斬波電路設(shè)計(jì)學(xué) 院：電氣與信息工程學(xué)院學(xué)生姓名：凌昇指導(dǎo)教師：董恒職稱/學(xué)位 碩士專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)：電氣本1201學(xué)號(hào)：1230120148完成時(shí)間：2015年 6 月目錄緒論 -1 -1直流升壓斬波電路的設(shè)計(jì)思想 -3 -1.1 直流升壓斬波電路原理 -3 -1.2 參數(shù)計(jì)算 -4 -2直流升壓斬波電路驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) -5 -3直流升壓斬波電路保護(hù)電路設(shè)計(jì) -6 -3.1 過電流保護(hù)電路 -6 -3.2 過電壓保護(hù)電路 -6 -4直流升壓斬波電路總電路的設(shè)計(jì) -8 -5直流升壓斬波電路仿真 -9 -5.1 仿真模型的選擇 -9 -5.2

2、 仿真結(jié)果及分析 -9 -致謝 錯(cuò)誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn) -12 -附錄：元件清單 -13 -緒論直流升壓電路作為將直流電變成另一種固定電壓或可調(diào)電壓的dc-dc變換器，在直流傳動(dòng)系統(tǒng)、充電蓄電電路、開關(guān)電源、電力電子變換裝置及各種用電 設(shè)備中得到普通的應(yīng)用。隨之出現(xiàn)了諸如降壓電路、升降壓電路、復(fù)合電路等多 種方式的變換電路。直流斬波技術(shù)已被廣泛用于開關(guān)電源及直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中， 使其控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)、節(jié)約電能的效果。早期的直流裝換電路，電路復(fù)雜、功率損耗、體積大，使用不方便。品閘管 的出現(xiàn)為這種電路的設(shè)計(jì)又提供了一種選擇。品閘管( thyristor )是晶體閘流 管的簡(jiǎn)稱，又可稱

3、做可控硅整流器，以前被簡(jiǎn)稱為可控硅；晶閘管具有硅整流器 件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過程可以控制、被廣泛應(yīng) 用于可控整流、交流調(diào)壓、無觸點(diǎn)電子開關(guān)、逆變及變頻等電子電路中。它電路 簡(jiǎn)單體積小，便于集成；功率損耗少，符合當(dāng)今社會(huì)生產(chǎn)的要求；所以在直流轉(zhuǎn) 換電路中使用晶閘管是一種很好的選擇。本設(shè)計(jì)基于電力電子技術(shù)課程，充分使用全控型晶閘管igbt設(shè)計(jì)電路， 實(shí)現(xiàn)直流升壓。igbt絕緣柵雙極型晶體管，是由 bjt(雙極型三極管)和mos舶緣柵型場(chǎng)效 應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件 ,兼有mosfet勺高輸入阻 抗和gtr的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。gtrs和壓降低，

4、載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電 流較大;mosfet區(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。igbt綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電 壓為600v及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引 傳動(dòng)等領(lǐng)域。m57962l是由日本三菱電氣公司為驅(qū)動(dòng)igbt而設(shè)計(jì)的厚月i集成電路(hybrid integrated circuit for driving igbt modules)。在驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部裝有 2500vw隔離 電壓的光電耦合器，過流保護(hù)電路和過流保護(hù)輸出端子， 具有封閉性短路保護(hù)功 能。m57962是一種高速驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)信號(hào)延時(shí)tp

5、lh和tphl最大為1.50 s。 可以驅(qū)動(dòng)600v/400v級(jí)的igbt真塊。m57962le作程序:當(dāng)電源接通后，首先自檢， 檢測(cè)igb說否過載或短路。若過載或短路，igbt的集電極電位升高，經(jīng)外接二 極管流入檢測(cè)電路的電流增加，柵極關(guān)斷電路動(dòng)作，切斷igbtb柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)在“8”腳輸出低電平“過載/短路”指示信號(hào)。lgbt正常時(shí)，輸入信號(hào)經(jīng)光電耦合接口電路，再經(jīng)驅(qū)動(dòng)級(jí)功率放大后驅(qū)動(dòng) igbt。m57962k用雙電源+ vcc和vee ,原理結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。電路組成：（1）放大隔離電路；（2）定時(shí)復(fù)位電路；（3）過流檢測(cè)電路；（4）過流輸出電路1042定時(shí)復(fù)位也路光耦合林接ii山路

6、a軟矢-斷甲.粉圖1 m57962l原理機(jī)結(jié)構(gòu)圖-2 -1直流升壓斬波電路的設(shè)計(jì)思想1.1 直流升壓斬波電路原理直流升壓變流器用于需要提升直流電壓的場(chǎng)合，其原理圖如圖2所示圖2直流升壓斬波電路原理圖在電路中v導(dǎo)通時(shí)，電流由e經(jīng) 升壓電感l(wèi)和v形成回路，電感 l儲(chǔ)能；當(dāng)v關(guān)斷時(shí)，電感產(chǎn)生 的反電動(dòng)勢(shì)和直流電源電壓方向 相同互相疊加，從而在負(fù)載側(cè)得到 高于電源的電壓，二極管的作用是阻斷v導(dǎo)通是，電容的放電回路。調(diào)節(jié)開關(guān)器 件v的通斷周期，可以調(diào)整負(fù)載側(cè)輸出電流和電壓的大小。假設(shè)l值、c值很大，v通時(shí)，e向l充電，充電電流包為i-同時(shí)c的電 壓向負(fù)載供電，因c值很大，輸出電壓uo為恒值，記為u。設(shè)v

7、通的時(shí)間為ton, 此階段l上積蓄的能量為elitonov斷時(shí)，e和l共同向c充電并向負(fù)載r供電。設(shè)v斷的時(shí)間為然什，則此期間電 感l(wèi)釋放能量為：(uo-e)iitoff(1)穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期t中l(wèi)積蓄能量與釋放能量相等el1ton =5 一 e)if(2)化簡(jiǎn)得:(3)u0 =_21 e je tofftoff上式中7 之1,輸出電壓高于電源電壓，故稱升壓斬波電路。 toffv 升壓比，調(diào)節(jié)其即可改變u。將升壓比的倒數(shù)記作b ,即p =上。tofft和導(dǎo)通占空比，有如下關(guān)系：a +p =1(4)因此，式(1-2)可表示為:1 二 1 二=e =e1-:升壓斬波電路之所以能使輸出電壓高于電源電

8、壓，關(guān)鍵有兩個(gè)原因：一是l儲(chǔ)能之后具有使電壓泵開的作用，二是電容c可將輸出電壓保持住。在以上分析 中，認(rèn)為v處于通態(tài)期間因電容c的作用使得輸出電壓uo不變，但實(shí)際上c值 不可能為無窮大，在此階段其向負(fù)載放電，uo必然會(huì)有所下降，故實(shí)際輸出電壓會(huì)略低于理論所得結(jié)果，不過，在電容 c值足夠大時(shí)，誤差很小，基本可以忽 略。1.2參數(shù)計(jì)算由直流斬波電路的原理可知(6)uo又輸入電壓為輸入直流電壓范圍：24v60v要求輸出直流電壓：340m所以只 要根據(jù)輸入的電壓控制全控晶閘管igbt關(guān)斷的時(shí)間和開通的時(shí)間比就可，即升 壓比就可得到所需電壓。由計(jì)算得：6-3 p 圖5直流斬波電路過電壓保護(hù)電路4直流升壓

9、斬波電路總電路的設(shè)計(jì)如圖6總電路設(shè)計(jì)圖所示。電路由升壓電路，驅(qū)動(dòng)模塊、保護(hù)模塊、緩沖電路組成。+5vnor2vdr1=lc145m57962l4vw1vw213c36-10vvc1圖6直流升壓斬波電路總電路電壓輸入v: vwvd1j卜g +15vc2由m57862le片為核心構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路，控制igbt的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，從 而控制電路的升壓比b,使其達(dá)到：且色（10）8517進(jìn)而使輸出電壓達(dá)到目的值。升壓電路時(shí)整個(gè)電路的核心，由一個(gè)igbt和電容、電感值都很大的電容電 感各一個(gè)。r為輸出負(fù)載，電壓由此輸出。因?yàn)檩敵龉β适且欢ǖ?00w從而r為定值1156q。其中保護(hù)電路包括過電壓保護(hù)和過電流保

10、護(hù)。5直流升壓斬波電路仿真5.1 仿真模型的選擇在本次的設(shè)計(jì)中，采用了 psim軟件作為仿真工具來進(jìn)行電路的模擬。首先 畫出電路的結(jié)構(gòu)圖如下所示：圖7直流升壓斬波電路仿真電路模擬圖由上圖中我們可以看到，在電路中，在igbt的兩端加了脈沖觸發(fā)電壓，控制開關(guān)的關(guān)斷，以便得到升壓的電壓。5.2 仿真結(jié)果及分析在仿真過程中，我將取輸入的直流電壓為ud=2460v之間的任意值，將電感值取的盡可能的大，即l=500h,電阻值r=1000k控制脈沖電壓uge的占空比 大小，即從示波器上觀察輸出電壓 uo大小，示波器上紅線表示輸出直流電壓， 藍(lán)線表示輸入電壓，而橙色表示輸出電流大小。(1)當(dāng)占空比為a =0.

11、93, ud=24v是，得到輸出直流電壓 u=343.5v。圖8直流電壓輸出波形1mm 器 zrow isum(2)當(dāng)占空比為a =0.90, ud=35v是，得到輸出直流電壓 uo=340.5v圖9直流電壓輸出波形 2(3)當(dāng)占空比為a =0.87, ud=45v是，得到輸出直流電壓 uo=344.2v圖10直流電壓輸出波形 3從上面的直流輸出電壓圖中我們可以看出來，本次設(shè)計(jì)是成功的，理論與實(shí) 際是相符的，我們得到了 340v的輸出電壓。致謝經(jīng)過一個(gè)多星期的努力，本次課程設(shè)計(jì)總算順利結(jié)束。可能還有很多不足的 地方，這還請(qǐng)老師指出教導(dǎo)。本次課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容囊括了本學(xué)期所學(xué) 電力電子技術(shù)的大部分內(nèi)

12、容，還 用到了以前所學(xué)的電路、模電的知識(shí)。在設(shè)計(jì)的過程中我遇到了諸多問題，這主 要是自己所學(xué)知識(shí)的不牢固和欠缺造成的。通過再次認(rèn)真翻看課本，查閱資料， 向老師和同學(xué)請(qǐng)教終于把一個(gè)又一個(gè)的問題解決掉。通過這次課程設(shè)計(jì)我不僅進(jìn)一步鞏固了這門課程的知識(shí)還通過親自操作，熟悉了 visio等相關(guān)軟件的使用方 法，這為以后的學(xué)習(xí)工作提供了便利。通過這次設(shè)計(jì)，我還發(fā)現(xiàn)課本上的理論知識(shí)和實(shí)踐還是有一定的差別，理論知識(shí)要應(yīng)用到實(shí)踐中要經(jīng)過仔細(xì)地思考和多次嘗試，只有這要才能達(dá)到理論聯(lián)系 實(shí)踐的效果。如果不是通過課程設(shè)計(jì)，我們的知識(shí)面可能一直停留在理論的層面。最后我要感謝那些給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)們， 沒有他們的耐

13、心幫助，本次 課程設(shè)計(jì)將很難完成。參考文獻(xiàn)1王兆安主編.電力電子技術(shù)m.第四版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社2葉斌主編.電力電子應(yīng)用技術(shù)m.北京：清華大學(xué)出版社，20063張興主編.pwmk流器及其才5制m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20034郝萬(wàn)新主編.電力電子技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社,20025孟志強(qiáng)主編.電力電子技術(shù).晶閘管中頻感應(yīng)逆變電源的附加振蕩啟動(dòng)方法，2003.66呂宏主編.電力電子技術(shù).感應(yīng)加熱電源的pwm-pfm制方法,2003.17林飛主編.電力電子應(yīng)用技術(shù)的matlab&真m.北京：中國(guó)電力出版 社8陳國(guó)呈主編.pwmt變技術(shù)及應(yīng)用m.北京：中國(guó)電力出版社，20079李維波主編.matlab電氣工程中白應(yīng)用m.北京：中國(guó)電力出版社， 200710張衛(wèi)平主編.開關(guān)變換器的建模與控制m.北京：中國(guó)電力出版社， 200611黃俊，秦祖蔭編.電力電子自關(guān)斷器件及電路m.北京：機(jī)械工業(yè)出版 社,199112李序葆，趙永健編.電力電子器件及其應(yīng)用m.北京:機(jī)械工業(yè)出版 社,199613劉旭主編，電力電