升壓斬波電路設(shè)計(jì)

1、湖南工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱電力電子技術(shù)題 目升壓斬波電源設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)電氣工及其自動(dòng)化學(xué)生姓名王振林 學(xué)號(hào) 2指導(dǎo)老師顏漸德審 批謝衛(wèi)才任務(wù)書下達(dá)日期2010年5月17日設(shè)計(jì)完成日期2010年5月 28日設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求輸入直流電源：24V 10%直流輸出電壓：320V電壓在電流額定值之內(nèi)保持不變直流輸出電流額定值10A一設(shè)計(jì)內(nèi)容選擇一個(gè)單片機(jī)構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)斬波電路的選擇電流、電壓額定的選擇電力二極管，電抗器電感值的計(jì)算保護(hù)電路的設(shè)計(jì)觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)畫出完整的主電路原理圖和控制電路原理圖寫出控制流程列出主電路所用元器件的明細(xì)表二設(shè)計(jì)要求1. 給出整體設(shè)計(jì)框圖，畫出系統(tǒng)的完整的原理圖（用99

2、軟件繪制）;2. 說明所選器件的型號(hào)，參數(shù)。給出具體電路畫出電路原理圖；說明書格式1. 課程設(shè)計(jì)封面；2. 任務(wù)書；3. 說明書目錄；4. 設(shè)計(jì)總體思路，基本原理和框圖；5. 相關(guān)計(jì)算及器件選型；6. 電路設(shè)計(jì)；7. 總結(jié)與體會(huì)；8. 附錄；9. 參考文獻(xiàn)；10. 課程設(shè)計(jì)的原理圖。進(jìn)度安排十二周星期一：下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書，介紹課題內(nèi)容與要求；十二周星期一一一十二周星期五：查找資料，確定設(shè)計(jì)方案，畫出草圖。十三周星期一上午一一星期二下午：電路設(shè)計(jì)，打印出圖紙。星期三：書寫設(shè)計(jì)報(bào)告；星期四：書寫設(shè)計(jì)報(bào)告；星期五：答辯。參考文獻(xiàn)電力電子技術(shù) 王兆安機(jī)械工業(yè)出版社2 康華光，陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版

3、）.北京:高等教育 出版社,19983張義和 電路設(shè)計(jì)快速入門.北京:中國鐵道出版社，20034張乃國電源技術(shù)北京：中國電力出版社，19985何希才新型開關(guān)電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用北京：科學(xué)出版社，2001摘要本設(shè)計(jì)是基于 3525 芯片為核心控制的升壓斬波電路（ ）. 設(shè)計(jì)由仿真和兩大部分構(gòu)成。主要是理論分析，借助其強(qiáng)大的數(shù)學(xué)計(jì)算和 仿真功能可也很直觀的看到控制輸出電壓的曲線圖。通過設(shè)置參數(shù)分 析輸出與電路參數(shù)和控制量的關(guān)系。第二部分是電路板，它可以通過 設(shè)計(jì)完成，其中原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)以其分層次的設(shè)計(jì)環(huán)境，強(qiáng)大的元件 及元件庫的組織功能，方便易用的連線工具，強(qiáng)大的編輯功能設(shè)計(jì)檢 驗(yàn)，與印制電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)

4、的緊密連接，自定義原理圖模板高質(zhì)量的 輸出等等優(yōu)點(diǎn)，和豐富的設(shè)計(jì)法則，易用的編輯環(huán)境，輕松的交互性 手動(dòng)布線，簡便的封裝形式的編輯及組織，高智能的基于形狀的自定 布線功能，萬無一失的設(shè)計(jì)檢驗(yàn)等印制電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，使其 在我們學(xué)生選用電路板設(shè)計(jì)軟件中占了絕大部分比重。本設(shè)計(jì)也采用 設(shè)計(jì)原理圖，和進(jìn)行板布線。它是本設(shè)計(jì)從理論到實(shí)際制作的必進(jìn)途 徑，通過設(shè)定相應(yīng)的規(guī)則，足以滿足設(shè)計(jì)所要求的規(guī)定。引言直流斬波電路作為將直流電變成另一種固定電壓或可調(diào)電壓的 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)了諸如降壓斬波電路、升壓斬

5、 波電路、升降壓斬波電路、復(fù)合斬波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。全控型電力電子器件在牽引電傳動(dòng)電 能傳輸與變換、有源濾波等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但以 為功率器件的 直流斬波電路在實(shí)際應(yīng)用中需要注意以下問題 :（1）系統(tǒng)損耗的問；（2）柵極電阻；（3）驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)過流過壓保護(hù)的問題。1. 逆變電源工作原理1.1 變換采用單相輸出， 全橋逆變形式， 為減小逆變電源的體積， 降低成本，輸出使用工頻濾波。由 4 個(gè) 740 構(gòu)成橋式逆變電路， 740 最 高耐壓400V,電流10A,功耗125W利

6、用半橋驅(qū)動(dòng)器 2110提供驅(qū)動(dòng)信 號(hào)，其輸入波形由 3524提供，同理可調(diào)節(jié)該 3524的輸出驅(qū)動(dòng)波形的 D<50 ,保證逆變的驅(qū)動(dòng)方波有共同的死區(qū)時(shí)間。2110是公司生產(chǎn)的大功率和專用驅(qū)動(dòng)集成電路，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)和的最優(yōu)驅(qū)動(dòng)，兼有光耦隔離和電磁隔離的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具有快速完整的保 護(hù)功能，可以提高控制系統(tǒng)的可靠性，減少電路的復(fù)雜程度。是中小功 率變換裝置中驅(qū)動(dòng)器件的首選。COM圖6 IR2110部框圖VBHOVSVCCLO（引腳2）:公共端（引腳4）:空端引腳6）:高端浮置電源電壓（引腳8）:空端（引腳10）:邏輯高端輸入（引腳12）:邏輯低端輸入（引腳1）:低端輸岀（引腳3）:低端固定電源

7、電壓（引腳5）:高端浮置電源偏移電壓（引腳7）:高端輸岀（引腳9）:邏輯電源電壓（引腳11）:關(guān)斷（引腳13）:邏輯電路地電位端，其值可以為OV2110 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理框圖如圖 6 所示。圖中和為逆變橋中同一橋臂上下兩個(gè)功率的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)輸入端。為保護(hù)信號(hào)輸入端， 當(dāng)該腳接高電平時(shí)， 2110 的輸出信號(hào)全被封鎖，其對(duì)應(yīng)的輸出端恒為 低電平；而當(dāng)該腳接低電平時(shí)， 2110 的輸出信號(hào)跟隨和而變化，在實(shí) 際電路里，該端接用戶的保護(hù)電路的輸出。和是兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端， 驅(qū)動(dòng)同一橋臂的。2110 的自舉電容選擇不好，容易造成芯片損壞或不能正常工作。 和之間的電容為自舉電容。自舉電容電壓達(dá)到 8

8、.3V 以上，才能夠正常 工作，要么采用小容量電容，以提高充電電壓，要么直接在和之間提供 1020V的隔離電源，本電路采用了 1 F的自舉電容。為了減少輸出諧波， 逆變器部分一般都采用雙極性調(diào)制， 即逆變橋 的對(duì)管是高頻互補(bǔ)通和關(guān)斷的。1.2 逆變橋逆變： 逆變橋部分，采用作為功率開關(guān)管。由于寄生電容和線路寄生電感的存 在，同一橋臂的開關(guān)管在開關(guān) 工作 時(shí)相互會(huì)產(chǎn)生干擾，這種干擾主要體現(xiàn) 在開關(guān)管門極上。如圖 3實(shí)際電路中， 2110的輸出推挽電路 ,這個(gè)電壓尖 刺幅值隨母線電壓、和負(fù)載電流的增大而增大，可能 達(dá)到 足以導(dǎo)致 T2 瞬 間誤導(dǎo)通的幅值，這時(shí)橋臂就會(huì)形成直通，造成電路燒毀。同樣地

9、，當(dāng) T2開通時(shí)，Tl的門極也會(huì)有電壓尖刺產(chǎn)生。帶有門極關(guān)斷箝位電路的 驅(qū)動(dòng)電路通過減小和改善電路布線可以使這個(gè)電壓尖刺有所降低， 但均不 能達(dá)到可靠防止橋臂直通的要求。 本文將提出一種門極關(guān)斷箝位電路， 通 過在開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路中附加這種電路， 可以有效地降低上述門極尖刺。 門 極關(guān)斷箝位電路由管 1 和 21 門極下拉電阻 1 和 2 門極上拉電阻 2 組成。 實(shí)際上該電路是由構(gòu)成的兩級(jí)反相器。當(dāng) 1 門極為高電平時(shí)， 1 導(dǎo)通， 2 因門極為低電平而關(guān)斷， 不影響功率開關(guān)管的正常導(dǎo)通； 當(dāng) 1 門極為低電 平時(shí)， 1 關(guān)斷， 2 因門極為高電平而飽和導(dǎo)通，從而在功率開關(guān)管的門極 形成了一個(gè)

10、極低阻抗的通路，將功率開關(guān)管的門極電壓箝位在OV,基本上消除了上文中提到的電壓尖刺。 在使用這個(gè)電路時(shí)，要注意使2D S與 功率開關(guān)管間的連線盡量短， 以最大限度地降低功率開關(guān)管門極寄生電感 和電阻。在電路板的排布上，2要盡量靠近功率開關(guān)管，而11和2卻不必太靠近2,這樣既可以發(fā)揮該電路的作用，也不至于給電路板的排布帶 來很大困難?？梢钥吹皆陂T極有一個(gè)電壓尖刺，這個(gè)尖刺與門極脈沖的時(shí) 間間隔剛好等于死區(qū)時(shí)間，由此可以證明它是在同一橋臂另一開關(guān)管開通 時(shí)產(chǎn)生的。此時(shí)電壓尖刺基本消除。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該電路確實(shí)可以抑制 和消除干擾，有一定的使用價(jià)值，可以提高電路的可靠性2.單相交流調(diào)壓工作原理2.1

11、 主電路工作原理假設(shè)L值、C值很大，V通時(shí)，E向L充電，充電電流恒為11 ,同時(shí) C的電壓向負(fù)載供電，因C值很大，輸出電壓為恒值，記為。設(shè)V通的時(shí)間為，此階段L上積蓄的能量為1V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，則 此期間電感L釋放能量為Uo E Iit穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中L積畜能量與釋放能量相等(1-1 )化簡得：EI1i onU oE 1 1toff(1-2)tontoffT .UoEE0tofftoffTtoi變換Sf,輸出電壓高于電源電壓，故稱升壓斬波電路。也稱之為T/toff升壓比，調(diào)節(jié)其即可改變。將升壓比的倒數(shù)記作,即toffT 0和導(dǎo)通占空比，有如下關(guān)系:(

12、1-3)1因此，式（1-2）可表示為(1-4)升壓斬波電路能使輸出電壓高于電源電壓的原因： L 儲(chǔ)能之后具有使電壓泵升的作用 電容 C 可將輸出電壓保持住3.2 驅(qū)動(dòng)電路選擇 的門極驅(qū)動(dòng)條件密切地關(guān)系到他的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。 門極電路的正偏 壓、負(fù)偏壓和門極電阻的大小，對(duì)的通態(tài)電壓、開關(guān)、開關(guān)損耗、承受短 路能力及電流等參數(shù)有不同程度的影響。 其中門極正電壓的變化對(duì)的開通 特性，負(fù)載短路能力和電流有較大的影響， 而門極負(fù)偏壓對(duì)關(guān)斷特性的影 響較大。同時(shí)，門極電路設(shè)計(jì)中也必須注意開通特性，負(fù)載短路能力和由 電流引起的誤觸發(fā)等問題。 根據(jù)上述分析， 對(duì)驅(qū)動(dòng)電路提出以下要求和條 件：(1) 由于是容性

13、輸出輸出阻抗；因此對(duì)門極電荷集聚很敏感，驅(qū)動(dòng)電 路必須可靠，要保證有一條低阻抗的放電回路。(2) 用低內(nèi)阻的驅(qū)動(dòng)源對(duì)門極電容充放電，以保證門及控制電壓有足 夠陡峭的前、后沿，使的開關(guān)損耗盡量小。另外，開通后，門極驅(qū)動(dòng)源應(yīng) 提供足夠的功率，使不至退出飽和而損壞。(3) 門極電路中的正偏壓應(yīng)為+12+15V;負(fù)偏壓應(yīng)為-2V-IOV。(4) 驅(qū)動(dòng)電路中的電阻對(duì)工作性能有較大的影響， 較大，有利于抑制 的電流上升率及電壓上升率，但會(huì)增加 的開關(guān)時(shí)間和開關(guān)損耗;較小， 會(huì)引起電流上升率增大，使 誤導(dǎo)通或損壞。的具體數(shù)據(jù)與驅(qū)動(dòng)電路的結(jié) 構(gòu)及 的容量有關(guān)，一般在幾歐幾十歐，小容量的 其值較大。(5) 驅(qū)動(dòng)

14、電路應(yīng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力及對(duì) 的自保護(hù)功能。 的控制、 驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路等應(yīng)與其高速開關(guān)特性相匹配， 另外，在未采取適當(dāng)?shù)姆?靜電措施情況下，的 SE極之間不能為開路。驅(qū)動(dòng)電路分類驅(qū)動(dòng)電路分為： 分立插腳式元件的驅(qū)動(dòng)電路; 光耦驅(qū)動(dòng) 電路;厚膜驅(qū)動(dòng)電路;專用集成塊驅(qū)動(dòng)電路。本文設(shè)計(jì)的電路采用的是專 用集成塊驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路分析隨著微處理技術(shù)的發(fā)展 ( 包括處理器、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ) 器件) ，數(shù)字信號(hào)處理器以其優(yōu)越的性能在交流調(diào)速、運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。一般數(shù)字信號(hào)處理器構(gòu)成的控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)由處理器集成的模塊產(chǎn)生的。而接口驅(qū)動(dòng)能力及其與的接口電路的設(shè)計(jì)直接影響 到系統(tǒng)工作的可靠性。因

15、此本文采用3525設(shè)計(jì)出了一種可靠的驅(qū)動(dòng)方案。2.4最優(yōu)參數(shù)選擇(1圖3-1電流連續(xù)當(dāng)處于導(dǎo)通時(shí)，得-6 )L dLdtRi設(shè)i1的初值為h°,解上式得ti1I 10 ei 2,得當(dāng)處于關(guān)斷時(shí)，設(shè)電動(dòng)機(jī)電樞電流為dtLdLRi 2 EM E(11設(shè)2的初值為120 ,解上式得t ton1 20 eE EMR當(dāng)電流連續(xù)時(shí),從圖3-2的電流波形可看出,t On時(shí)刻i 20t =T時(shí)刻1 10由此可得ton20I 10 eton10tOff101 20 e11)故由上兩式求得:1 10EMR(1 - 12 )1 20EMRtonetOfftoffeT(1- 13 )把上面兩式用泰勒級(jí)數(shù)線性

16、近似,1 10 1 20 ( m)1(1 14 )該式表示了L為無窮大時(shí)電樞電流的平均值I o (mE)REM ER(1- 15 )當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)的波形如圖3-2所示。當(dāng)t=O時(shí)刻11IOO ,令式(1-10)中110=0即可求出 t =t2 時(shí)，l20 ,進(jìn)而可寫出2 =0,可求得2持續(xù)的時(shí)間t x ,即12的表達(dá)式另外，當(dāng)t Ont1 me1 m16 )當(dāng)t X流斷續(xù)的條件，即toff時(shí)，電路為電流斷續(xù)工作狀態(tài)，t xtoff是電1 e m1 e( 117 )根據(jù)上式可對(duì)電路的工作狀態(tài)做出判斷。 該式也是最優(yōu)參數(shù)選擇的依據(jù)。二、硬件實(shí)驗(yàn)2.1硬件電路2.1.1整流電路本設(shè)計(jì)采用橋式電路整流：

17、由四個(gè)二極管組成一個(gè)全橋整流電路.對(duì) 整流出來的電壓進(jìn)行傅里葉變換得-24 C 丄 4 A L 4 c 丄VoUt 2vincos2 t cos4 t 6 t.,由整流電路出來的31535電壓含有較大的紋波，電壓質(zhì)量不太好，故需要進(jìn)行濾波。 本電路采用低 通濾波器（通過串聯(lián)一個(gè)電感，濾除電流的高次諧波， 并聯(lián)一個(gè)電容濾除 電壓的高次諧波），以減小紋波。原理圖如下圖4所示：圖4原理圖輸入端接220V、50的市電，進(jìn)過變壓器T1 （原線圈/副線圈為4/1） 后輸出55V 50。當(dāng)同名端為正時(shí) DZ D5導(dǎo)通，D3 D4截止，電壓上正 下負(fù)。當(dāng)同名端為負(fù)時(shí)D2、D5截止，D3 D4導(dǎo)通，電壓同樣是上

18、正下負(fù)， 從而實(shí)現(xiàn)整流。電感具有電流不能突變，通直流阻交流特性，因此串聯(lián)一個(gè)電感可以提高直流電壓品質(zhì)。 而電容具有電壓不能突變，通交流阻直流 特性，因此并聯(lián)一個(gè)大電容可以濾除雜波，減小紋波。結(jié)合兩種元器件的特性，組成上圖整流電路，可以得到比較理想的直流電壓（幅值為50V左右）。2.1.2 斬波信號(hào)產(chǎn)生電路此電路主要用來驅(qū)動(dòng)斬波。產(chǎn)生信號(hào)有很多方法，但歸根到底不 外乎直接產(chǎn)生的專用芯片、單片機(jī)、可編程邏輯控制器等本電路采用直 接產(chǎn)生的專用芯片 3525.該芯片的外圍電路只需簡單的連接幾個(gè)電阻電 容，就能產(chǎn)生特定頻率的波，通過改變輸入電阻就能改變輸出波的占空比， 故在端接個(gè)可調(diào)電阻就能實(shí)現(xiàn)控制。

19、為了提高安全性，該芯片內(nèi)部還設(shè)有 保護(hù)電路。它還具有高抗干擾能力，是一款性價(jià)比相當(dāng)不錯(cuò)的工業(yè)級(jí)芯片。為了減少不同電源之間的相互干擾，3525輸出的經(jīng)過光電耦合之后才送至驅(qū)動(dòng)電路。其電路圖如下圖 5所示：工作原理：通過R2、R3 C3結(jié)合3525產(chǎn)生鋸齒波輸入到3525的振 蕩器。其產(chǎn)生的信號(hào)由、輸出，調(diào)節(jié) R7可以改變占空比。輸出的信號(hào)通過 二極管D6 D7送至光電耦合器U2,光耦后通過驅(qū)動(dòng)電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。 放大后的電壓可以直接驅(qū)動(dòng)。此電路具有信號(hào)穩(wěn)定，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。因此他適用于中小容量的斬波電路。2.1.3 斬波電路本設(shè)計(jì)為直流升壓斬波（）電路，該電路是本系統(tǒng)的核心。應(yīng)為輸出電壓比較大

20、，故斬波器件選用能夠承受大電壓和導(dǎo)通內(nèi)阻小，開關(guān)頻率高，開關(guān)時(shí)間小的大功率管。原理圖如下圖 6所示：圖6主電路仿真圖左邊接經(jīng)整流之后的50V電壓。右邊為斬波電壓輸出，J2為測(cè)試點(diǎn)。 為3525輸出的斬波信號(hào)。Q1為，D1為電力二極管，L2為電感，C1為電 容，R1為負(fù)載。原理分析：首先假設(shè)電感L值很大，電容C值也很大。當(dāng)為高電平時(shí)， Q1導(dǎo)通，50V電源向L2充電，充電基本恒定為Il,同時(shí)電容C上的電壓向 負(fù)載R供電，因C值很大，基本保持輸出電壓Uo為恒值，記為UO。設(shè)V 處于通態(tài)的時(shí)間為ton ,此階段電感L上積儲(chǔ)的能量為EIlton。當(dāng)V處于段 態(tài)時(shí)E和L共同向電容C充電，并向負(fù)載R提供能

21、量。設(shè)V處于段態(tài)的時(shí)間為toff ,則在此期間電感L釋放的能量為（UO E）IIIOff。當(dāng)電路工作于穩(wěn) 態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中電感L積儲(chǔ)的能量于釋放的能量相等，即EIItOn（U 0E)II toff。E) I toff(2-1 )化簡得Etoff(2-2 )U_ ton toff 匸0_t Etoff上式中的T /toff 1 ,輸出電壓高于電源電壓。式（2-1 ）中T /toff為升壓比，調(diào)節(jié)其大小即可改變輸出電壓 Uo的大小。2.1.4 總原理圖圖形如下圖7所示。其中J1為市電插口，P1接15V驅(qū)動(dòng)2為驅(qū)動(dòng)的 信號(hào)T1為變壓器，將220 V市電轉(zhuǎn)換成頻率不變的55V交流電（題目要 求整理輸

22、出50V,由于元器的阻抗會(huì)分壓，故把輸入電壓提高5 V ,此時(shí)變壓器變比為T1: T2=4:1 ）。變壓器變壓后輸入到由 D2、D3 D4 D5四 個(gè)整流二極管組成的整流電路輸入端。經(jīng)整流后電壓含有較大的紋波，故通過L1、C2組成的低通濾波器進(jìn)行濾波。濾波后輸出的電壓就比較平 滑了。接下來就是由電感L2、斬波器件Q1，電力二極管D1、電容C1組 成的升壓斬波電路（）.改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比就可以調(diào)節(jié)輸出到負(fù)載 R1兩端電壓，J2是負(fù)載兩端的電壓測(cè)試點(diǎn)，接至示波器就可以看到輸出 電壓。圖7總原理圖三課程設(shè)計(jì)總結(jié)現(xiàn)在我們所使用到能源中電能占了很大的比重，它具有成本低廉，輸 送方便，綠色環(huán)保，控制方便

23、能很容易轉(zhuǎn)換成其他的信號(hào)等等。我們的日 常生活已經(jīng)離不開電了。在如今高能耗社會(huì)，合理的利用電能， 提高電能 品質(zhì)和用電效率成為了全球研究的當(dāng)務(wù)之急。而電力電子技術(shù)正是與這一主題相關(guān)聯(lián)的。直流升壓斬波電路是里面的一部分，它開關(guān)電源，與線性電源相比，具有綠色效率高，控制方便，智能化，易實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。在做課程設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，通過不斷地查找資料，最升壓斬 波電路有了一定的理解。 并且在中仿真實(shí)現(xiàn)了， 最后在中繪制了原理圖和 板。在做課程設(shè)計(jì)過程中，我對(duì)在仿真中的應(yīng)用有了進(jìn)一步的了解和掌 握。在電力電子方面的仿真應(yīng)用時(shí)， 可以將電力電子電路輸出效果圖形化， 形象直觀，可以幫助我們對(duì)電路的理解。在制作

24、板的過程中，我對(duì)的各種功能有了一定的了解，也讓我明白了 理論和實(shí)際有很大差別。經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)，我認(rèn)識(shí)到自己還有很多東西需要進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué) 習(xí)，而且要把理論聯(lián)系實(shí)踐來學(xué)習(xí)，不僅要懂理論知識(shí)， 還要懂如何作出 實(shí)物。設(shè)計(jì)體會(huì)做了兩周的課程設(shè)計(jì)， 使我有了很多的心得體會(huì)， 可以說這次直流電 機(jī)斬波調(diào)速控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)是在大家共同努力和在老師的精心指導(dǎo)下 共同完成的。一開始接觸這個(gè)課題時(shí)我還不知道該從何下手， 很多東西不知該如何 實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過 2 星期的努力，在圖書館和網(wǎng)上查資料，請(qǐng)教同學(xué)，終于是完 成了任務(wù)。通過這次設(shè)計(jì)加深了我對(duì)這門課程的了解， 以前總是覺得理論結(jié)合不 了實(shí)際，但通過這次設(shè)計(jì)使我認(rèn)識(shí)

25、到了理論結(jié)合實(shí)際的重要性。 但由于我 知識(shí)的限制，設(shè)計(jì)還有很多不足之處，希望老師指出并教導(dǎo)。通過對(duì)電路圖的研究，也增強(qiáng)了我們的思考能力。另外，在使用軟件 繪制電路圖的過程中， 我學(xué)到了很多實(shí)用的技巧， 這也為以后的工作打下 了很好的基礎(chǔ)。從開始任務(wù)到查找資料，到設(shè)計(jì)電路圖， 到最后的實(shí)際接 線過程中， 我學(xué)到了課堂上學(xué)習(xí)不到的知識(shí)。 上課時(shí)總覺得所學(xué)的知識(shí)太 抽象，沒什么用途，現(xiàn)在終于認(rèn)識(shí)到它的重要性。課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際 問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察 過程。很感激學(xué)校給了我們這次動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，讓我們學(xué)生有了一個(gè)

26、共 同學(xué)習(xí)，增長見識(shí)，開拓視野的機(jī)會(huì)。也感謝老師對(duì)我們無私忘我的指導(dǎo)， 我會(huì)以這次課程設(shè)計(jì)作為對(duì)自己的激勵(lì)，繼續(xù)學(xué)習(xí)。參考文獻(xiàn)1王兆安，黃俊電力電子技術(shù)（第四版）北京:機(jī)械工業(yè)出版 社,20002康華光，陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）.北京:高等教育出 版社,19983 張義和 電路設(shè)計(jì)快速入門.北京:中國鐵道出版社,20034張乃國電源技術(shù)北京：中國電力出版社，19985何希才新型開關(guān)電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用北京：科學(xué)出版社， 20016阮新波，嚴(yán)仰光直流開關(guān)電源的軟開關(guān)技術(shù)北京：科學(xué)出版 社，20007陳汝全電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊(cè)【Ml.機(jī)械工業(yè)出版社8陳禮明.實(shí)際直流斬波電路中若干問題的淺析.梅

27、山科技，2005.2.1.5元器件列表本系統(tǒng)除了信號(hào)產(chǎn)生電路采用集成芯片外，其余的均采用分立元件。具體見下表1 （元器件清單）：1()C1, C2, C47.6-1513C30.311N54073D1, D2, D3, D4, D518.84-9.6x5.61N540751N4148D6, D77.1-3.9x1.91N41482,60 320-2-2F,J17-2H31J211L1, L20.922,2P1, P2, P31X2231S40N1040A, 100V, 0.04 ,Q12621S40N101D44H8Q2220D44H81D45H8Q3220D45H812R1, R2, R3,

28、 R4, R5, R60.42610kR751()T1413525U1163525114U24112.1.3保護(hù)電路設(shè)計(jì)斬波器的散熱設(shè)計(jì)：熱管散熱技術(shù)是當(dāng)今國際較流行的散熱方式，國內(nèi)近年來發(fā)展較快， 被人們稱之為熱的“超導(dǎo)體”，已廣泛用于車輛電傳動(dòng)系統(tǒng)，熱管的主要 特點(diǎn)：高效的導(dǎo)熱性，高度的等溫性，熱流密度變換能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)多樣靈 活、重量輕。由于模塊的開關(guān)頻率高，開關(guān)損耗大，特別是對(duì)大功率模塊, 一般普通型材散熱器難以滿足要求。熱管散熱器特別適合于這種安裝底板 絕緣的大功率模塊散熱。目前適合于大功率模塊的熱管散熱器的熱阻可以 達(dá)到額定標(biāo)準(zhǔn)以下。過電流保護(hù)電路：過電流保護(hù)采用的是在主電路中串聯(lián)一

29、個(gè) 1 £的電阻，在其兩端并聯(lián) 電磁繼電器的線圈。 過流保護(hù)信號(hào)取自電阻兩端的電壓， 當(dāng)主電路的 電流高于一定數(shù)值時(shí)，電磁繼電器的開關(guān)閉合，接通低電平， 該過電流信 號(hào)還送到3525的腳10。在3525內(nèi)部由于T3基極與A端線相連，A端線 由低電壓上升為邏輯高電平，經(jīng)過 3525A的13腳輸出為高電平，功率驅(qū) 動(dòng)電路輸出至功率場(chǎng)效應(yīng)管的控制脈沖消失。 在電路中， 過流保護(hù)環(huán)節(jié)還 輸出一個(gè)信號(hào)到與門的輸入端， 當(dāng)出現(xiàn)過流信號(hào)時(shí)， 檢測(cè)環(huán)節(jié)輸出一低電 平信號(hào)到與門的輸入端，使脈沖消失，與 3525 的故障關(guān)閉功能一起構(gòu)成 雙重保護(hù)。的保護(hù)設(shè)計(jì)： 在斬波電路中對(duì)斬波器的保護(hù)， 實(shí)際上就是對(duì)

30、的保護(hù)。 所以重要的是怎么 設(shè)計(jì)好對(duì)開關(guān)管的保護(hù)方案。 在設(shè)計(jì)對(duì)的保護(hù)系統(tǒng)中， 主要是針對(duì)過電流 保護(hù)和開關(guān)過程中的過電壓保護(hù)。的過電流保護(hù)的過流保護(hù)電路可分為2類：一類是低倍數(shù)的（1.21.5倍）的過 載保護(hù)；一類是高倍數(shù)（可達(dá)810倍）的短路保護(hù)。對(duì)于過載保護(hù)不必快速響應(yīng)， 可采用集中式保護(hù)， 即檢測(cè)輸入端或直 流環(huán)節(jié)的總電流， 當(dāng)此電流超過設(shè)定值后比較器翻轉(zhuǎn)， 封鎖所有驅(qū)動(dòng)器的 輸入脈沖，使輸出電流降為零。這種過載電流保護(hù)，一旦動(dòng)作后，要通過 復(fù)位才能恢復(fù)正常工作。能承受很短時(shí)間的短路電流， 能承受短路電流的時(shí)間與該的導(dǎo)通飽和 壓降有關(guān)，隨著飽和導(dǎo)通壓降的增加而延長。如飽和壓降小于 2V

31、 的允許 承受的短路時(shí)間小于5 S ,而飽和壓降3V的允許承受的短路時(shí)間可達(dá)15 S，45V時(shí)可達(dá)30 S以上。存在以上關(guān)系是由于隨著飽和導(dǎo)通壓降 的降低，的阻抗也降低，短路電流同時(shí)增大，短路時(shí)的功耗隨著電流的平 方加大，造成承受短路的時(shí)間迅速減小。通常采取的保護(hù)措施有軟關(guān)斷和降柵壓 2 種。軟關(guān)斷指在過流和短路 時(shí)，直接關(guān)斷。但是，軟關(guān)斷抗騷擾能力差， 一旦檢測(cè)到過流信號(hào)就關(guān)斷， 很容易發(fā)生誤動(dòng)作。 為增加保護(hù)電路的抗騷擾能力， 可在故障信號(hào)與啟動(dòng) 保護(hù)電路之間加一延時(shí)， 不過故障電流會(huì)在這個(gè)延時(shí)內(nèi)急劇上升， 大大增 加了功率損耗，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致器件的增大。所以往往是保護(hù)電路啟動(dòng)了， 器件仍然

32、壞了。降柵壓旨在檢測(cè)到器件過流時(shí)，馬上降低柵壓，但器件仍維持導(dǎo)通。 降柵壓后設(shè)有固定延時(shí)， 故障電流在這一延時(shí)期內(nèi)被限制在一較小值， 則 降低了故障時(shí)器件的功耗， 延長了器件抗短路的時(shí)間， 而且能夠降低器件 關(guān)斷時(shí)的，對(duì)器件保護(hù)十分有利。若延時(shí)后故障信號(hào)依然存在， 則關(guān)斷器 件，若故障信號(hào)消失，驅(qū)動(dòng)電路可自動(dòng)恢復(fù)正常的工作狀態(tài)， 因而大大增 強(qiáng)了抗騷擾能力。開關(guān)過程中的過電壓保護(hù)關(guān)斷時(shí)，它的集電極電流的下降率較高， 尤其是在短路故障的情況下，如不采取軟關(guān)斷措施，它的臨界電流下降率將達(dá)到數(shù)S。極高的電流下降率將會(huì)在主電路的分布電感上感應(yīng)出較高的過電壓， 導(dǎo)致關(guān)斷時(shí)將會(huì)使 其電流電壓的運(yùn)行軌跡超出

33、它的安全工作區(qū)而損壞。 所以從關(guān)斷的角度考 慮，希望主電路的電感和電流下降率越小越好。 但對(duì)于的開通來說，集電 極電路的電感有利于抑制續(xù)流二極管的反向恢復(fù)電流和電容器充放電造 成的峰值電流，能減小開通損耗，承受較高的開通電流上升率。 一般情況 下開關(guān)電路的集電極不需要串聯(lián)電感， 其開通損耗可以通過改善柵極驅(qū)動(dòng) 條件來加以控制。2.2 電路參數(shù)及選型110V考慮占空比為 90%，則 0.9=123V取1.2U2U21.2= 102V考慮到 10%的裕量U2=1.1 ×102113V一、二次電流計(jì)算 I213A 變比 12=220/113=1.95 I1213/1.08=12A考慮空載電

34、流，取 I1=1.05×12=12.6A變壓器容量計(jì)算 S11×I1=220 ×12.6=2772S22×I2=113 ×13=1469(S12)/2=2120.5整流元件選擇二極管承受反向最大電壓 1.414U2=1.414 × 113= 160V 考慮3倍裕量，則 3× 160=480V取500V該電路整流輸出接有大電容， 而且負(fù)載也不是純電感負(fù)載， 但為了 簡化計(jì)算，仍可按電感計(jì)算，只是電流裕量要可適當(dāng)取大些即可。0.50.5×13=6.5A1.414=13/1.414=9.2A()=21.57=2×

35、; 9.21.57=11.7A濾波電容選擇C1 一般根據(jù)放電的時(shí)間常數(shù)計(jì)算，負(fù)載越大，要求紋波系數(shù)越小，一般不做嚴(yán)格計(jì)算，多取 2000 以上。因該系統(tǒng)負(fù)載不大，故取C1=2200耐壓1.51.5× 160=240V取 250V即選用2200、250V電容器。的選擇因?yàn)?23V,取3倍裕量，選耐壓為400V以上的。由于是以最大標(biāo) 注且穩(wěn)定電流與峰值電流間大致為 4 倍關(guān)系，故應(yīng)選用大于 4 倍額定負(fù)載 電流的為宜，因此選用50A,額定電壓1600V左右的續(xù)流二極管的選擇根據(jù) Urm (23)UsIcm (1.5 2)Id得知 續(xù)流二極管應(yīng)選、額定電壓為的二極管3.2 D CD C 變

36、換器控制系統(tǒng)的原理和實(shí)現(xiàn)控制原理圖2所示是該變換器控制系統(tǒng)的控制原理框圖 4，其應(yīng)用背景是衛(wèi)星儲(chǔ)能姿控兩用飛輪能量回饋 系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)采用電壓、電流雙閉環(huán)串級(jí)控制結(jié)構(gòu)，外環(huán)是 電壓環(huán)，內(nèi)環(huán)是電流環(huán)。控制原理是電壓給定 U 與電壓反饋 U 進(jìn)行比較，得到的電壓誤差經(jīng)電壓調(diào)節(jié)器輸出作為電流給定 r 與電流反饋 I 進(jìn)行比較，得到的電流誤差經(jīng)電流調(diào)節(jié)器輸出對(duì) 應(yīng) 波的脈沖寬度，然后經(jīng) 控制決定分配給哪個(gè)開關(guān)管，之后 波通過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)變換器中相應(yīng)的開關(guān)管工作S 2控制產(chǎn)理権BS以上的雙閉環(huán)控制是針對(duì)工作在 方式下的開關(guān)管而言。由 于變換器采用的是兩個(gè)開關(guān)管的配合控制，兩種不同的工作模 式就對(duì)應(yīng)兩種不

37、同的開關(guān)方案，因此必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制邏輯 分配單元來實(shí)現(xiàn)這兩種開關(guān)方案，這在圖2中以 控制單元表示。3.3 控制實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以采用模擬控制方案和數(shù)字控制方案，這里以模擬控制方案闡述該/變換器控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，如圖3所示?？刂齐娐酚蓛杉?jí)調(diào)節(jié)器、 波產(chǎn)生電路、驅(qū)動(dòng)電路、故障檢 測(cè)與保護(hù)電路等組成。兩級(jí)調(diào)節(jié)器是控制電路的核心控制單元， 兩級(jí)均為帶限幅輸出的調(diào)節(jié)器，前級(jí)是電壓調(diào)節(jié)器，后級(jí)是電 流調(diào)節(jié)器，前后級(jí)串聯(lián)構(gòu)成了以輸出電壓為主控制對(duì)象、輸出 電流為副控制對(duì)象的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。電壓環(huán)的作用是穩(wěn)定輸 出電壓，在輸入電壓或負(fù)載擾動(dòng)作用下保證輸出穩(wěn)定。電流環(huán)是在穩(wěn) 態(tài)時(shí)跟隨電壓環(huán)，從而使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響

38、應(yīng)快，調(diào)節(jié)性能好，也易 于實(shí)現(xiàn)限流和過流保護(hù)。由于電壓調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié) 器的給定，故電壓調(diào)節(jié)器的限幅值決定了電流調(diào)節(jié)器的最大輸 出電流。此外，電流調(diào)節(jié)器的限幅值限制了最大輸出電壓, 防止了輸出電壓過高的非正常狀態(tài)，從而保證了系統(tǒng)的安全可 靠。波產(chǎn)生電路負(fù)責(zé)兩種開關(guān)方案的實(shí)現(xiàn)，以滿足變換器降壓工作模式和升壓工作模式的要求。 由于需要產(chǎn)生兩路控制信號(hào)，因此必須配合主變換電路進(jìn)行特 殊的電路設(shè)計(jì)， 以解決控制邏輯的分配問題。如圖 3所示，電流 調(diào)節(jié)器輸出送到比較器 、 2同相端，由一個(gè)三角波發(fā)生器產(chǎn)生的三角波送到反相端， 兩路信號(hào)相比較疊加獲得 波。分析 可知，兩種不同的 開關(guān)方案可以通過對(duì)送到比較器 、4反相端 的三角波加上不同的偏移電壓 和 來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)電流調(diào)節(jié)器輸出 電壓低于5 V時(shí)，比較器 與三角波有交點(diǎn)，輸出 波，該波形用于驅(qū)動(dòng) T ，而比較器 4與三角波沒有交 點(diǎn)，故無脈沖輸出，T2截止；當(dāng)電流調(diào)節(jié)器輸出電壓高于5 V 時(shí)，比較器 4與三角波有交點(diǎn)，輸出 波，該波形用于驅(qū)動(dòng) T ， 而比較器