电力电子升压斩波电路设计

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1、**大学课程设计引言斩波器的工作方式有三种：一是脉宽调制方式，保持周期不变，改变开关导通时间。二是频率调制方式，保持不变，改变周期。三是混合型，和都可调，使占空比改变。直流斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的直流直流变换器,在直流传动系统、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用。直流斩波技术已被广泛用于开关电源及直流电动机驱动中，使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。全控型电力电子器件在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波等领域得到了广泛的应用。11**大学课程设计1总体方案简介1

2、.1设计原理框图本设计拟采用直流升压斩波电路将输入的50V直流电压进行电压抬升，调节占空比，使其为时，进而使输出直流电压为。控制电路RL主电路V1V2检测电路驱动电路控制电路主电路直流斩波电路电路输出输入图1-1组成框图1.2方案介绍主电路的功能是对输入的50V的直流电压进行升压。它主要由全控型器件IGBT及电感、电容器件组成。控制电路部分则是对全控型器件IGBT的通断进行控制，来获得不同的占空比，实现不同占空比下电压的抬升。具体结构在后面将会介绍。1.3设计结构本设计主要包括三部分，即主电路设计、控制电路设计以及驱动电路设计。11*

3、*大学课程设计2主电路设计2.1主电路原理图主电路采用升压斩波电路，工作波形如图所示。该电路中使用的是全控型器件IGBT。0UGE0ioI1图2-1升压斩波电路原理及工作波形2.2主电路工作原理假设L值、C值很大。当V导通时，E向L充电，充电电流恒为I1，同时C的电压向负载供电，因C值很大，输出电压为恒值,记为。设V通的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为EI1ton。当V断开时，E和L共同向C充电并向负载R供电。设V断的时间为toff，则此期间电感L释放能量为：稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等，则有：经过化简，可以得到输

4、出电压的值：因为周期T大于toff，则输出电压高于电源电压，故称升压斩波电路。也称之为boost变换器。式中表示升压比，调节其大小即可改变输出电压的大小，调节的方法和改变占空比的方法发类似。将升压比的倒数记作，则和导通占空比，有如下关系：因此，输出电11**大学课程设计压表达式为：升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因：①L储能之后具有使电压泵升的作用。②电容C可将输出电压保持住。如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由负载R消耗，与降压斩波电路一样，升压斩波电路可看作直流变压器。2.3升压斩波电路的典型应用升压斩波电路的典型

5、应用，一是用于直流电动机传动，二是用作单相功率因数校正电路，三是用于其他交直流电源中。当升压斩波电路用于直流电动机传动时，再生制动时把电能回馈给直流电源。工作电路及波形图如图所示。OOEOOE电流连续电流断续图2-2用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及工作波形由于实际电路中的电感值不可能为无穷大，因此和降压斩波电路一样，也有电动机电枢电流连续和断续两种工作状态。此时电动机反电动势相当于图2-1中的11**大学课程设计电源，直流电源相当于负载。因为直流电源的电压基本是恒定的，因此不必并联电容器。对电路分析如下：当IGBT处于导通时，得

6、：其中R为电动机电枢回路电阻与线路电阻之和。设的初值为，解上式得：当IGBT处于关断时，设电动机电枢电流为，得：设的初值为，解上式得：当电流连续时，从图2-2的电流波形可看出，时刻，时刻，由此可得：故由上两式求得：把上面两式用泰勒级数线性近似，得：11**大学课程设计该式表示了L为无穷大时电枢电流的平均值，即当电流断续时的波形如图3-2所示。当时刻，令上述电流连续时式中即可求出，进而可写出的表达式。另外，当时，，可求得持续的时间，即当时，电路为电流断续工作状态，是电流断续的条件，即根据上式可对电路的工作状态做出判断。该式也是最优参数选

7、择的依据。2.4最优参数选择主电路中的电感和电容应足够大，以保证电流不断续。考虑到理想条件达不到，则需使电感和电容尽量大，尽可能减小误差。11**大学课程设计3控制电路设计此电路主要用来产生控制信号。产生PWM信号有很多方法，但归根到底不外乎直接产生PWM的专用芯片、单片机、PLC、可编程逻辑控制器等本电路。本设计采用直接产生PWM的专用芯片SG3525。3.1芯片介绍芯片引脚图如图所示。图3-1SG2535芯片引脚图3.2原理分析该芯片的外围电路只需简单的连接几个电阻电容，就能产生特定频率的PWM波，通过改变输入电阻的值就能改变输出

8、PWM波的占空比，故在输入端接一个可调电阻就能实现PWM控制。为了提高安全性，该芯片内部还设有保护电路。它还具有高抗干扰能力，是一款性价比相当不错的工业级芯片。其连接电路图如下图所示。通过R2、R3、C3结合SG3525