降压斩波电路课程设计---湖南工程学院.doc

精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除整流电路路主电路驱动电路控制电路一：整体设计思路： 电力电子器件在实际应用中，主要包括控制电路、驱动电路、主电路以及必要的保护电路组成的一个系统。由信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的开通与关断完成整个电路的功能，当控制电路所产生的控制信号足以驱动电力电子开关工作后就无需驱动电路。（主电路核心器件为MOSFET V，利用控制电路的控制信号来控制其开通关断，获得不同的占空比从而得到所需的电压；控制电路核心元件为SG3525，该元件可产生占空比可调的矩形波，用以控制MOSFET V的通断；驱动电路主要是光电耦合电路，连接控制部分和主电路的桥梁。）根据降压斩波电路设计要求设计出主电路、控制电路、驱动电路框图如下所示：二：电路的设计1：主电路的设计 直流降压斩波电路主电路使用一个全控型器件IGBT控制导通，利用控制电路和驱动电路来控制IGBT的通断，当t=0时，驱动IGBT导通，电源向负载供电，负载电压为电源电压时，负载电流io按指数曲线上升。当t=t1时刻控制IGBT关断负载电流经二极管续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。其中电感L值较大。至一个周期结束，在驱动IGBT导通，重复上述过程当电路工作稳定时，负载电压的平均值为Uo=Ton*E/Ton+Toff=Ton*E/T=E=（加书上120页B图）式中，Ton为IGBT开通时间，Toff为IGBT关断时间，为导通占空比，简称占空比或导通比。的减小Uo随之减小，因此该电路称为降压斩波电路（buck电路）。直流降压斩波主电路图如下所示：MOSFET V的G和S端与驱动电路连接2：控制电路设计控制电路需要实现的功能是产生控制信号，用于控制斩波电路中主功率器件的通断，通过对占空比的调节达到控制输出电压大小的目的。斩波电路的控制方式包括脉冲宽度调制、频率调制（调频型）和混合型三种，此处用到的是PWM（脉冲宽度调制）来控制IGBT的通断。PWM控制就是对脉冲宽度进行调制的技术，通过改变脉冲的占空比来获得所需的输出电压。选用SG3525芯片来输出PWM波，SG3525A产生脉冲波形的各引脚和外接电路如图3所示，15脚接高电平，8脚接低电平，16脚为基准电压一般为5.1V。5，6，7脚接震荡电路，利用电阻，电感，电容。形成震荡电路，调整电位器使其产生占空比适中的脉冲波形输出。震荡电路中C， R 的选取，起震荡频率应接近或大于开关频率，故可选取C=0.01uf,R=5.1k的电阻，使其产生占空比为0.5-0.75的方波脉冲信号；降压斩波电路控制电路图如下所示： 其中11和14脚通过二极管接到一起，与驱动电路相连接SG3525引脚及功能如下图所示，1. 引脚功能1. Inv.input(引脚1)：误差放大器反向输入端。在闭环系统中，该引脚接反馈信号。在开环系统中，该端与补偿信号输入端（引脚9）相连，可构成跟随器。 2.Noninv.input(引脚2)：误差放大器同向输入端。在闭环系统和开环系统中，该端接给定信号。根据需要，在该端与补偿信号输入端（引脚9）之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型的调节器。 3.Sync(引脚3)：振荡器外接同步信号输入端。该端接外部同步脉冲信号可实现与外电路同步。 4.OSC.Output(引脚4)：振荡器输出端。 5.CT(引脚5)：振荡器定时电容接入端。 6.RT（引脚6）：振荡器定时电阻接入端。 7.Discharge(引脚7)：振荡器放电端。该端与引脚5之间外接一只放电电阻，构成放电回路。 8.Soft-Start(引脚8)：软启动电容接入端。该端通常接一只5 的软启动电容。 9.Compensation(引脚9)：PWM比较器补偿信号输入端。在该端与引脚2之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型调节器。 10.Shutdown(引脚10)：外部关断信号输入端。该端接高电平时控制器输出被禁止。该端可与保护电路相连，以实现故障保护。 11.Output A（引脚11）：输出端A。引脚11和引脚14是两路互补输出端。 12.Ground(引脚12)：信号地。 13.Vc(引脚13)：输出级偏置电压接入端。 14.Output B（引脚14）：输出端B。引脚14和引脚11是两路互补输出端。 15.Vcc（引脚15）：偏置电源接入端。 16.Vref(引脚16)：基准电源输出端。该端可输出一温度稳定性极好的基准电压。2. 工作原理：SG3525内置了5.1V精密基准电源，微调至 1.0%，在误差放大器共模输入电压范围内，无须外接分压电组。SG3525还增加了同步功能，可以工作在主从模式，也可以与外部系统时钟信号同步，为设计提供了极大的灵活性。在CT引脚和Discharge引脚之间加入一个电阻就可以实现对死区时间的调节功能。由于SG3525内部集成了软启动电路，因此只需要一个外接定时电容。 SG3525的软启动接入端（引脚8）上通常接一个5 的软启动电容。上电过程中，由于电容两端的电压不能突变，因此与软启动电容接入端相连的PWM比较器反向输入端处于低电平，PWM比较器输出高电平。此时，PWM琐存器的输出也为高电平，该高电平通过两个或非门加到输出晶体管上，使之无法导通。只有软启动电容充电至其上的电压使引脚8处于高电平时，SG3525才开始工作。由于实际中，基准电压通常是接在误差放大器的同相输入端上，而输出电压的采样电压则加在误差放大器的反相输入端上。当输出电压因输入电压的升高或负载的变化而升高时，误差放大器的输出将减小，这将导致PWM比较器输出为正的时间变长，PWM琐存器输出高电平的时间也变长，因此输出晶体管的导通时间将最终变短，从而使输出电压回落到额定值，实现了稳态。反之亦然。 外接关断信号对输出级和软启动电路都起作用。当Shutdown（引脚10）上的信号为高电平时，PWM琐存器将立即动作，禁止SG3525的输出，同时，软启动电容将开始放电。如果该高电平持续，软启动电容将充分放电，直到关断信号结束，才重新进入软启动过程。注意，Shutdown引脚不能悬空，应通过接地电阻可靠接地，以防止外部干扰信号耦合而影响SG3525的正常工作。 欠电压锁定功能同样作用于输出级和软启动电路。如果输入电压过低，在SG3525的输出被关断同时，软启动电容将开始放电。 此外，SG3525还具有以下功能，即无论因为什么原因造成PWM脉冲中止，输出都将被中止，直到下一个时钟信号到来，PWM琐存器才被复位。3：驱动电路设计 IGBT是电力电子器件，控制电路产生的控制信号难以直接驱动IGBT，因此需要信号放大的电路。另外直流斩波电路会产生电磁干扰，会影响控制电路正常工作甚至导致电力电子器件的损坏，因而还需待电气隔离部分。驱动电路是连接控制电路和主电路的桥梁。 采用光耦隔离式驱动电路，岂提供的脉冲宽度不受限制，较易检测IGBT的电压和电流状态，对外送出电流信号，使用方便稳定性能较好，驱动电路采用的光耦电路（光耦合器由发光二极管和光敏电阻晶体管组成）进行主电路和控制电路隔离，再加一级推挽电路放大驱动信号使之足以驱动IGBT。为得到最佳波形，在调试的过程中对光耦两端的电阻要进行合理搭配。驱动电路图如下所示： 用于连接主电路和控制电路的桥梁，用到光耦隔离起到电气隔离的作用;推免电路起到放大控制信号以驱动主电路.三：整体电路图整体电路图如下所示:四：总结与体会经过两周的电力电子课程设计，真的受益匪浅，【精品文档】第 3 页