2022年电力电子课程设计直流斩波电路...docx

《2022年电力电子课程设计直流斩波电路...docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年电力电子课程设计直流斩波电路...docx（31页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选学习资料 - - - - - - - - - 课程设计报告名师归纳总结 课题名称：直流斩波电路的设计第 1 页,共 18 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 电力电子技术课程设计任务书系：电气与信息工程系年级：专业：自动化指导老师姓名同学姓名课题名称直流斩波电路的设计一、设计任务和要求（1）熟识整流和触发电路的基本原理,能够运用所学的理论学问分析设计任 务；（2）把握基本电路的数据分析、处理；描画波形并加以判定；（3）能正确设计电路,画出线路图,分析电路原理；（4）广泛收集相关资料；内（5）独立摸索,刻苦专研,严禁抄袭；（6）按时完成课程设计任务,

2、仔细、正确的书写课程设计报告；容 二、设计内容（1）明确设计任务,对所要设计地任务进行详细分析,充分明白系统性能,及 指标要求；（2）制定设计方案；（3）迸行详细设计：单元电路的设计；参数运算；器件挑选；绘制电路原理 任 图；务（4）撰写课程设计报告（说明书）：课程设计报告是对设计全过程的系统总结；三、技术指标 斩波电路输出电压为 100 5V,直流降压斩波电路输入电压为直流流 200V,直流升压斩波电路输入电压为直流 50V ；脉冲周期为 50 S（降压） 40 S（升压）,脉冲信号占空比可以通过 SG3525 调剂；进 起止日期 设计内容度 6.1 分析设计任务,确定元件参数、指标安 6.

3、1 用 Multisim 进行仿真,Protel 绘制硬件电路图排 6.2 撰写设计报告答辩 成果指导 老师 评阅 看法名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 摘 要直流斩波电路的功能是将直流电变为另一种固定的或可调的直流电,也称为直流 -直流变换器（ DC/DC Converter）,直流斩波电路一般是指直接将直流变成直流的情形,不包括直流-沟通-直流的情形；直流斩波电路的种类许多：降压斩波电路,升压斩波电路,这两种是最基本电路；另外仍有升降压斩波电路,Cuk 斩波电路, Sepic 斩波电路, Zeta 斩波电路；斩

4、波器的工作方式有：脉宽调 制方式（ Ts 不变,转变 ton）和频率调制方式（ ton 不变,转变 Ts）；本设计是基 于 SG3525 芯片为核心掌握的脉宽调制方式的升压斩波电路和降压斩波电路,设 计分为 Multisim 仿真和 Protel 两大部分构成； Multisim 主要是仿真分析, 借助其强大的仿真功能可以很直观的看到PWM 掌握输出电压的曲线图, 通过设置参数分析输出与电路参数和掌握量的关系,利用软件自带的电表和示波器能直观的分析各种输出结果；其次部分是硬件电路设计,它通过关键字 ：直流斩波； PWM；SG3525Protel 等软件设计完成；名师归纳总结 - - - - -

5、 - -第 3 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目 录1 直流斩波主电路的设计 . 1.1 直流斩波电路原理 . 1.1.1 直流降压斩波电路 . 1.2.2 直流升压斩波电路 . 1.2 主电路的设计 . 1.2.1 直流降压斩波电路 . 1.2.2 直流降压斩波电路参数计数 . 1.2.3 直流升压斩波电路 . 1.2.4 直流升压斩波参数运算 . 2 触发电路设计 . 2.1 掌握及驱动电路设计 . 2.1.1 PWM 掌握芯片 SG3525简介 . 52.1.2 SG3525内部结构及工作特性 . 2.1.3 触发电路 . 2.2 系统总电路图 . 3

6、 电路仿真 . 3.1 触发电路的仿真 . 3.1.1 Multisim 仿真电路的建立 . 3.1.2 触发电路的仿真结果及分析 . 3.2 直流降压斩波电路的仿真及分析 . 10 3.2.1 Multisim 仿真电路的建立 . 10 3.2.2 直流降压斩波电路仿真结果及分析 . 10 3.3 升压斩波电路仿真 . 11 3.3.1 Multisim 仿真电路的建立 . 11 3.3.2 直流升压斩波电路仿真结果及分析 . 12 4 总结与体会 . 13 参考文献 . 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1 直

7、流斩波主电路的设计1.1 直流斩波电路原理1.1.1 直流降压斩波电路直流降压变流器用于降低直流电源的电压,原理电路如图 1-1 所示；在开关器件 V 导通时,有电流经电感 L 向负载供电,在 V 关断时,电感 L 释放储能,维护负使负载侧电压低于电源电压, 其载电流,电流经负载和二极管VD 形图 1-1 直流降压斩波电路原理图成回路；调剂开关器件V 的通断周期,可以调整负载侧输出电流和电压的大小；负载侧输出电压的平均值为：UotontontoffEtonEE（1-1）T式中 T 为 V 开关周期 , on为导通时间,为占空比；Uo 最大为 E,减小 a,Uo 随之减小降压斩波电路； 也称为

8、Buck 变换器 Buck Converter；负载电流平均值为：I0U0Em（1-2）R电流断续时, uo 平均值会被抬高,一般不期望显现；依据对输出电压平均值进行调制的方式不同,斩波电路可有三种掌握方式 : （l） 保持开关周期 T 不变,调剂开关导通时间 t on,称为 PWMPulse Width Madula-tion或脉冲调宽型；（2） 保持开关导通时间 t on 不变,转变开关周期 T,称为频率调制或调频型；（3）t on 和 T 都可调,使占空比转变,称为混合型；1 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - -

9、 1.2.2 直流升压斩波电路直流升压变流器用于需要提升直流电压的场合,其原理图如图 1-2 所示；在电路中 V 导通时,电流 由 E 经升压电感 L 和 V 形成回路,电感 L 储能；当 V 关断时,电感产生的反电动势和直流电源电压方向相同相互叠加,从而在负载侧 得到高于电源的电压,二极管的作用是阻断图 1-2 直流升压斩波电路原理图 V 导通是,电容的放电回路；调剂开关器件 V 的通断周期,可以调整负载侧输出电流和电压的大小；负载侧输出 电压的平均值为 : UotontofftoffEtTE（1-3）toff式中 T 为 V 开关周期 , on为导通时间,ott为关断时间；升压斩波电路之所

10、以能使输出电压高于电源电压,关键有两个缘由:一是 L 储能之后具有使电压泵升的作用,二是电容 C 可将输出电压保持住；在以上分析中,认为 V 处于通态期间因电容 C 的作用使得输出电压Uo 不变,但实际上 C 值不行能为无穷大, 在此阶段其向负载放电, U；必定会有所下降,故实际输出电压会略低于理论所得结果,不过,在电容 C 值足够大时,误差很小,基本可以忽视；2 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1.2 主电路的设计1.2.1 直流降压斩波电路直流降压斩波主电路图如图 1-3 所示；图 1-3 直流降压斩波主电路

11、1.2.2直流降压斩波电路参数计数E=200V,负载电阻R=10设计降压斩波电路中,直流降压变压器电源电压 ,试选 L=2mH,T=50 S,ton =25 S；依据判定电流断续的条件：L=0.0002,T =0.1,me1（1-4）e1=0.051 1=0.487m （1-5）Ree全部所选 L 符合要求,电流不断续；全控型器件挑选 Silicon N Channel MOS FET 2SK307L,其主要参数如下：关断频率： f=1MHz t d on =60ns （1-6）t d off =550ns （1-7）ID =75A （1-8）VDS 40 V（1-9）VGSS 20 V（1-

12、10）3 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2SK307 的参数符合设计要求；理论运算降压后输出结果：Uot onTE100 V1-4 所示；（1-11）IoU Ro10A（1-12）1.2.3直流升压斩波电路直流升压斩波电路主电路图如图图 1-4 直流升压斩波主电路1.2.4 直流升压斩波参数运算设计降升斩波电路中, 直流升压变压器电源电压E=50V,负载电阻 R=10 ,试选 L=2mH,T=40 S,ton =20 S；C=30mF 依据判定电流断续的条件：m1e e（1-13）1其中 + =1,经运算可知所

13、选元件参数符合要求,在此升压斩波电路中电流不 断续；全控型器件同直流降压斩波电路一样挑选 2SK307L,参数在此不在赘述；理论运算升压后输出结果：Silicon N Channel MOS FET Uo11E100 V（1-14）Ioo10 V（1-15）U R4 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2 触发电路设计2.1 掌握及驱动电路设计2.1.1 PWM 掌握芯片 SG3525简介 SG3525A 系列脉宽调制器掌握电路可以改进为各种类型的开关电源的掌握 性能和使用较少的外部零件； 在芯片上的 5.1V 基准

14、电压调定在1,误差放大 器有一个输入共模电压范畴； 它包括基准电压, 这样就不需要外接的分压电阻器 了；一个到振荡器的同步输入可以使多个单元成为从电路或一个单元和外部系统 时钟同步； 在 CT 和放电脚之间用单个电阻器连接即可对死区时间进行大范畴的编程；在这些器件内部仍有软起动电路,它只需要一个外部的定时电容器；一只断路脚同时掌握软起动电路和输出级；只要用脉冲关断, 通过 PWM（脉宽调制）锁存器瞬时切断和具有较长关断命令的软起动再循环；当 VCC 低于标称值时欠 电压锁定禁止输出和转变软起动电容器；输出级是推挽式的可以供应超过200mA 的源和漏电流； SG3525A 系列的 NOR（或非）

15、规律在断开状态时输出为 低； 工作范畴为 8.0V 到 35V 5.1V 1.0调定的基准电压100Hz 到 400KHz 振荡器频率 分立的振荡器同步脚2.1.2 SG3525内部结构及工作特性（1）基准电压调整器基准电压调整器是输出为5.1V,50mA,有短路电流爱护的电压调整器；它供电给全部内部电路, 同时又可作为外部基准参考电压； 如输入电压低于 6V 时,可把 15、16 脚短接,这时 5V 电压调整器不起作用；（2）振荡器 3525A 的振荡器,除 CT、RT 端外,增加了放电 7、同步端 3；RT 阻值打算 了内部恒流值对 CT 充电, CT 的放电就由 5、7 端之间外接的电阻

16、值 RD 打算；把充电和放电回路分开,有利于通过 这时 3525A 的振荡频率可表为：RD 来调剂死区的时间,因此是重大改进；fSCT0.713RD（2-1）RT5 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - （3）SG3525 的内部结构SG3525的内部结构如图 2-1 所示；图 2-1 SG3525 的引脚以及内部框图在直流降压斩波电路中可以通过调剂2 脚接的电阻值转变输出脉冲信号的占空比,依据求频率f 的公式运算出 SG3525 外接元件参数如下：（2-2）CT0 . 01F2.1.3触发电路RT7.（2-3）（2-

17、4）RD10MOS FET 驱动电路分类驱动电路分为：分立插脚式元件的驱动电路；光耦驱动电路； 厚膜驱动电路； 专用集成块驱动电路； 本文设计的电路采纳的是专用集成块驱动电路；MOS FET 驱动电路分析随着微处理技术的进展包括处理器、 系统结构和存储器件 ,数字信号处理器以其优越的性能在沟通调速、运动掌握领域得到了广泛的应用； 一般数字信号处理器构成的掌握系统,MOS FET 驱动信号由处理器集成的 PWM 模块产生的；而 PWM 接口驱动才能及其与 MOS FET 的接口电路的设计直接影响到系统工作的牢靠性；因此本文采纳 SG3525设计的光耦驱动电路是一种牢靠的 MOS FET 驱动方案

18、； SG3525 的光耦驱动电路如图 2-2 所示；6 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 2-2 MOS FET 触发电路图2.2 系统总电路图系统总的电路图如图 2-3 所示图 2-3 系统总电路图7 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3 电路仿真3.1 触发电路的仿真3.1.1 Multisim 仿真电路的建立在 Multisim 中用元件 PWMVM 代替 PWM 掌握芯片 SG3525,PWMVM的外接电路如图 3-1

19、所示,依据仿真电路图原理通过转变 冲占空比, 转变脉冲的占空比就是对脉冲的宽度进行调制,器,通过占空比的掌握从而掌握输出电压的大小；图 3-1 触发电路模拟仿真图8 R7 的大小可以转变脉 即构成脉冲宽度掌握名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3.1.2 触发电路的仿真结果及分析在 Multisim 中对触发电路进行仿真,依据PWMVM 掌握原理可知,当R7=10K 时,占空比为 90%,仿真结果如图 3-2 所示：当 R7=50K 时,占空比为 50%,仿真结果如图 3-3 所示；图 3-2 R7=10K 时触发

20、脉冲波形图图 3-3 R7=50K 时触发脉冲波形图9 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3.2 直流降压斩波电路的仿真及分析3.2.1 Multisim 仿真电路的建立依据直流降压变流器原理图建立变流器的Multisim 仿真模型如图 3-4 所示；图 3-4 降压斩波电路模型在模型中采纳了 MOS FET,MOS FET 的驱动信号由脉冲发生器产生, 设定脉冲发生器的脉冲周期为 50 S 和脉冲宽度可以调剂脉冲占空比为 50%,直流降压变流器电源电压 E=200V,输出电压 U R =100V,电阻负载为 1

21、0 ,电感 L=2mH；用示波器观看输出波形和二极管两端电压波形,负载电流；3.2.2 直流降压斩波电路仿真结果及分析用直流电压分别检测输出电压和脉冲信号波形和输出电压波形如图 3-5,脉冲信号波形和二极管两端的电压波形如图 3-6；. 图 3-5 输出波形图10 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 3-6 二极管电压波形图由图 3-5 分析可知观看结果同理论值相符,误差在答应范畴内；所设参数满足降压要求但是电压的波动很大；修改电感参数进行多次仿真, 可发觉增大电感可以削减输出电压的脉动,但电压达到稳固的时间被

22、推迟；由图 3-6 分析可知二极管在 MOS FET 导通关断此时电压等于电源电压 起续流的作用此时电压等于 0；3.3 升压斩波电路仿真3.3.1 Multisim 仿真电路的建立E,在 MOS FET 关断是导通依据直流升压压变流器原理图建立变流器的 Multisim 仿真模型如图 3-7 所示；图 3-7 升压斩波电路模型在图 3-7 升压斩波电路模型中采纳了 发生器产生,设定脉冲发生器的脉冲周期为MOS FET,MOS FET 的驱动信号由脉冲 40 S 和脉冲宽度可以调剂脉冲占空11 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 18 页精选学习资料 - - - - -

23、- - - - 比为 50%,直流降压变流器电源电压E=50V,输出电压UR=100V,电阻负载为10 ,电感 L=2mH,电容 C=30mF；用示波器观看输出波形和二极管与电容两端电压波形,用直流电压分别检测输出电压和负载电流；3.3.2 直流升压斩波电路仿真结果及分析脉冲信号和输出电压波形如图 容两端的波形如图 3-10 所示；3-8 和 3-9 所示,脉冲信号波形和二极管与电图 3-8 输出电压波形仿真开头图 3-9 输出电压稳固后波形12 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 3-10 二极管与电容两端的

24、电压由图 3-7 与 3-8 分析可知示波器、电压表、电流表所观测的结果与理论值相符,误差很小在答应范畴内；由图3-8 可知电感越大输出电压越稳固但是推迟时间越长,由图 3-10 可知二极管与电容两端的电压在 MOS FET 关断时电压等于电源电压 E,此时 E 和 L 共同向电容 C 充电并向负载 R 供应能量,当电路工作于稳态时,一个周期 T 中电感 L 积蓄的能量与释放的能量相等4 总结与体会做过许多次各科的课程设计了, 但是这次的课程设计给我的印象最深；通过这次的课程设计,我发觉了电力电子技术的重要性,它里面的器件如 MOS FET 之类的仍可以对我们实际的电路起到提高效率和爱护作用,

25、可以通过掌握它的触发脉冲来实现它的关断, 这都是非经常见但是却特别有实际意义的；课程设计并 没有想象中的那么顺当, 其间我也遇到了许多的困难, 但是在大家的争论和老师 的帮忙下我们仍是完成了, 这让我意识到只要我们努力了, 就没有攻不过的难关,而且,对于电力电子技术的摸索, 让我的规律思维才能大大提高, 思维更加灵敏；同时让我培育了一种透过部分联系全篇的思路,提高了许多；锤炼了我办事的才能, 做事效率一次次小小的课题设计, 也可以折射到一次对人生的规划,课题的设计是我人生设计的一部分, 为我人生的规划埋下了美好的种子；成果,我喜爱这种具有挑战性的课题设计；我特别珍爱这次取得的这次的课题设计,

26、我获益颇多, 不仅让我明白了电力电子器件的功能,更精进了我对器件的懂得和运用,让我深深喜爱上了这门学科；设计虽然是辛苦的,13 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 但是获得的比我付出的更多；在此也感谢老师对我们的指导；参考文献1 王兆安,刘进军 .电力电子技术 M 第五版 北京：机械工业出版社, 2022 年1 Wang Zhaoan, Liu Jinjun. Power Electronics M. Fifth Edition Beijing: China Machine Press, 2022 14 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 18 页