60Wboost电路的设计

1电力电子技术课程设计课题：60Wboost电路的设计班级电气学号姓名专业电气工程及其自动化系别电子与电气工程学院指导教师陈万2015年6月2目录一、总体设计思路...........................................................................................................................31.1设计的目的.............................................................................................................31.2实现方案.................................................................................................................3二、直流稳压电源设计...................................................................................................................42.1电源设计基本原理.....................................................................................................42.2稳压电源总电路设计.................................................................................................6三、boost主电路设计.....................................................................................................................83.1boost电路工作原原理................................................................................................8四、控制电路设计............................................................................................错误!未定义书签。4.1PWM控制芯片SG3525................................................................错误!未定义书签。4.2控制电路原理................................................................................错误!未定义书签。五、驱动电路设计............................................................................................错误!未定义书签。5.1IGBT对驱动电路的影响............................................................................................145.2驱动电路基本原理...................................................................................................14六、结论.......................................................................................................................................16七、心得体会...............................................................................................................................16八、附录3一、总体设计思路1.1设计目的升压斩波电路是最基本的斩波电路之一，利用升压斩波电路可以实现对直流的升压变化。所以，升压斩波电路也可以认为是直流升压变压器，升压斩波电路的应用主要是以Boost变换器实现的。升压斩波电路的典型应用有：一、直流电动机传动，二、单相功率因数校正（PowerFactorCorrectionPFC）电路，三、交直流电源。直流升压斩波电路的应用非常广泛，原理相对比较简单，易于实现，但是，设计一个性能较好变压范围大的Boost变换器并非易事，本设计的目的也就在于寻求一种性能较高的斩波变换方式和驱动与保护装置。1.2实现方案本设计主要分为五个部分：一、直流稳压电源（整流电路）设计，二、Boost变换器主电路设计，三、控制电路设计，四、驱动电路设计，五、保护电路设计。直流稳压电源的设计相对比较简单，应用基本的整流知识，该部分并非本设计的重点，本设计的重点在于主电路的设计，主电路一般由电感、电容、电力二极管、和全控型器件IGBT组成，主电路的负载通常为直流电动机，控制电路主要是实现对IGBT的控制，从而实现直流变压。主电路是通过PWM方式来控制IGBT的通断,使用脉冲调制器SG3525来产生PWM的控制信号。设计主电路的输出电压为75V，本设计采用闭环负反馈控制系统，将输出电压反馈给控制端，由输出电压与载波信号比较产生PWM信号，达到负反馈稳定控制的目的。LDCRVLiiuouOtguOtLimaxLiminLiTont图1-1原理框图二、直流稳压电源设计2.1电源设计基本原理在电子电路及设备中一般都需要稳定的直流电源供电。这次设计的直流电源4为单相小功率电源，它将频率为50Hz、有效值为220V的单向交流电压转换为幅LDCRVLiiuouOtguOtLimaxLiminLiTont值稳压、输出电流为几十安以下的直流电压。其基本框图如下：图2-1直流稳压电源基本框图图2-2波形变换2.1.1变压环节由于直流电压源输入电压为220V电网电压，一般情况下，所需直流电压的数值远小于电网电压，因此需通过电源变压器降压后，再对小幅交流电压进行处理。变压器的电压比及副边电压有效值取决于电路设计和实际需要。2.1.2整流环节变压器变压器副边电压通过整流电路从交流电压转换为直流电压，即将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压，半波整流电路和全波整流电路的输出波形如上图所画。可以看出，他们均含有较大的交流分量，会影响负载电路的正常工作；例如，交流分量将混入输入信号被放大电路放电，甚至在放大电路的输出端所混入的电源交流分量大于有用信号；因而不能直接作为电子电路的供电电源。应当指出，图中整流电路输出端所画波形是未接滤波电路时的波形，接入滤波电路后5波形将有所变化。2.1.3滤波环节为了减小电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑理想情况下，应将交流分量全部滤掉，使滤波电路的输出电压仅为直流电压。对于稳定性不高的电子电路，整流、滤波后的直流电压可以作为供电电源。本设计采用LC滤波电路，这种电路具有较强适应性，带负载能力较强。二极管的导通角较大，整流管的冲击电流较小。2.1.4稳压环节虽然整流滤波电路能将交流电压变换成较为平滑的直流电压，但是，一方面，由于输入电压平均值取决于变压器副边电压的有效值，所以电网电压波动时，输出电压平均值也随之产生；另一方面，由于整流电路内阻存在，当负载变化时，内阻上的电压将产生变化。因此，整流滤波电路输出电压会随着电网电压的波动而波动，随着负载电阻的变化而变化。为了获得稳定性好的直流电压，必须采用稳压措施。2.2稳压电源总电路设计2.2.1总电路图U1+-DDzR3R2R1A+-R+-CLT+-Rl图2-3稳压源主电路2.2.2电路工作原理变压电路将220V市电经过电源变压器降压后，变成15V左右的低幅交流电。6再通过整流电路将交流电流整流，将正弦波电压变成单一方向的脉动电压。然后通过LC滤波电路滤波，是输出电压平缓。最后通过稳压电路稳定输出电压，采用具有放大环节的串联型稳压电路稳定输出电压，该电路可调节输出电压，集成运放工作在深度负反馈，输出电阻趋于零，因而电压相当稳定。2.2.3直流稳压电源的相关参数对于直流稳压电源的设计，要考虑到其中几项重要参数，如输出电压，输出电流的平均值，以及脉动稳定系数等。对于输入电压，稳压管和限流电阻的选择也是不可忽视的。在此章节对其进行相关计算和总结。（1).输出电压平均值就是负载电阻上电压的平均值)(AVOU。)(AVOU=π02π212Usinωtd(ωt)推导计算得)(AVOU=π22U≈0.452U负载电流的平均值)(AVOI=LAVORU)(≈LRU245.0将整流输出电压的基波峰值MU01与输出电压平均值)(AVOU之比定义为整流输出电压的脉动系数S，即可得出：S=MU01/)(AVOU则单项桥式整流电路，输出电压的平均值)(AVOU=π02π12Usinωtd(ωt)=π222U≈0.92U由此推出输出电流的平均值)(AVOI=LAVORU)(≈LRU29.0（2)滤波电路输出电压平均值)(AVOU=)41(22CRTUL由此可推出脉动系数)14/(1TCRSL7（3）对于任何稳压电路，均可用稳压系数rS和输出电阻0R来描述其稳压性能。rS定义为负载一定时稳压电路输出电压相对变化量与其输入电压相对变化量之比，即LRIrUUS|/ΔU/ΔUI00常数LR|ΔUΔUUUI001常数rS表示电网电压波动的影响，其值愈小，电网电压变化时输出电压的变化愈小。式中IU为整流滤波后的电流电压。稳压电路输入电压IU的选择一般选取IU=（2~3）0U0R为输出电阻，是稳定电路输入电压输入一定时输出电压变化量与输出电流变化量之比，即000ΔIΔUR0R表示负载电阻对稳定性能的影响。8三、Boost主电路设计3.1Boost电路工作原理当开关S在位置a时，如图5所示电流iL流过电感线圈L，电流线性增加，电能以磁能形式储在电感线圈L中。此时，电容C放电，R上流过电流Io，R两端为输出电压Vo，极性上正下负。由于开关管导通，二极管阳极接Vs负极，二极管承受反向电压，所以电容不能通过开关管放电。开关S转换到位置b时，构成电路如2(b)所示，由于线圈L中的磁场将改变线圈L两端的电压极性，以保持iL不变。这样线圈L磁能转化成的电压VL与电源Vs串联，以高于Vo电压向电容C、负载R供电。高于Vo时，电容有充电电流；等于Vo时，充电电流为零；当Vo有降压趋势时，电容向负载R放电，维持Vo不变。1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:19-Nov-2006SheetofFile:E:\DESIGN.ddbDrawnBy:RCLDQViniLiOiC图3-1升压斩波电路3.1.1各元器件功能Q开关管IGBT。D截流二极管,在Ton时防止C中电路流过Q。L升压电感，起储能及电压提升作用。C输出滤波电容，起储能作用。3.1.2工作原理QDLCQ导通时截止，防止Vc作用于Q自感电动势与Vin相反,随iL值上升L储能增加放电Q关闭时导通，使Vin和L之叠加的高电压作用于C及负载自感电动势与Vin相同并叠加升压作用于C与负载,随iL值下降L释放能量充电9注：该电路不能空载，否则会因L上积累的