电力电子升压斩波电路课程设计.(DOC)

武汉理工大学《电力电子课程设计》说明书1目录摘要................................................................................................................................21.主电路设计.................................................................................................................31.1MOSFET升压斩波电路原理图.....................................................................31.2MOSFET升压斩波电路工作原理.................................................................31.3MOSFET升压斩波电路元器件选择、参数确定.........................................51.4MOSFET升压斩波电路典型波形.................................................................61.5晶闸管的触发电路.........................................................................................61.6驱动电路.........................................................................................................81.7升压斩波电路的主电路设计..........................................................................92.控制电路设计...........................................................................................................102.1控制电路原理图............................................................................................102.2控制电路工作原理........................................................................................103.仿真结果...................................................................................................................124.心得体会...................................................................................................................145.参考文献.................................................................................................................15武汉理工大学《电力电子课程设计》说明书2摘要直流直流升压电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的DC-DC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。随之出现了诸如降压电路、升降压电路、复合电路等多种方式的变换电路。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。早期的直流装换电路，电路复杂、功率损耗、体积大，使用不方便。晶闸管的出现为这种电路的设计又提供了一种选择。晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。它电路简单体积小，便于集成；功率损耗少，符合当今社会生产的要求；所以在直流转换电路中使用晶闸管是一种很好的选择。直流斩波电路的种类较多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路和Zeta斩波电路。利用不同的基本斩波电路进行组合，可构成复合斩波电路。本文着重解决用MOSFET作开关的升压斩波电路。武汉理工大学《电力电子课程设计》说明书31.主电路设计设计一个MOSFET升压斩波电路（纯电阻负载）设计要求：1）输入直流电压：Ud=50V；2）输出功率：300W；3）开关频率：5KHz；4）占空比：10%-50%；5）输出电压脉动率：小于10%。1.1MOSFET升压斩波电路原理图MOSFET升压斩波电路原理图如图1所示，图1MOSFET升压斩波主电路原理图1.2MOSFET升压斩波电路工作原理在控制开关开通期间ont，电流从电源正极流出，经过电感从开关流回电源负极。电容C向R供电，输出电压oU上正下负。电源电压iU全部加到电感两端LiuU，在该电压作用下，电感电流Li线性增长。在导通之间内，电感电流增量为：武汉理工大学《电力电子课程设计》说明书40ontiiiLonUUUidttTLLL1-1在控制开关关断期间offt，Li经二极管流出，电感电压极性将变成左负右正，认为电感很大，Li不变。这样，电源和电感同时给电容C和负载R供电，负载两端电压仍是上正下负。电感电压0LiouUU，电感电流Li线性减小。在关断时间offt内，电感电流减小量的绝对值为：1onToioiLtUUUUidtTLL1-2当电路工作在稳态时，电感电流Li波形必然周期性重复，开关导通期间电感电流Li的增量等于开关断开时电感电流Li的减少量，即LLii。联立可得输出电压11oiUU1-3由上式可知，是一个小于1的数，故输出电压比输入电压大。从能量守恒角度分析（假设电感足够大，电流平直），电路达到稳态时，电感在开关开通期间吸收的能量（ionUIt）与开关关断期间释放的能量（()oioffUUIt）相等。列出等式：()ionoioffUItUUIt1-4解得,011iUU1-5下面确定电流连续的临界条件：如果在T时刻电感电流Li刚好降到0。则为电流连续与断续的临界工作状态。此时2Lii升压斩波电路的输入输出功率分别为：iiLPUI1-6oooPUI1-7忽略损耗，有ioPP，于是,武汉理工大学《电力电子课程设计》说明书5011LooiUIIIU1-8得临界电感值为,2(1)2CRLT1-9确定电容的计算电容在关断期间释放的能量与开通期间吸收的电荷相等，oQIT1-10则电压变化量oooITUTQUCCRC1-11则ooUTCRU1-12oU可决定脉动率。1.3MOSFET升压斩波电路元器件选择、参数确定根据设计要求可选大小为50V的直流电压源;选取降压斩波电路的占空比为50%;则输出电压VU1000;输出功率2ooUPR，要求输出功率为300W，可计算出负载电阻3.33R;电压控制电压源和脉冲电压源可组成MOSFET功率开关的驱动电路。计算CL：由式2(1)2CRLT，周期T可由开关频率5KHz得出为4210s，把oU、、oP代入上式得出HLc3104.0。当CLL时，工作在连续状态下。电感越大时，电感电流越平直。取HL3104.0。武汉理工大学《电力电子课程设计》说明书6计算C：由式ooUTCRU，要求脉动率10%，取10%;计算VUU10%100;代入上式计算出FC5103，滤波电容越大，输出电压越平直。1.4MOSFET升压斩波电路典型波形MOSFET主电路典型波形如图2所示，图2MOSFET主电路典型波形1.5晶闸管的触发电路作用：产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通。广义上讲，还包括对其触发时刻进行控制的相位控制电路。晶闸管触发电路应满足下列要求：1、触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通（结合擎住电流的概念）2、触发脉冲应有足够的幅度3、不超过门极电压、电流和功率定额，且在可靠触发区域之内4、应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离武汉理工大学《电力电子课程设计》说明书7图3理想的晶闸管触发脉冲电流波形t1~t2脉冲前沿上升时间（1s）t1~t3强脉宽度）IM~强脉冲幅值（3IGT~5IGT）t1~t4脉冲宽度）I~脉冲平顶幅值（1.5IGT~2IGT）图4晶闸管触发电路V1、V2构成脉冲放大环节脉冲变压器TM和附属电路构成脉冲输出环节V1、V2导通时，通过脉冲变压器向晶闸管的门极和阴极之间输出触发脉冲VD1和R3是为了V1、V2由导通变为截止时脉冲变压器TM释放其ItIMt1t2t3t4武汉理工大学《电力电子课程设计》说明书8储存的能量而设1.6驱动电路驱动电路——主电路与控制电路之间的接口使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损耗，对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义对器件或整个装置的一些保护措施也往往设在驱动电路中，或通过驱动电路实现驱动电路的基本任务：将信息电子电路传来的信号按控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号对半控型器件只需提供开通控制信号对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，一般采用光隔离或磁隔离光隔离一般采用光耦合器磁隔离的元件通常是脉冲变压器图5电力MOSFET的一种驱动电路图5中是一种采用光耦合隔离的由V2、V3组成的驱动电路。当控制脉冲使光耦关断时，光耦输出低电平，使V2截至，V3导通，MOSFET在DZ1反偏作用下关断。当武汉理工大学《电力电子课程设计》说明书9控制脉冲使光耦导通时，光耦输出高电平，使V2导通，V3截至，经VCC、V2、RG产生的.正向驱动电压使MOS管开通。电源+VCC可由DC/DC芯片提供。电力MOSFE的一种驱动电路：电气隔离和晶体管放大电路两部分；无输入信号时高速放大器A输出负电平,V3导通输出负驱动电压；当有输入信号时A输出正电平，V2导通输出正驱动电压。在升压斩波电路中，主电路和控制电路共地，所以驱动不用隔离。在降压斩波电路中则需要在控制电路和主电路之间加隔离。本实验装置中采用的隔离方法是，先加一级光耦隔离，在加一级推挽电路进行放大。为了得到最佳的波形，在调试的过程中对光耦两端的电阻进行合理的搭配。1.7升压斩波电路的主电路设计图6升压斩波电路的主电路武汉理工大学《电力电子课程设计》说明书102.控制电路设计2.1控制电路原理图图7控制电路原理图2.2控制电路工作原理图8SG3525的引脚武汉理工大学《电力电子课程设计》说明书111脚：误差放大器的反相输入端；2脚：误差放大器的同相输入端；3脚：同步信号输入端，同步脉冲的频率应比振荡器频率fS要低一些；4脚：振荡器输出；5脚：振荡器外接电容CT端，振荡器频率fs＝1／CT（0.7RT+3R0）,R0为5脚与7脚之间跨接的电阻，用来调节死区时间，定时电容范围为0.001～0.1μF；6脚