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1、课程设计说明书直流升降压斩波电路的设计院、部：电气与信息工程学院学生姓名：指导教师：肖文英职称副教授专业：电气工程及其自动化班级：完成时间：摘要20世纪80年代以来，信息电子技术和电力电子技术在各自开展的根底上相结合而产生了一代高频化、全控型的电力电子器件，典型代表有门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管。利用全控型器件可以组成变流器。直流-直流变换器就是其中一种，它广泛应用于通信交换机、计算机以及等电子设备的开关电源。直流一直流变流电路(DC-DCConverter)的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。直接直流
2、变流电路也称斩波电路(DCChopper),它的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。本文着重介绍直流升降压斩波电路的原理和基于MAT1.AB的Simulink的直流升降压斩波电路的仿真。关键词：直流一直流变流电路；升降压斩波；Simulink;仿真ABSTRACTSincethe1980s,electronicinformationtechnologyandpowerelectronicstechnologydevelopmentonthebasisoftheirrelativecombinetoproduceagenerationofhigh-frequency,full-co
3、ntrolledpowerelectronicdevices,thereisatypicalrepresentativeofgate-turn-offthyristor,powertransistors,powerfieldeffecttransistorandaninsulatedgatebipolartransistor.Theuseoffull-controlleddevicemaybecomposedoftheconverter.DC-DCconverterisoneofthem,itiswidelyusedintelecommunicationsswitches,computersa
4、ndmobiIephonesandotherelectronicdevicesswitchingpowersupply.DC-DCconvertercircuit(DC-DCConverter)functionistodirectcurrentvoltageintoanotherfixedoradjustableDCvoltage,direct-currentconvertercircuitincludingdirectandindirectDCconvertercircuit.DirectDCconvertercircuitisalsoknownasachoppercircuit(DCCho
5、pper),itsfunctionistodirectcurrentvoltageintoanotherfixedoradjustableDCvoltage.ThisarticlefocusesontheDC-downchoppercircuitprincipleandbasedonMAT1.ABSimulinkDCbuckconvertercircuitsimulation.Keywords:DC-DCconvertercircuit;1.iftpressurechopper;Simulink;Simulation目录1升降压斩波电路的原理11.1 根本原理11.2 波形图22控制和驱动电路
6、33保护电路及其他辅助电路43.1保护电路43.1.1过电压保护43.1.2过电流保护53.2直流供电电源53. 3器件选择64仿真分析63.1 建立仿真模型64. 2仿真结果分析75设计总结8参考文献9附录101升降压斩波电路及根本原理1.1工作原理图1所示为升降压斩波电路(BUCk-BooStChopper)原理图。电路中电感1.值很大，电容C值也很大。因为要使得电感电流和电容电压根本为恒值。图1升降压斩波电路该电路的根本工作原理：当可控开关V处于通态时，电源E经V向电感1.供电使其储存能量，此时电流为匕，方向如图1所示。同时，电容C维持输出电压根本恒定并向负载R供电。此后，使V关断，电感
7、1.中储存的能量向负载释放，电流为t2,方向如图1所示。可见，负载电压极性为下正上负，与电源电压极性相反，因此该电路也称作反极性斩波电路。稳态时，一个周期T内电感1.两端电压勺对时间的积分为零，即：(2-1)C以曲=力+UWmdf=E1.iO*=0当V处于通态期间时，ml=E,而当V处于断态期间时，/=于是所以输出电压为：(2-2)=4E=-E=-E“T-tona口为V处于通态的时间，物为V处于断态的时间。T为开关周期；。为导通占空比，简称占空比或导通比。假设改变导通比a,那么输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当OVa1/2时为降压，当l2l时为升压，因此该电路称为升降压斩波电路
8、。根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路有三种控制方式：1、保持开关周期T不变，调节开关导通时间口不变，称为PWM。2、保持开关导通时间以不变，改变开关周期T,称为频率调制或调频型。3、。和T都可调，使占空比改变，称为混合型。1.2波形图输出电压U。=2Etoff1一。图2.4给出了电源电流i和负载电流心的波形，设两者的平均值分别为乙、乙，当电流脉动足够小时，有人=丸Atoff由上式可得/,=宜=*tona如果V、VD为没有损耗的理想开关时，那么有E=Uf2其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器。图2升降压斩波电路波形2SG3525控制和驱动电路SG3525是一种性能优良、功能齐
9、全和通用性强的单片集成PwM控制芯片，它简单可靠及使用方便灵活，输出驱动为推拉输出形式，增加了驱动功能；内部含有欠压锁定电路、软启动控制电路、PWM锁存器，有过流保护功能，频率可调，同时能限制最大占空比。其特点如下：(1)工作电压范围宽：835Vo(2) 5.1(11.0%)V微调基准电源。(3)振荡器工作频率范围宽：100HZ400KHz.(4)具有振荡器外部同步功能。(5)死区时间可调。(6)内置软启动电路。(7)具有输入欠电压锁定功能。(8)具有PWM锁存功能，禁止多脉冲。(9)逐个脉冲关断。(10)双路输出(灌电流/拉电流)：mA(峰值)。SG3525内置了5.IV精密基准电源，微调至
10、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引脚之间参加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内部结构如图3所示，直流电源匕从脚15接入后分两路，一路加到或非门；另一路送到基准电压稳压器的输入端，产生稳定的元器件作为电源。振荡器脚5须外接电容CT,脚6须外接电阻RTo振荡器频率由外接电阻RT和电容CT决定，振荡器的输出分为两路，一路以时钟脉冲形式送至双稳态触发器及两
11、个或非门；另一路以锯齿波形式送至比拟器的同相输入端，比拟器的反向输入端接误差放大器的输出，误差放大器的输出与锯齿波电压在比拟器中进行比拟，输出一个随误差放大器输出电压上下而改变宽度的方波脉冲，再将此方波脉冲送到或非门的一个输入端。其他引脚分别为：引脚1为反相输入，2为同相输入引脚，3为同步端引脚，4为振荡器输出引脚，7为放电端引脚，8为软启动端引脚，9为补偿引脚，10为闭锁控制引脚，引脚12接地。内部结构如下：图3控制和驱动电路3保护电路及其它辅助电路的设计3.1 保护电路电力电子电路中，除了电力电子器件参数选择适宜，驱动电路设计良好外，采用适宜的过电压保护、过电流保护也是必须的。3.1.1
12、抑制过电压的方法：用非线性元件限制过电压的幅度，用电阻消耗生产过电压的能量，用储能元件吸收生产过电压的能量。对于非线性元件，不是额定电压小，使用麻烦，就是不宜用于抑制频繁出现过电压的场合。所以我们选用储能元件吸收生产过电压的能量的保护。使用RC吸收电路，这种保护可以把变压器绕组中释放出的电磁能量转化为电容器的电场能量储存起来。由于电容两端电压不能突变，所以能有效抑制过电压，串联电阻消耗局部产生过电压的能量，并抑制1.C回路的震动。保护电路如下图。3.1.2 抑制过电流的方法:常护。快见的过电流保护有：快速熔断器保护，过电流继电器保护,、由H防贝出土白图4过电压保护电路扫山、一卜山快速开关过电流
13、保继电器开关时间长（只有在短路电流不大时才有用）直流快速开关过电流保护功能很好，但造价高，体积大，不宜采用。因此，最正确方案是用快速熔断器保护。图5快速熔断器3.1.3 2直流供电电路图6直流电源负载平均电压Ui升高，纹波减小，且R1.C越大，电容放电速率越慢，那么负载电压中的纹波成分越小，负载平均电压越高。为得到平滑的负载电压，一般取Q=R1.CQ5）|式中为电源交流电压的周期。电容滤波电路的负载电压与4的关系为=Y1-1.2YU2o令整流后输出电压为200V,那么整流前输入电压U2=U-,2=200/1.2=166.7V因为电源为交流单项220V,变压器变比需满足U：U2=220:166.
14、7=1:1此时前级整流输出电压E为200Vo并且为满足输出电流/最大2A,整流电路中每个二极管所承受的最大电流为，/4二/,/2=1Ao变压器二次侧的电流2A,由变压器变比为1:1,流过一次侧的电流为2A。3. 3器件选择要求输出直流电压U在100300V可调，由输出电压公式Uo二;-E可知，当为1-a100V时,占空比a=占3；当UO为300V时,占空比=3/5。即控制占空比在1335之间，可得输出直流电压在100300V可调。为使电路正常工作驱动电路中Rl、R2为1KC,R3为5.1KQ,R4为10K。，电位器Ro为(TloKQ,R5为IoKCo要求最大输出电流为2A,故负载功率范围为20
15、200W,流过VT二极管、V三极管的最大电流为2A。熔断器的最大熔断电流为2A。可选WICKMANN1812A陶瓷管保险丝。整流电路中二极管选择为IN5232,驱动电路中二极管选择为IN4148,驱动电路中Cl为0.0IHF4仿真分析3.1 建立仿真模型在电力电子设计过程中利用MAT1.AB来进行仿真建模分析有很大的好处，它不但非常方便而且能够在很大程度范围内减少因设计问题而造成的浪费。这里的仿真主要是运用MAT1.AB软件中的Simulink工具。先从Simulink的元件库中找到需要用的元件，然后搭建相应的主电路，设置好参数后即可进行仿真。仿真电路图如下所示：图7仿真电路图4. 2仿真结果分析a(1)当占空比K=50*时，如果输入电压E=100V,那么E=0.5100(1-0.5)-a=100V,这时输出电压等于输入电压，是等压式变换，如图8所示图8仿真波形图1=3007V=43V,这时输Timeoffset:O(2)当占空比=70%时，如果输入电压E=100V,那么Uo=纪E=0.7X100(1-0.7)1-Ct=7003V=23
