大工16春電源技術(shù)大作業(yè)-答案

1、大工16春電源技術(shù)大作業(yè)-答案大連理工大學(xué)電源技術(shù)大作業(yè)姓名：學(xué)號(hào)：學(xué)習(xí)中心：題目三：升壓斬波電路分析總貝！|：圍繞升壓斬波電路，介紹其工作原理、主要參數(shù)及對(duì)應(yīng)計(jì)算方法,并簡(jiǎn)述其在實(shí)際中的應(yīng)用。撰寫要求：(1) 介紹基本斬波電路的分類。(2) 介紹升壓斬波電路的工作原理、主要參數(shù)及對(duì)應(yīng)計(jì)算方法。(3) 簡(jiǎn)述升壓斬波電路在實(shí)際中的應(yīng)用。(4)學(xué)習(xí)心得升壓斬波電路分析(1) 介紹基本斬波電路的分類。隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，高壓開關(guān)穩(wěn)壓電源已廣泛用于計(jì)算機(jī)、通 信、工業(yè)加工和航空航天等領(lǐng)域。所有的電力設(shè)備都需要良好穩(wěn)定的供電，而 外部提供的能源大多為交流，電源設(shè)備擔(dān)負(fù)著把交流電源轉(zhuǎn)換為電子設(shè)備所

2、需 的各種類別直流任務(wù)。但有時(shí)所供的直流電壓不符合設(shè)備需要，仍需變換，稱 為DC/DC變換。直流斬波電路作為直流電變成另一種固定電壓的DC-DC變換器, 在直流傳動(dòng)系統(tǒng)、充電蓄電電路、開關(guān)電源、電力電子變換裝置及各種用電設(shè) 備中得到普通的應(yīng)用。隨之出現(xiàn)了諸如降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓 斬波電路、復(fù)合斬波電路等多種方式的變換電路。直流斬波技術(shù)已被廣泛運(yùn)用 開關(guān)電源及直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中，使其控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)、節(jié)約電能 的效果。全控型電力電子器件IGBT在牽引電傳動(dòng)電能傳輸與變換、有源濾波 能領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但以IGBT為功率器件的直流斬波電路在實(shí)際應(yīng)用 中需要注意以下問題：(

3、1)系統(tǒng)損耗的問；(2)柵極電阻；(3)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn) 過流過壓保護(hù)的問題。直流斬波電路實(shí)際上采用的就是PWM技術(shù)，這種電路把直流電壓斬成一系 列脈沖，改變脈沖的占空比來獲得所需要的輸出電壓。PWM控制方式是目前才用 最廣泛的一種控制方式，它具有良好的調(diào)整特性。隨電子技術(shù)的發(fā)展，近年來 已發(fā)展各種集成式控制芯片，這種芯片只需外接少量元器件就可以工作，這不 但簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，還大幅度的減少元器件數(shù)量、連線和焊點(diǎn)(2) 介紹升壓斬波電路的工作原理、主要參數(shù)及對(duì)應(yīng)計(jì)算方法。假設(shè)L和C值很大。V處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，電流恒定II, 電容C向負(fù)載R供電，輸出電壓Uo恒定。V處于斷態(tài)時(shí)，電源E和電感L同

4、時(shí)向電容C充電，并向負(fù)載提供能量。4nL4+9-J2D/T、廠 S、10MH+ )OOV-0 1IRF0O3.?uFOOT王 -丨HH土圖1.1升壓斬波電路主電路圖首先假設(shè)電感L值很大，電容C值也很大。當(dāng)V-G為高電平時(shí)，Q1導(dǎo)通， 12V電源向L充電，充電基本恒定為人，同時(shí)電容C上的電壓向負(fù)載R供電，因C 值很大，基本保持輸出電壓。為恒值，記為設(shè)V處于通態(tài)的時(shí)間為口， 此階段電感L上積儲(chǔ)的能量為刃仇，。當(dāng)V處于段態(tài)時(shí)E和L共同向電容C充電, 并向負(fù)載R提供能量。設(shè)V處于段態(tài)的時(shí)間為心，則在此期間電感L釋放的能 量為廠疋兒心。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中電感L積儲(chǔ)的能量于釋 放的能量相等，

5、即（一） 化簡(jiǎn)得U=-E = EoffG（1-2）上式中的oy 輸出電壓高于電源電壓。式（1-1）中心為升壓比，調(diào) 節(jié)其大小即可改變輸出電壓/的大小。2）數(shù)量關(guān)系設(shè)v通態(tài)的時(shí)間為九，此階段z上積蓄的能量為：設(shè)V斷態(tài)的時(shí)間為toff,則此期間電感厶釋放能量為：（.,） I2Toff 穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期丁中Z積蓄能量與釋放能量相等：U =e =E0ftF6 off(1-3) T/tQ、輸出電壓高于電源電壓，故為升壓斬波電路。7/如 f 壓比;升壓比的倒數(shù)記為B,即又因?yàn)閍+P=lo所以:1電壓升高得原因：電感L儲(chǔ)能使電壓泵升的作用，電容C可將輸出電壓保持住。(3) 簡(jiǎn)述升壓斬波電路在實(shí)際中的應(yīng)用。(

6、2-2)圖2.1用于直接電動(dòng)機(jī)回饋能量的升壓斬波電路圖通常用于直流電動(dòng)機(jī)再生制動(dòng)時(shí)把電能回饋給直流電源 實(shí)際L值不可能為無窮大，因此有電動(dòng)機(jī)電樞電流連續(xù)和斷續(xù)兩 種工作狀態(tài)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)相當(dāng)于圖1.1中的電源，此時(shí)直流電源 相當(dāng)于圖1.1中的負(fù)載。由于直流電源的電壓基本是恒定的，因 此不必并聯(lián)電容器?；凇胺侄尉€性”的思想進(jìn)行解析V處于通態(tài)時(shí)，設(shè)電動(dòng)機(jī) 電樞電流為A,得下式(2-1)L叫+ Ri嚴(yán)E dr 1式中丘為電機(jī)電樞回路電阻與線路電阻之和。設(shè)的初值為Z10,解上式得(2-3)當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)，設(shè)電動(dòng)機(jī)電樞電流為得下式:設(shè)乙的初值為120,解上式得：(2-4)t= t心時(shí)刻12=/10由此可

7、得：用于直流電動(dòng)機(jī)回饋能量的升壓斬波電路波形:圖2. 2電流連續(xù)升壓斬波電路波形圖2. 3電流斷續(xù)升壓斬波電路波形1 1= -20 9當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，從圖1.3的電流波形可看出,t=t.時(shí)刻(2-5)(2-6)把上面兩式用泰勒級(jí)數(shù)線性近似，得E人。=/20=(加-0)萬(2-7)該式表示了 L為無窮大時(shí)電樞電流的平均值人，即(2-8)對(duì)電流斷續(xù)工作狀態(tài)的進(jìn)一步分析可得出：電流連續(xù)的條件為1-eppm -ep根據(jù)此式可對(duì)電路的工作狀態(tài)作出判斷。設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1、輸入直流電壓：Ud=50V；2、輸出功率：150W；3、開關(guān)頻率：10kHz；4、占空比：0. P0. 5；5、電阻性負(fù)載；6、輸出電壓脈

8、率：小于10% o輸出值的計(jì)算由電路原理分析可知：(2-9)U2 = DUd =2x50V = 100V考慮10%的裕量:U2 =1.1UO =110V7 U；1102R =-=81QP150R=110-1.36A81AIl 岡川輻入匚215【司燼端匚31-1振貓淵輸出匚4IBnCT匚512r r匚6LI放電端匚7IOn軟只動(dòng)瑞匚g !Z)VrcfViAs gC地A錢E閉懶挖制沐償圖 4.1 SG35251腳：誤差放大器的反相輸入端；2腳：誤差放大器的同相輸入端；3腳：同步信號(hào)輸入端，同步脈沖的頻率應(yīng)比振蕩器頻率fS要低一些；4腳：振蕩器輸出；5腳：振蕩器外接電容CT端，振蕩器頻率fs = l

9、/CT (0. 7RT+3R0) ,R0為 5腳與7腳之間跨接的電阻，用來調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間，定時(shí)電容范圍為0. 0010.1 P F；6腳：振蕩器外接定時(shí)電阻RT端，RT值為2150 kfi；7腳：振蕩器放電端，用外接電阻來控制死區(qū)時(shí)間，電阻范圍為0500 Q；8腳：軟啟動(dòng)端，外接軟啟動(dòng)電容，該電容由內(nèi)部Vref的50u A恒流源充 電；9腳：誤差放大器的輸出端；10腳：PWM信號(hào)封鎖端，當(dāng)該腳為高電平時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)被封鎖,該腳主要用于故障保護(hù);11腳：A路驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出；12腳：接地；13腳：輸出集電極電壓；14腳：B路驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出；15腳：電源，其范圍為835 V；16腳：內(nèi)部+5 V基準(zhǔn)

10、電壓輸出?？刂齐娐沸枰獙?shí)現(xiàn)的功能是產(chǎn)生PWM信號(hào)，用于可控制斬波電路中主功率 器件的通斷，通過對(duì)占空比a的調(diào)節(jié)，達(dá)到控制輸出電壓大小的目的。此外， 控制電路還具有一定的保護(hù)功能。被實(shí)驗(yàn)裝置的控制電路采用控制芯片SG3525為核心組成。芯片的輸入電壓 為8V到35Vo它的振蕩頻率可在100HZ到500KHZ的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。在芯片的CT 端和放電端間串聯(lián)一個(gè)電阻可以在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間。此外此外，其軟 起動(dòng)電路非常容易設(shè)計(jì)，只需外部接一個(gè)軟起動(dòng)電容即可。圖42控制電路的protel設(shè)計(jì)觸發(fā)電路和主電路外接220V交流電壓經(jīng)過變壓器T1和不控整流電路得到50V的直流電壓E 作為Boost Chop

11、per的輸入電壓給Boost Chopper供電。為使IGBT在過壓時(shí) 不至于損害和抑制IGBT的電流變化過快及其兩端電壓變化過快而給IGBT帶來 的損害，在主電路中為其加入緩沖電路和過壓保護(hù)電路是必要的。觸發(fā)電路以專用的PWM控制芯片SG3525為核心構(gòu)成，控制電路輸出占空比本硬件試驗(yàn)中緩沖電路選取的是充放電型RCDH緩沖電路，也是一種耗能型 緩沖電路。其中應(yīng)用元件需要要結(jié)合實(shí)際的情況進(jìn)行選擇。其中的吸收電容Cs的選擇可以采用一下公式：Lslo2(4-1)電路中的電阻Rs不宜過大，如太大3放電時(shí)間過長(zhǎng)，電不能完全放掉。但Rs 太小，在器件導(dǎo)通時(shí)，RsCs放電電流過大、過快，可能危及器件的安全

12、，也可 能引起振蕩。一般的，電阻選擇參考下面的公式：RS=6cL(4-2)其中Ls主電路電感，主要是沒有續(xù)流時(shí)的雜散電感；山啾一 3上的最大f充電電壓；U電源電壓；負(fù)載電流；開關(guān)頻率。需要注意的是，電容 應(yīng)該選擇無感電容；電阻要注意它的功耗，應(yīng)選擇相應(yīng)的功率電阻；吸收模塊 的制作要注意絕緣。IGBTG過壓保護(hù)電路、觸發(fā)電路和驅(qū)動(dòng)電路中元器件的選取可才參照電力 電子設(shè)備設(shè)計(jì)和應(yīng)用技術(shù)手冊(cè)等相關(guān)電力電子設(shè)計(jì)手冊(cè)也可以在后面參考文獻(xiàn) 列出的相關(guān)手冊(cè)中査找。仿真主電路原理圖如圖5.1所示其工作原理，前言中已說明，這里再補(bǔ)充說明 電路中的幾個(gè)模塊。IGBT用理想的方波發(fā)生器觸發(fā)，周期設(shè)為0. 0001s

13、,最大 值設(shè)為10V,通過調(diào)占空比來調(diào)輸出電壓。其保護(hù)電路，觸發(fā)電路將在protel 中實(shí)現(xiàn)。示波器用來觀察電感電流，電源電壓波形和負(fù)載電壓輸出波形。圖5.1主電路原理圖占空比為30%,電感為27e5H,電容為375廠牛,電阻為81圖5. 2脈沖、電感電流和負(fù)載電壓仿真圖1占空比為40%,電感為27e5H,電容為375e-6F,電阻為81G：圖5. 3脈沖、電感電流和負(fù)載電壓仿真圖2占空比為50%,電感為27e5H,電容為375e-6F,電阻為81G：M Scopel=i PABB B i 奇Tiric offset: 0圖54脈沖.電感電流和負(fù)載電壓仿真圖3結(jié)果分析從計(jì)算公式及仿真圖分析得出

14、：1）占空比a越大負(fù)載輸出電壓越大，調(diào)節(jié)時(shí)間越長(zhǎng);2）電容C值越大峰值時(shí)間越大，第一個(gè)峰值越大；3）電感L值越大峰值時(shí)間越大，調(diào)節(jié)時(shí)間越大。（4）學(xué)習(xí)心得此課程設(shè)計(jì)，使我有了很多的心得體會(huì)，可以說這次直流電機(jī)斬波電路的 課程設(shè)計(jì)是在大家共同努力和在老師的精心指導(dǎo)下共同完成的。通過這次設(shè)計(jì)加深了我對(duì)這門課程的了解，以前總是覺得理論結(jié)合不了實(shí) 際，但通過這次設(shè)計(jì)使我認(rèn)識(shí)到了理論結(jié)合實(shí)際的重要性。但由于我知識(shí)的限 制，設(shè)計(jì)還有很多不足之處，希望老師指出并教導(dǎo)。通過對(duì)電路圖的研究，也增強(qiáng)了我們的思考能力。另外，在使用protel軟 件繪制電路圖的過程中，我學(xué)到了很多實(shí)用的技巧，這也為以后的工作打下了 很好的基礎(chǔ)。從開始任務(wù)到査找資料，到設(shè)計(jì)電路圖，到最后的實(shí)際接線過程 中，我學(xué)到了課堂上學(xué)習(xí)不到的知識(shí)。上課時(shí)總覺得所學(xué)的知識(shí)太抽象，沒什 么用途，現(xiàn)在終于認(rèn)識(shí)到它的重要性。課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實(shí)際問題，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)