降壓斬波電路分析

1、精選文檔一 概述1.1直流斬波電路的分類直流斬波電路的種類較多，基本斬波電路包括：降壓斬波電路，升壓斬波電路，升降壓斬波電路。1.2直流斬波電路的運(yùn)用領(lǐng)域直流斬波電源廣泛運(yùn)用于各種電子設(shè)備的直流電源（開關(guān)電源），也可拖動直流電動機(jī)或帶蓄電池的負(fù)載。具體運(yùn)用如地鐵機(jī)車。1.3直流斬波電路的進(jìn)展前景隨著電力電子技術(shù)的高速進(jìn)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，電子設(shè)備的種類也越來越多。電子設(shè)備的小型化和低成本化使電源向輕，薄小和高效率方向進(jìn)展，開關(guān)電源因其體積小，重量輕和高效率的優(yōu)點(diǎn)而在各種電子設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。直流斬波電路作為開關(guān)電源中的一種，它的變換已實(shí)現(xiàn)模塊化，其設(shè)計(jì)技術(shù)和生產(chǎn)工藝已相對成熟

2、和標(biāo)準(zhǔn)化。直流斬波電路變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱DC/DC變換。直流斬波電路是電力電子技術(shù)領(lǐng)域的一個熱點(diǎn)，以其中的IGBT降壓斬波電路為例，它由于易驅(qū)動，電壓，電流容量大等優(yōu)點(diǎn)，在電力電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中有寬敞的進(jìn)展前景，也是由于開關(guān)電源向低電壓，大電流和高效率的進(jìn)展趨勢，也促進(jìn)了IGBT斬波電路的進(jìn)展。本此課程設(shè)計(jì)是以直流斬波電路中一種最基本,常見的直流降壓斬波電路作為爭辯分析對象二 降壓斬波電路的設(shè)計(jì)思路2.1 設(shè)計(jì)思路直流斬波電路總共分為三個部分電路摸塊。分別為主電路模塊，把握電路模塊和驅(qū)動電路模塊。主電路模塊： 由全控型IGBT的開通與關(guān)斷的時間占空比來打算輸出電壓

3、u。的大小。把握電路模塊：用SG3525來把握IGBT的開通與關(guān)斷。驅(qū)動電路模塊：用來驅(qū)動IGBT。2.2 原理框圖依據(jù)降壓斬波電路設(shè)計(jì)任務(wù)要求設(shè)計(jì)主電路、把握電路、驅(qū)動電路，設(shè)計(jì)出降壓斬波電路的原理框圖如下圖所示。BUCK主電路驅(qū)動電路把握電路SG3525 IGBT結(jié)構(gòu)圖三 直流降壓斬波電路的設(shè)計(jì)與仿真3.1 主電路模塊的設(shè)計(jì)直流降壓斬波電路由直流電源，全控型器件IGBT，電感線圈，續(xù)流二極管以及負(fù)載組成。具體電路圖如下主電路的原理圖3.2 主電路的工作原理主電路有兩種工作狀態(tài)，即IGBT導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)a. V導(dǎo)通，此時電源經(jīng)電感線圈向負(fù)載供電，同時，電感線圈貯存能量。等效電路圖d鍵入文檔的

4、引述或關(guān)注點(diǎn)的摘要。您可將文本框放置在文檔中的任何位置。請使用“繪圖工具”選項(xiàng)卡更改引言文本框的格式。b. V截止，此時，電源脫離電路，電感線圈向負(fù)載供電，釋放貯存的能量。等效電路電容C：屬于斬波電路本身，不屬于負(fù)載。V導(dǎo)通時充電，V截止時放電，從而使負(fù)載兩端電壓保持平穩(wěn)。3.3 主電路圖的仿真主電路的仿真圖其中直流電源的參數(shù)設(shè)置為100V，PWM周期設(shè)置為0.0001S。當(dāng)PWM的占空比取的是a=50%，當(dāng)一個周期T結(jié)束后，負(fù)載電壓的理論平均值，經(jīng)過相關(guān)參數(shù)的調(diào)試，實(shí)際,此時設(shè)計(jì)的最佳參數(shù)為：L=400e-5 H，R=3.8歐，C=3e-5 F。輸出負(fù)載電壓波形圖為：當(dāng)PWM的占空比取的是a

5、=25%，當(dāng)一個周期T結(jié)束后，負(fù)載電壓的理論平均值，經(jīng)過相關(guān)參數(shù)的調(diào)試，實(shí)際,此時設(shè)計(jì)的最佳參數(shù)為：L=500e-5 H，R=15歐，C=4e-5 F。輸出負(fù)載端電壓波形圖為：當(dāng)PWM的占空比取的是a=75%，當(dāng)一個周期T結(jié)束后，負(fù)載電壓的理論平均值，經(jīng)過相關(guān)參數(shù)的調(diào)試，實(shí)際,此時設(shè)計(jì)的最佳參數(shù)為：L=250e-5 H，R=8歐，C=2.8e-5 F。輸出負(fù)載端電壓波形圖為：3.4 主電路設(shè)計(jì)圖四 把握電路的設(shè)計(jì)4.1 方案的選擇對于把握電路的設(shè)計(jì)其實(shí)可以有很多種方法，可以通過一些數(shù)字運(yùn)算芯片如單片機(jī)、CPLD等等來輸出PWM波，也可以通過特定的PWM發(fā)生芯片來把握。由于設(shè)計(jì)課題要求，所以選用

6、一般的SG3525作為PWM發(fā)生芯片來進(jìn)行連續(xù)把握。SG3525 其原理圖如圖4.13下：1.Inv.input(引腳1)：誤差放大器反向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)中，該引腳接反饋信號。在開環(huán)系統(tǒng)中，該端與補(bǔ)償信號輸入端（引腳9）相連，可構(gòu)成跟隨器。2.Noninv.input(引腳2)：誤差放大器同向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)中，該端接給定信號。依據(jù)需要，在該端與補(bǔ)償信號輸入端（引腳9）之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型的調(diào)整器。3.Sync(引腳3)：振蕩器外接同步信號輸入端。該端接外部同步脈沖信號可實(shí)現(xiàn)與外電路同步。4.OSC.Output(引腳4)：振蕩器輸出端。

7、5.CT(引腳5)：振蕩器定時電容接入端。6.RT（引腳6）：振蕩器定時電阻接入端。7.Discharge(引腳7)：振蕩器放電端。該端與引腳5之間外接一只放電電阻，構(gòu)成放電回路。8.Soft-Start(引腳8)：軟啟動電容接入端。該端通常接一只5 的軟啟動電容。9.Compensation(引腳9)：PWM比較器補(bǔ)償信號輸入端。在該端與引腳2之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型調(diào)整器。10.Shutdown(引腳10)：外部關(guān)斷信號輸入端。該端接高電平常把握器輸出被禁止。該端可與愛護(hù)電路相連，以實(shí)現(xiàn)故障愛護(hù)。11.Output A（引腳11）：輸出端A。引腳11和

8、引腳14是兩路互補(bǔ)輸出端。12.Ground(引腳12)：信號地。13.Vc(引腳13)：輸出級偏置電壓接入端。14.Output B（引腳14）：輸出端B。引腳14和引腳11是兩路互補(bǔ)輸出端。15.Vcc（引腳15）：偏置電源接入端。16.Vref(引腳16)：基準(zhǔn)電源輸出端。該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極好的基準(zhǔn)電壓。其特點(diǎn)特點(diǎn)如下：（1）工作電壓范圍寬：835V。（2）5.1（1 1.0%）V微調(diào)基準(zhǔn)電源。（3）振蕩器工作頻率范圍寬：100Hz¬400KHz.（4）具有振蕩器外部同步功能。（5）死區(qū)時間可調(diào)。（6）內(nèi)置軟啟動電路。（7）具有輸入欠電壓鎖定功能。（8）具有PWM瑣存功能

9、，禁止多脈沖。（9）逐個脈沖關(guān)斷。（10）雙路輸出（灌電流/拉電流）： mA(峰值)。SG3525的工作原理SG3525 內(nèi)置了5.1V精密基準(zhǔn)電源，微調(diào)至 1.0%，在誤差放大器共模輸入電壓范圍內(nèi)，無須外接分壓電組。SG3525還增加了同步功能，可以工作在主從模式，也可以與外部系統(tǒng)時鐘信號同步，為設(shè)計(jì)供應(yīng)了極大的機(jī)敏性。在CT 5 引腳和Discharge 7 引腳之間加入一個電阻就可以實(shí)現(xiàn)對死區(qū)時間的調(diào)整功能。由于SG3525內(nèi)部集成了軟啟動電路，因此只需要一個外接定時電容。SG3525的軟啟動接入端（引腳8）上通常接一個5 的軟啟動電容。上電過程中，由于電容兩端的電壓不能突變，因此與軟啟

10、動電容接入端相連的PWM比較器反向輸入端處于低電平，PWM比較器輸出高電平。此時，PWM瑣存器的輸出也為高電平，該高電平通過兩個或非門加到輸出晶體管上，使之無法導(dǎo)通。只有軟啟動電容充電至其上的電壓使引腳8處于高電平常， SG3525才開頭工作。由于實(shí)際中，基準(zhǔn)電壓通常是接在誤差放大器的同相輸入端上，而輸出電壓的采樣電壓則加在誤差放大器的反相輸入端上。當(dāng)輸出電壓因輸入電壓的上升或負(fù)載的變化而上升時，誤差放大器的輸出將減小，這將導(dǎo)致PWM比較器輸出為正的時間變長，PWM瑣存器輸出高電平的時間也變長，因此輸出晶體管的導(dǎo)通時間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。反之亦然。外接關(guān)斷信號對

11、輸出級和軟啟動電路都起作用。當(dāng) Shutdown（引腳10）上的信號為高電平常，PWM瑣存器將馬上動作，禁止SG3525的輸出，同時，軟啟動電容將開頭放電。假如該高電平持續(xù)，軟啟動電容將充分放電，直到關(guān)斷信號結(jié)束，才重新進(jìn)入軟啟動過程。留意，Shutdown引腳不能懸空，應(yīng)通過接地電阻牢靠接地，以防止外部干擾信號耦合而影響SG3525的正常工作。欠電壓鎖定功能同樣作用于輸出級和軟啟動電路。假如輸入電壓過低，在SG3525的輸出被關(guān)斷同時，軟啟動電容將開頭放電。把握電路如下五 驅(qū)動電路模塊的設(shè)計(jì)該部分主要完成以下幾個功能：(1)供應(yīng)適當(dāng)?shù)恼蚝头聪蜉敵鲭妷海笽GBT牢靠的開通和關(guān)斷；(2)供應(yīng)

12、足夠大的瞬態(tài)功率或瞬時電流，使IGBT能快速建立柵控電場而導(dǎo)通；(3)盡可能小的輸入輸出延遲時間，以提高工作效率；(4) 足夠高的輸入輸出電氣隔離性能，使信號電路與柵極驅(qū)動電路絕緣；(5)具有靈敏的過流愛護(hù)力量。針對以上幾個要求，對驅(qū)動電路進(jìn)行以下設(shè)計(jì)。針對驅(qū)動電路的隔離方式：接受一般光電耦合式驅(qū)動電路，該電路雙側(cè)都有源。其供應(yīng)的脈沖寬度不受限制，較易檢測IGBT的電壓和電流的狀態(tài)，對外送出過流信號。另外它使用比較便利，穩(wěn)定性比較好。經(jīng)過上文的分析接受以下驅(qū)動電路：六 總結(jié)與體會本次電力電子設(shè)計(jì)為期兩周，這兩周的時間是充實(shí)的，有對我們學(xué)過的學(xué)問重新生疏與積累，也有對一些新學(xué)問的了解與把握。前兩

13、天上網(wǎng)查詢資料，但是收獲很小，由于電力電子技術(shù)是去年學(xué)的，相關(guān)方面的學(xué)問多少有些生疏。但是通過重新翻閱書籍，頭腦中的概念漸漸變得清楚。書本上有我們本次課題的相關(guān)例題，所以我們花了大量的時間溫習(xí)課本，收獲很大，課程設(shè)計(jì)部分的仿真進(jìn)行得很順當(dāng)。同時，在仿真的過程中也了解到，理論上可行的東西，實(shí)際上執(zhí)行起來還是有困難的，開頭按理論參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，得出的仿真結(jié)果與理論差距較大。但是通過我們一遍一遍的修改參數(shù)，最終得到了最佳仿真結(jié)果。在這個過程中，讓我們重新溫習(xí)使用MATLAB軟件，同時這個過程也要足夠的急躁和細(xì)心。之后我們又遇到了問題，由于本次課程設(shè)計(jì)需要接受SG3525芯片來產(chǎn)生PWM波信號，而我在MATLAB，proteus等辦公軟件里找不到。通過和