大连理工大学电源技术大作业-升压斩波电路分析

大连理工大学电源技术大作业

升压斩波电路分析

（1）介绍基本斩波电路的分类。

随着电力电子技术的迅速发展，高压开关稳压电源已广泛用于计算机、通信、工业加工和航空航天等领域。所有的电力设备都需要良好稳定的供电，而外部提供的能源大多为交流，电源设备担负着把交流电源转换为电子设备所需的各种类别直流任务。但有时所供的直流电压不符合设备需要，仍需变换，称为DC/DC 变换。直流斩波电路作为直流电变成另一种固定电压的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斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路。直流斩波技术已被广泛运用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。全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波能领域得到了广泛的应用。但以IGBT为功率器件的直流斩波电路在实际应用中需要注意以下问题：1：系统损耗的问。2：栅极电阻。3：驱动电路实现过流过压保护的问题。

直流斩波电路实际上采用的就是PWM技术，这种电路把直流电压斩成一系列脉冲，改变脉冲的占空比来获得所需要的输出电压。PWM控制方式是目前才用最广泛的一种控制方式，它具有良好的调整特性。随电子技术的发展，近年来已发展各种集成式控制芯片，这种芯片只需外接少量元器件就可以工作，这不但简化设计，还大幅度的减少元器件数量、连线和焊点

（2）介绍升压斩波电路的工作原理、主要参数及对应计算方法。

假设L 和C 值很大。V 处于通态时，电源E 向电感L 充电，电流恒定I1，电容C 向负载R 供电，输出电压Uo 恒定。

V 处于断态时，电源E 和电感L 同时向电容C 充电，并向负载提供能量。

图1.1 升压斩波电路主电路图

首先假设电感L 值很大，电容C 值也很大。当V-G 为高电平时，Q1导通，12V 电源向L 充电，充电基本恒定为1I ,同时电容C 上的电压向负载R 供电，因C 值很大，基本保持输出电压o u 为恒值，记为o U 。设V 处于通态的时间为on t ，此阶段电感L 上积储的能量为1on EI t 。当V 处于段态时E 和L 共同向电容C 充电，并向负载R 提供能量。设V 处于段态的时间为

off t ，则在此期间电感L 释放的能量为01()off U E I t -。当电路工作于稳态时，一个周期T 中电感L 积储的能量于释放的能量相等，即

101()on off EI t U E I t =- （1-1） 化简得 on off 0off off t t T U E E t t +=＝ （1-2）

上式中的off /1T t ≥，输出电压高于电源电压。式（1-1）中o f f /T t 为升压比，调节其大小即可改变输出电压o U 的大小。

2)数量关系

设V 通态的时间为t on ，此阶段L 上积蓄的能量为：E m I 1T on

设V 断态的时间为t off ，则此期间电感L 释放能量为：（E -E m ）I 2T off 稳态时，一个周期T 中L 积蓄能量与释放能量相等：

（1-3）

T/t off >1，输出电压高于电源电压，故为升压斩波电路。

T/t off －升压比;升压比的倒数记为β，即β=

T t off 。又因为α+β=1。所以： U 0=

β

1E=α-11 E （1-4）

电压升高得原因：电感L 储能使电压泵升的作用，电容C 可将输出电压保持住。

（3）简述升压斩波电路在实际中的应用。

图2.1用于直接电动机回馈能量的升压斩波电路图

通常用于直流电动机再生制动时把电能回馈给直流电源 实际L 值不可能为无穷大，因此有电动机电枢电流连续和断续两种工作状态电机反电动势相当于图 1.1中的电源，此时直流电源相当于图 1.1中的负载。由于直流电源的电压基本是恒定的，因此不必并联电容器。

基于“分段线性”的思想进行解析V 处于通态时，设电动机电枢电流为i 1，得下式

m E Ri t

i L =+11d d （2-1）

式中R 为电机电枢回路电阻与线路电阻之和。

设i 1的初值为I 10，解上式得

⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛-+=--ττt m

t

e R E e I i 1101 （2-2） 当V 处于断态时，设电动机电枢电流为i 2，得下式：

E E Ri t

i L m -=+22d d （2-3） 设i 2的初值为I 20，解上式得：

⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛

---=--ττt m t

e R E E e I i 1202

（

2-4） 用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路波形：

图2.2电流连续升压斩波电路波形

图2.3电流断续升压斩波电路波形

当电流连续时，从图1.3的电流波形可看出，t =t o n 时刻i 1=I 20，t =t o f f 时刻i 2=I 10，由此可得：

R E e e m R E e e R E I T t m off ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=⎪⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛---=----ρβρττ111110 （2-5） R E e e e m R E e e e R E I T T t m on ⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛---=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=------ρρ

αρτττ1120 （2-6）

把上面两式用泰勒级数线性近似，得

()R

E m I I β-==2010 （2-7） 该式表示了L 为无穷大时电枢电流的平均值I o ，即

()R

E E R E m I m o ββ-=-= （2-8） 对电流断续工作状态的进一步分析可得出：电流连续的条件为

ρβρ

----

e m 11 （2-9） 根据此式可对电路的工作状态作出判断。

设计内容及要求

1、输入直流电压：U d =50V ；

2、输出功率：150W ；

3、开关频率：10kHz ；

4、占空比：0.1~0.5；

5、电阻性负载；

6、输出电压脉率：小于10%。

输出值的计算

由电路原理分析可知：

V V 100502DU U d 2=⨯==