电力电子技术课程设计范例

电力电子技术课程设计

题目：直流降压斩波电路的设计

专业：电气自动化

班级：14电气

姓名：周方舟

学号：

指导教师：喻丽丽

目录

一设计要求与方案 (4)

二设计原理分析 (4)

2.1总体结构分分析 (4)

2.2直流电源设计 (5)

2．3主电路工作原理 (6)

2.4触发电路设计 (10)

2.5过压过流保护原理与设计 (15)

三仿真分析与调试 (17)

3.1M a t l a b仿真图 (17)

3.2仿真结果 (18)

3.3仿真实验结论 (24)

元器件列表 (24)

设计心得 (25)

参考文献 (25)

致 (26)

一．设计要求与方案

供电方案有两种选择。一，线性直流电源。线性电源（Linear power supply）是先将交流电经过变压器降低电压幅值，再经过整流电路整流后，得到脉冲直流电，后经滤波得到带有微小波纹电压的直流电压。要达到高精度的直流电压，必须经过稳压电源进行稳压。线性电源体积重量大，很难实现小型化、损耗大、效率低、输出与输入之间有公共端，不易实现隔离，只能降压，不能升压。二，升压斩波电路。由脉宽调制芯片TL494为控制器构成BOOST原理的，实现升压型DC-DC变换器，输出电压的可调整与稳压控制的开关源是借助晶体管的开/关实现的。因此选择方案二。

设计要求：设计要求是输出电压Uo=220V可调的DC/DC变换器，这里为升压斩波电路。由于这些电路中都需要直流电源，所以这部分由以前所学模拟电路知识可以由整流器解决。MOSFET的通断用PWM控制，用PWM方式来控制MOSFET的通断需要使用脉宽调制器TL494来产生

PWM控制信号。

设计方案：

1、电源电路

电源电路采用电容滤波的二极管不控整流电路，220V单相交流电经220V/24V变压器，降为24V交流电，再经二极管不控整流电路及滤波电容滤波后，变为平直的直流电，其幅值在22V~36V之间。

2、主电路

2.1主电路选用升压斩波电路，开关管选用电力MOSFET。

2.2Boost电路的负载为110V、25W白炽灯，

2.3boost电路中，占空比不要超过65%，否则电压大于100V。

3、控制电路的选择与确定

3.1 脉冲发生器TL494

3.2 驱动电路IR2110

二．设计原理分析

2．1总体结构分析

电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路，驱动电路，保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。由信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或者关断。来完成整个系统的功能。因此，一个完整的降压斩波电路也应包括主电路，控制电路，驱动电路和保护电路这些环节。

直流斩波电路由电源、变压器、整流电路、滤波电路、主电路、控制和驱动电路及保护电路组成。如图2—1所示：

图(2-1)

2.2直流电源设计

小功率直流电源由电源变压器、整流电路、滤波电路三个部分组成，其原理框图如图2.1所示：

图2.1

在直流电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压

2

U变换成脉动的直流电压

3

U。滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电

压

3

U中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压

I

U。

I

U与交流电压

2

U的

有效值的关系为：

2

)2.1

~

1.1(U

U

I

=；在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向

电压为：

2

2U

U

RM

=；流过每只二极管的平均电流为：

R

U

I

I R

D

2

45

.0

2

=

=

电源

变压器

整流

电路

升压

斩

波

电

路

滤波

电路

控制和驱动电路

保护电路

U

2R L U o＝45V

＋

－

220V～C

T

＋

＋

－

＋

－

图（2-3）

2.3主电路工作原理

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（2-4）

首先假设电路中电感和电容值都足够大。当可控开关S处于导通状态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为I1,同时电容C上的电压向负载R供电。因为电容C的值很大，基本保持输出电压U0为恒值。设S处于导通的时间为ton，此阶段电感L上积蓄的能量为：on

E t

I1当S处于断态时，E和L共同向电容C充电并向负载R提供能量。设T处于断态的时间为t off，则在此期间电感释放的能量为：

off

1

s

0t

)I

V

U

(-

稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等

化简得：

()

off

o

on

t I

E

U

t

EI

1

1

-

=

E

t

T

E

t

t

t

U

off

off

off

on

o

=

+

=