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)

3.1 Matlab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

=

=

整流电路设计如下：

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：

以上为升压斩波电路的工作原理。

()

off

o

on

t I

E

U

t

EI

1

1

-

=

E

t

T

E

t

t

t

U

off

off

off

on

o

=

+

=