升压斩波电路设计

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负载不变为100 ,频率1KHz,占空比从5%到95%以等百分比递增时,输出电压,与输入电压和电路参数之间的关系。
占空比5%
图2-1-1负载电压
图2-1-2流经电感L的电流值为0.518A
从图2-1-1负载电压可以看出负载电压约为,基本上符合理论计算:
(V)
占空比15%
图2-2-1负载电压
图2-2-2流经电感L的电流值为0.57A
2.1.1整流电路
2.1.2斩波信号产生电路
2.1.3斩波电路
2.1.4总原理图
2.1.5元器件列表
PCB印刷电路板
制造输出——final
三 课程设计总结
参考文献
摘要
本设计是基于SG3525芯片为核心控制的PWM升压斩波电路(Boost chopper).设计由Matlab仿真和Protel两大部分构成。Matlab主要是理论分析,借助其强大的数学计算和仿真功能可也很直观的看到PWM控制输出电压的曲线图。通过设置参数分析输出与电路参数和控制量的关系,最后进行了GUI编程,利用图形可视化界面的直观易懂的特点,使设计摒弃了繁琐难懂的单一波形和控制方式,从而具有友好界面,非常方便的就可进行控制参数输入,和输出图像显示。第二部分是电路板,它可以通过BluePrint、Kicad、Protel等软件设计完成,其中Protel原理图设计系统以其分层次的设计环境,强大的元件及元件库的组织功能,方便易用的连线工具,强大的编辑功能设计检验,与印制电路板设计系统的紧密连接,自定义原理图模板高质量的输出等等优点,和丰富的设计法则,易用的编辑环境,轻松的交互性手动布线,简便的封装形式的编辑及组织,高智能的基于形状的自定布线功能,万无一失的设计检验等印制电路板设计系统的优点,使其在我们学生选用PCB电路板设计软件中占了绝大部分比重。本设计也采用Protel设计原理图,和进行PCB板布线。它是本设计从理论到实际制作的必进途径,通过设定相应的规则,足以满足设计所要求的规定。
(V)
仿真实验结论
由图(图2-0),在占空比为50%时,输出电压可以看到负载两端的电压与输入电压基本上成2倍的关系。即
满足理论计算公式(1-4),由仿真结果知,该原理图设计是对的。
最优参数选择
当IGBT处于通态时,设电动机电枢电流为 ,得下式:
( 1 - 6 )
式中,R为电动机电枢回路电阻与线路电阻之和。
仿真模型
Mdl文件是simulinkg仿真工具箱仿真所设计的文件。它具有功能强大,而且包含了常用的大部分元器件仿真数学模型,形象易懂,便于设计。
该设计的仿真模型如图1所示:
图1simulink仿真模型图
simulink仿真模型图中DC voltage source是电压源,提供50V点直流电压。L为电感。Diode为电力二极管,单项导通,阻止电流反向流动。C为电容。IGBT为斩波器件,R为负载。Current Measurement1用来测量流经L的电流。Current Measurement2用来测量负载电流。Current Measurement3用来测量流经电容C的电流。current为流经IGBT的电流,IGBT voltage为IGBT两段的电压。Scope为示波器。Pulse Generator为PWM脉冲发生器,调节其占空比就可以控制输出电压的大小。
(3)门极电路中的正偏压应为+12~+15V;负偏压应为-2V~-10V。
(4)IGBT 驱动电路中的电阻RG对工作性能有较大的影响,RG较大,有利于抑制IGBT 的电流上升率及电压上升率,但会增加IGBT 的开关时间和开关损耗;RG较小,会引起电流上升率增大,使IGBT 误导通或损坏。RG的具体数据与驱动电路的结构及IGBT 的容量有关,一般在几欧~几十欧,小容量的IGBT 其RG值较大。
从图2-2-1负载电压可以看出负载电压约为,基本上符合理论计算:
(V)
④ 占空比25%
图2-3-1负载电压
图2-3-2流经电感L的电流值为0.65A
从图2-3-1负载电压可以看出负载电压约为,基本上符合理论计算:
(V)
④占空比35%
图2-4-1负载电压
图2-4-2流经电感L的电流值为0.75A
从图2-4-1负载电压可以看出负载电压约为,基本上符合理论计算:
IGBT驱动电路分析随着微处理技术的发展(包括处理器、系统结构和存储器件),数字信号处理器以其优越的性能在交流调速、运动控制领域得到了广泛的应用。一般数字信号处理器构成的控制系统, IGBT驱动信号由处理器集成的PWM模块产生的。而PWM接口驱动能力及其与IGBT的接口电路的设计直接影响到系统工作的可靠性。因此本文采用SG3525设计出了一种可靠的IGBT驱动方案。
电力电子技术课程设计报告
题目:升压斩波电路设计
学院:
专业:
学号:
姓名:
指导教师:
完成日期:
升压斩波电路设计
(一) 设计任务书
(二) 设计说明书
一 matlab仿真原理
1 升压斩波电路工作原理
主电路工作原理
IGBT驱动电路选择
2 仿真实验
仿真模型
仿真实验结果及分析
仿真实验结论
最优参数选择
二 硬件实验
硬件电路
(1)由于是容性输出输出阻抗;因此IBGT对门极电荷集聚很敏感,驱动电路必须可靠,要保证有一条低阻抗的放电回路。
(2)用低内阻的驱动源对门极电容充放电,以保证门及控制电压u有足够陡峭的前、后沿,使IGBT的开关损耗尽量小。另外,IGBT开通后,门极驱动源应提供足够的功率,使IGBT不至退出饱和而损坏。
设 的初值为 ,解上式得:
( 1 – 7 )
当IGBT处于断态时,设电动机电枢电流为 ,得下式:
( 1 – 8 )
设 的初值为 ,解上式得:
( 1 – 9 )
当电流连续时,从图3-2的电流波形可看出, = 时刻 = , = 时刻 = ,由此可得:
( 1 – 10 )
( 1 – 11 )
故由上两式求得:
( 1 – 12 )
( 1 – 13 )
把上面两式用泰勒级数线性近似,得
( 1 – 14 )
该式表示了L为无穷大时电枢电流的平均值 ,即
( 1 – 15 )
当电流断续时的波形如图3-2所示。当 =0时刻 = =0,令式(1-10)中 =0即可求出 ,进而可写出 的表达式。另外,当 = 时, =0,可求得 持续的时间 ,即
(5)驱动电路应具有较强的抗干扰能力及对IGBT 的自保护功能。IGBT 的控制、驱动及保护电路等应与其高速开关特性相匹配,另外,在未采取适当的防静电措施情况下,IGBT的G~E极之间不能为开路。
IGBT驱动电路分类驱动电路分为:分立插脚式元件的驱动电路;光耦驱动电路;厚膜驱动电路;专用集成块驱动电路。本文设计的电路采用的是专用集成块驱动电路。
( 1 – 16 )
当 时,电路为电流断续工作状态, 是电流断续的条件,即
( 1 – 17 )
根据上式可对电路的工作状态做出判断。该式也是最优参数选择的依据。
(升压斩波工作原理引用自书籍王兆安、刘进军,《电力电子技术》第五版)
二、硬件实验
硬件电路
2.1.1整流电路
本设计采用桥式电路整流:由四个二极管组成一个全桥整流电路.对整流出来的电压进行傅里叶变换得 ,由整流电路出来的电压含有较大的纹波,电压质量不太好,故需要进行滤波。本电路采用RL低通滤波器(通过串联一个电感,滤除电流的高次谐波,并联一个电容滤除电压的高次谐波),以减小纹波。Protel原理图如下图4所示:
稳态时,一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等
(1-1)
化简得:
(1-2)
,输出电压高于电源电压,故称升压斩波电路。也称之为boost chooper变换器。
——升压比,调节其即可改变Uo。将升压比的倒数记作β,即 。和导通占空比,有如下关系:
(1-3)
因此,式(1-2)可表示为
(1-4)
升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因:
2.matlab仿真实验
物理仿真需要进行大量的设备制造、安装、连接及调试工作,其投资大、周期长、灵活性差、改变参数难、模型难以重用,且实验数据处理也不方便。但是计算机仿真却可以很好的解决这个问题。只要有一台计算机就可以对不同的控制系统进行仿真和研究,而且进行一次仿真实验研究的准备工作也比较简单,主要是控制系统的建模、控制方式的确立和计算机编程。本系统采用Matlab自带的动态仿真集成环境-Simulink进行仿真。Simulink是一个用来对动态系统进行仿真和分析的软件包。它支持连续、离散、及两者混合的线性和非线性系统。它为用户提供了一个图形化得用户界面(GUI)。它与用微分方程和差分方程建模的传统仿真相比具有更直观、更方便、更灵活的优点。
输入端接220V、50Hz的市电,进过变压器T1(原线圈/副线圈为4/1)后输出55V、50Hz。当同名端为正时D2、D5导通,D3、D4截止,电压上正下负。当同名端为负时D2、D5截止,D3、D4导通,电压同样是上正下负,从而实现整流。电感具有电流不能突变,通直流阻交流特性,因此串联一个电感可以提高直流电压品质。而电容具有电压不能突变,通交流阻直流特性,因此并联一个大电容可以滤除杂波,减小纹波。结合两种元器件的特性,组成上图整流电路,可以得到比较理想的直流电压(幅值为50V左右)。
仿真实验结果及分析
周期设为1KHz ,占空比为50%,电感为10mH,电容为2200uF,负载为100 时进行仿真,仿真结果如下:
图2-0-1 负载电压
图2-0-2 流经电感L的电流值为0.982A
由图2-0-1中V1可以看到负载两端的电压与输入电压基本上成2倍的关系。即
(V)
满足理论计算公式( 1-4 ),由仿真结果知,原理图设计是对的。
关键字升压斩波; SG3525;SIMULINK ; PWM;Protel
引言
直流斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的 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用于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、有源滤波等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;
L储能之后具有使电压泵升的作用
电容C可将输出电压保持住
IGBT驱动电路选择
IGBT的门极驱动条件密切地关系到他的静态和动态特性。门极电路的正偏压u、负偏压-u和门极电阻RG的大小,对IGBT的通态电压、开关、开关损耗、承受短路能力及du/dt电流等参数有不同程度的影响。其中门极正电压u的变化对IGBT的开通特性,负载短路能力和du/dt电流有较大的影响,而门极负偏压对关断特性的影响较大。同时,门极电路设计中也必须注意开通特性,负载短路能力和由du/dt电流引起的误触发等问题。根据上述分析,对IGBT驱动电路提出以下要求和条件:
(V)
⑤ 占空比45%
图2-5-1负载电压
图2-5-2流经电感L的电流值为0.89A
从图2-5-1负载电压可以看出负载电压约为,基本上符合理论计算:
(V)
⑥占空比55%
图2-6-1负载电压
图2-6-2流经电感L的电流值为1.09A
从图2-6-1负载电压可以看出负载电压约为,基本上符合理论计算:
(V)
(2)栅极电阻;(3)驱动电路实现过流过压保护的问题。
一matlab仿真原理
1. 升压斩波工作原理
主电路工作原理
假设L值、C值很大,V通时,E向L充电,充电电流恒为I1,同时C的电压向负载供电,因C值很大,输出电压uo为恒值,记为U。设V通的时间为ton,此阶段L上积蓄的能量为EI1ton
V断时,E和L共同向C充电并向负载R供电。设V断的时间为t,则此期间电感L释放能量为
图2-9-1负载电压325V
图2-9-2流经电Fra Baidu bibliotekL的电流值为3.25A
从图2-9-1负载电压可以看出负载电压约为325V,基本上符合理论计算:
(V)
占空比为95%
图2-10-1负载电压942V
图2-10-2流经电感L的电流值为9.42A
从图2-10-1负载电压可以看出负载电压约为942V,基本上符合理论计算:
⑦占空比65%
图2-7-1负载电压
图2-7-2流经电感L的电流值为1.042A
从图2-7-1负载电压可以看出负载电压约为,基本上符合理论计算:
(V)
⑧占空比75%
图2-8-1负载电压
图2-8-2流经电感L的电流值为1.962A
从图2-8-1负载电压可以看出负载电压约为,基本上符合理论计算:
(V)
⑨占空比85%
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