直流斩波电路的设计课程设计

直流斩波电路的设计

一.程序设计的目的：

1.熟悉降压斩波电路和升压斩波电路的工作原理

2.掌握两种基本斩波电路的工作状态

3.了解电路图的波形情况

二．课程设计的主要内容

1. 设计题目

直流斩波电路的性能研究

2. 设计步骤

⑴根据给出的技术要求，确定总体设计方案

⑵选择具体的元件，进行硬件系统的设计

⑶进行相应的电路设计，完成相应的功能

⑷进行调试与修改

⑸撰写课程设计说明书

3.设计方法

直流斩波电路（DC Chopper）的功能是将直流电变为另一种固定的或可调的直流电，也称为直流-直流变换器（DC/DC Converter），直流斩波电路（DC Chopper）一般是指直接将直流变成直流的情况，不包括直流-交流-直流的情况；直流斩波电路的种类很多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路，Zeta斩波电路，前两种是最基本电路。

主要包括：

⑴降压斩波电路的设计

⑵升压斩波电路的设计

⑶直流供电电源

⑷控制和驱动电路

三．设计方案的论证

1．熟悉实验装置的电路结构和主要元器件，检查实验装置输入和输出的线

路连接是否正确，检查输入保险丝是否完好，以及控制电路和主电路的电源开关是否在“关”的位置。电路原理图见实验图2。斩波电路的直流输入电压ui由交流电经整流得到，如实验图2a所示。实验图2b和c分别为降压斩波主电路和升压斩波主电路。实验图2d为控制和驱动电路的原理图，控制电路以专用PWM 控制芯片SG3525为核心构成，控制电路输出占空比可调的矩形波，其占空比受uco控制。

下图为降压斩波主电路及控制电路

a）直流供电电源

b）降压斩波主电路

c）升压斩波主电路

d）控制和驱动电路

（同理可得升压斩波电路主电路及控制电路）

d)

降压斩波主电路及控制电路

4. SG3525的功能特点及软起动功能

SG3525是定频PWM电路，采用16引脚标准DIP封装。其各引脚功能如图2(a)所示，内部框图如图2(b)所示。脚8为软起动端。

（a）SG3525的引脚

（b）内部框图

图2 SG3525引脚及内部框图

SG3525在SG3524的基础上，主要作了以下改进。

1）增设欠压锁定电路电路主要作用是当IC输入电压<8V时，集成块内部电路锁定，停止工作（基准源及必要电路除外），使之消耗电流降至很小（约2mA）。

2）有软起动电路比较器的反相端即软起动控制端脚8可外接软起动电容。该电容由内部5V基准参考电压的50μA恒流源充电，使占空比由小到大（50％）变化。

3）比较器有两个反相输入端 SG3524的误差放大器、电流控制器和关闭控制3个信号共用一个反相输入端，现改为增加一个反相输入端，误差放大器与关闭电路各自送至比较器的反相端。这样，便避免了彼此相互影响，有利于误差放大器和补偿网络工作精度的提高。

4）增加PWM锁存器使关闭作用更可靠比较器（脉冲宽度调制）输出送到PWM锁存器，锁存器由关闭电路置位，由振荡器输出时间脉冲复位。这样，当关闭电路动作，即使过电流信号立即消失，锁存器也可维持一个周期的关闭控制，直到下一个周期时钟信号使锁存器复位为止。

5）振荡器作了较大改进 SG3524中的振荡器只有CT及RT两引脚，充电和放电回路是相同的。SG3525的振荡器，除了CT及RT引脚外，增加了放电引脚7、同步引脚3。RT阻值决定对CT充电的内部恒流值，CT的放电则由脚5及脚7之间外接的电阻值RD决定。把充电和放电回路分开，有利于通过RD来调节死区的时间，这是重大的改进。在SG3525中增加了同步引脚3专为外同步用，为多个SG3525的联用提供了方便。

6）输出级作了结构性改进电路结构改为确保其输出电平处于高电平，或低电平状态。另外，为了适应驱动MOSFET的需要，末级采用了推挽式电路，使关断速度更快。

SG3525增加的工作性能在实际应用中具有重要意义。例如，脚8增加的软起动功能，避免了开关电源在开机瞬间的电流冲击，可能造成的末级功率开关管的损坏。

3.接通控制电路电源，用示波器分别观察锯齿波和PWM信号的波形（实验装置应给出测量端，位置在图中已标出），记录其波形、频率和幅值。调节Ur的大小，观察PWM信号的变化情况。

4.斩波电路的输入直流电压ui由低压单相交流电源经单相桥式二极管整流及电感电容滤波后得到。接通交流电源，观察ui波形，记录其平均值。

5.斩波电路的主电路包括降压斩波电路和升压斩波电路两种，分别如实验图2b、c所示，电路中使用的器件为电力MOSFET，注意观察其型号、外形等。

6.切断各处电源，将直流电源ui与升压斩波主电路连接，断开降压斩波主电路。检查接线正确后，接通主电路和控制电路的电源。改变ur值，每改变一次ur，分别观测PWM信号的波形、电力MOSFET V的栅源电压波形、输出电压uo的波形、输出电流io的波形，记录的PWM信号占空比a，ui、uo的平均值

Ui 和Uo 。

7.改变负载R 的值，重复上述内容6。 2.降压斩波电路 1)工作原理

t =0时刻驱动V 导通，电源E 向负载供电，负载电压u o=E ，负载电流i o 按指数曲线上升。

t =t 1时控制V 关断，二极管VD 续流，负载电压u o 近似为零，负载电流呈指数曲线下降。

通常串接较大电感L 使负载电流连续且脉动小。

O O u c)电流断续时的波形

E

V

+

-M

R

L

VD

i o

E M

u o

i G

t t

t

O b)电流连续时的波形

T E

i G t on

t off

i o

i 1i 2I 10

I 20t 1

u o

O O

O t

t

t

T E E i G i G t on t off i o t x

i 1i 2

I 20

t 1

t 2

o E M

a) 电路图

2)数量关系 负载电压平均值：