直流升压变流器的设计.docVIP

摘要 将一个恒定的直流电压通过电力电子器件的开关作用变换成为可变的直流电压的过程称为直流—直流变换，即DC/DC变换。其在直流传动系统、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，特别的是，以DC/DC变换技术为基础的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。本文设计的是一个直流升压变流器，它就是基于直流升压斩波电路的装置，具有体积小、效率高、重量轻、成本低的优点。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控制方式是目前采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。本设计中直流斩波电路的控制电路以专用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。在本设计过程中采用MATLAB自带的动态仿真集成环境SIMULINK对系统进行建模和仿真，得到理想结果，然后利用PROTEL软件绘制硬件电路图。 关键词: 斩波 变流器 PWM 仿真 1 设计意义及要求 1.1 设计意义 电力电子技术是应用于电力领域的技术，具体的说，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，电力电子装置提供给负载各种不同的直流电源、恒频交流电源和变频交流电源，因此也可以说电力电子技术研究的也就是电源技术。如通信设备中的程控交换机所用的高频开关电源、各种家用电器的电源、 航天飞行器中的各种电子仪器电源、大型电动机的启动和调速，核聚变的脉冲电源、实验室中所需要的特种电源都必须采用电力电子技术。本文是设计一个MOSFET直流升压变流器，具有体积小可靠性高等特点，利用了直流升压斩波电路原理和PWM控制技术。PWM控制技术在电力电子技术中占有十分重要的位置，它是目前应用最广的一种控制方式，它在逆变、斩波、变频及交流电力控制中均可应用。它使电路的控制性能大为改善，使以前难以实现的功能也得以实现，对电力电子技术的发展产生了深远的影响。SG3525是用于驱动MOSFET的集成芯片，在电力电子电路中电力MOSFET最常见的用途是作为高频开关在通态和断态之间来回切换。本设计中应用得开关器件就是电力MOSFET。 1.2 设计要求 初始条件： 设计一升压斩波电路，已知直流电源100V，要求将电压提升到150V，输出电压的脉动控制在5%以内，负载的等值电阻为10Ω。 要求完成的主要任务: 方案设计完成主电路的原理分析,各主要元器件的选择驱动电路的设计 图1直流升压变流器系统框图 2.2总电路图设计 图2 直流升压变流器总电路图 设计方案的总电路图如上图2所示。输入电源是100V直流稳压电，给SG3525芯片、光电耦合器、三极管供给15V工作电压，其中PWM控制模块产生脉冲送给升压斩波电路，升压斩波电路通过控制电力MOSFET的通断状态来调节输出电压的大小，从而达到升压的目的，把输出电压通过降压,滤波后得到的信号反馈给PWM控制模块以稳定脉冲调制器的输出占空比,故可达到稳定输出电压的目的，因此整个系统构成一个直流升压变流器。为使所设计的变流器能够适用于更多的场合，在设计中加入滑动变阻器，通过调节可变电阻RP来改变脉冲占空比从而使升压斩波电路升压并输出可调电压。 3.3 主电路图设计分析 所设计的变流器主要组成部分是升压斩波电路模块，是变流器的核心部分。其电路图如下面图3所示： 图3 直流升压斩波电路 3.3.1 主电路图原理分析 升压斩波电路（oost Chopper）由电力MOSFET、二极管VD、储能电感L和输出滤波电容C所组成。L储能之后具有使电压泵升的作用,且电容C可将输出电压保持住，故使得升压斩波电路的输出电压高于输入电压。 1.电路的基本工作原理， 当MOS管导通时，能量从输入电源流入，并储存于电感L中，由于MOS管导通期间正向饱和管压降很小，故这时二级管VD反偏，负载由滤波电容C供给能量，将C中储存的电能释放给负载。当MOS管截止时，电感L中电流不能突变，它所产生的感应电势阻止电流减小，感应电势的极性为下正上负，二极管VD导通，电感中储存的能量经二极管VD，流入电容C，并给负载。在MOS管导通的期间，能量储存在电感L中，在MOS管截止的期间，电