电力电子课程设计直流斩波电源.docxVIP

1总体分析与解决方案 1.1问题的提出与简述 直流斩波电路(DC Chopper)的功能是将言流电变为另一固定电压或可调 电压的直流电，也称为直接直流一直流变换器(DC/DC Converter)o直流斩波电 路一般是指直接将直流电变为另一直流电的情况，不包括直流一交流一直流的情 况，育流斩波电路的种类较多，包括6种基木斩波电路：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斩波电路和Zeta斩波电路，其 屮前两种应用最广泛。利用不同的基本斩波电路进行组合，可构成复合斩波电路, 如电流可逆斩波电路，桥式可逆斩波电路等，利用相同结构的基本斩波电路进行 组合，可构成多相多重斩波电路。 1.2设计目的及解决方案 任务的要求是需要设计一个输出电压在10?200V间连续可调的直流稳压电 源，此部分内容由以前所学模拟电路知识可以解决。然后对降压斩波主电路进行 设计，其涉及电力电子原理知识的直流斩波部分。任务还需要通过PWM方式来控 制IGBT的通断，查阅相关资料，需要使用脉宽调制器SG3525来产牛PWM控制信 号。电路需要使输出电压10-200V间连续可调，采用电压闭环，将输出电压反 馈给控制端，由输出电压与载波信号比较产生PWM信号，达到负反馈稳定控制 的目的。得到电路的原理框图如下： 图1总电路原理框图 2直流稳压电源设计 2.1电源设计原理 小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组 成，其原理框图如下所示: 图2直流稳压电源原理框图 图3直流稳压波形图 电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压U1变换为整流电路所需要 的交流电压U2。电源变压器的效率为： ，其中：￡是变压器副边的功率, 片是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表1所示： 表1小型变压器效率 副边功率/ 10VA 10-30164 30 ?80E4 80 ?200E4 效率〃 0.6 0.7 0.8 0.85 因此，当算岀了副边功率巴后，就可以根据上表算出原边功率片。 在稳压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1；2变换成脉动的直流电压U3。滤波电路一般由 电容组成，其作用是把脉动直流电压U3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑 的直流电压UI。UI与交流电压U2的有效值的关系为：6=（1」?IF）/；在整流 电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为：URM = 42U2 ；流过每只二极管 的平均电为： ， 其中：R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C提供放电通路，放电时间常数RC 应满足： ,其中：T = 20ms是50Hz交流电压的周期。 参数计算 根据滤波电路的输出电压UT,确定电源变压器副边电压血的有效值”2；根 据滤波屯路的最犬输出电流/omax ,确定流过电源变压器副边的电流厶和电源变 压器副边的功率根据4,从表2?1查出变压器的效率T],从而确定电源变 压器原边的功率片。然后根据所确定的参数，选择电源变压器。 确定整流二极管的正向平均电流1D、整流二极管的最大反向电压{/加和滤波 电容的电容值和耐压值。根据所确定的参数，选择整流二极管和滤波电容。依据 上述设计步骤，对本次课程的直流电源进行设计，输岀电压为U} = 200V o最大 输出电流假设为1A,则由/=(1.1?1?2)匕可知: S =1667 ?181U 变压器副边电流：I2 4niax = 1A,取厶=1.5A 因此，变压器副边输出功率：P2I2U2=\S\W o 由于变压器的效率77 = 0.85,变压器原边输入功率 功率为300W的变压器。 再选用整流二极管和滤波电容，由于：URM V2t/2 =72x181 = 2537, 人唤iA。IN4004的反向击穿电压U啟2537，额定工作电流ID = 1A = ZOmax, 故整流二极管选用IN4004o由于电路对纹波无要求，而电容的耐压要大于 42U2 = 253V ,故滤波电容C取容量为5OO|1F,耐压为300V的电解电容。 3降压斩波主电路设计 3. 1 BUCK电路工作原理 图5 BUCK电路图 降压斩波电路(Buck Chopper)的原理图如上所示。该电路使用一个全控器 件V,图中为IGBT,也可使用其他器件，若采用晶闸管，需要设置使晶闸管关断 的辅助电路。在图5中，为在V关断时给负载中的电感电流提供通道，设置了续流 二极管VD。斩波电路的典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载，两 种情况下负载中均会出现反电动势，如图中Em所示。若负载中无反电动势时，只 需令Em=0o电路的工作波形如下所示： 图6电流连续时波形图 由图6中的V的栅射电压Uge波形可知，在t二0时刻驱动V导通，电源E向负载 供电，负载电压匕二E,负载电流％按指