电力电子课程设计 - 直流斩波

来源:互联网 编辑:李元芳 手机版

电力电子课程设计说明书DC/DC变换器的设计

系、部:电气与信息工程系

学生姓名:单能文

指导教师:桂友超

专业:自动化

班级:0 7 0 3 班

完成时间:2010年6月13日

前言

直流斩波电路(DC Chopper)的功能是将直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-直流变换器(DC/DC Converter)。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-交流-直流的情况。习惯上,DC-DC变换器包括以上两种情况。

直流斩波电路的种类较多,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斩波电路和Zeta斩波电路,其中前两种是最基本的电路。一方面,这两种电路应用最为广泛,另一方面,理解了这两种电路可为理解其他的电路打下基础。

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。

直流斩波电路广泛应用于直流传动和开关电源领域,是电力电子领域的热点。全控型器件选择绝缘栅双极晶体管(IGBT)综合了GTR和电力MOSFET 的优点,具有良好的特性。目前已取代了原来GTR和一部分电力MOSFET的市场,应用领域迅速扩展,成为中小功率电力电子设备的主导器件。

所以,此课程设计选题为:设计使用全控型器件为IGBT的降压斩波电路。主要讨论电源电路、降压斩波主电路、控制电路、驱动电路和保护电路的原理与设计。

目录

1 设计要求与方案 (3)

2 直流电源设计 (3)

2.1 设计原理 (3)

2.2 参数计算 (4)

3 降压斩波主电路设计 (5)

3.1 BUCK电路工作原理 (5)

3.2 主电路参数分析 (6)

4 控制电路原理与设计 (6)

4.1 控制电路方案选择 (7)

4.2 控制电路工作原理 (8)

5 驱动电路原理与设计 (8)

5.1 驱动电路方案选择 (8)

5.2 驱动电路分析设计 (8)

6 保护电路原理与设计 (9)

6.1 过电压保护 (9)

6.2 过电流保护 (11)

设计心得 (12)

参考文献 (12)

致谢 (12)

附录 (13)

1.设计要求与方案

设计要求是输出电压Uo=50V-200V可调的DC/DC变换器,这里为降压斩波电路。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。IGBT的通断用PWM控制,用PWM方式来控制IGBT的通断需要使用脉宽调制器SG3525来产生PWM控制信号。降压斩波主电路原理图如图1.1所示:

图1 .1 降压斩波主电路的原理图

2.直流电源设计

2.1 设计原理

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,其各电压波形如图2.2所示:

图2.1 直流电源原理框图

图2.2 直流电源波形图

电源变压器的作用是将来自电网的220V 交流电压1U 变换为整流电路所需要的交流电压2U 。电源变压器的效率为:1

2P P =

η,其中:2P 是变压器副边

的功率,1P 是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表2.1 所示:

表2.1 小型变压器效率

因此,当算出了副边功率2P 后,就可以根据上表算出原边功率1P 。

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2U 变换成脉动的直流电压3U 。滤波电路一般由电容组成,其作用是把脉动直流电压3U 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2U 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

45.02==

2.1

2.2 参数计算

根据滤波电路的输出电压UI ,确定电源变压器副边电压2

u

的有效值2U ;根

据滤波电路的最大输出电流max o I ,确定流过电源变压器副边的电流2I 和电源变压器副边的功率2P ;根据2P ,从表2.1 查出变压器的效率η,从而确定电源变压器原边的功率1P 。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I D 、整流二极管的最大反向电压RM U 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,输出电压为V U 2001=。最大输出电流假设为1A,则由2)2.1~1.1(U U I =

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