降压斩波电路1

《降压斩波电路1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《降压斩波电路1（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、一、 降压斩波电路1、主电路降压斩波电路(Buck Chopper)的原理图及工作波形如图 1-1 所示。图中 V 为全控型器件，选用 MOS 管。D 为续流二极管。由图 2-17 中 V 的栅极电压波形UGE可知，当 V 处于通态时，电源 Ui向负载供电，UD=Ui。当 V 处于断态时，负载电流经二极管 D 续流，电压 UD近似为零，至一个周期 T 结束，再驱动 V导通，重复上一周期的过程。负载电压的平均值为：式中 ton为 V 处于通态的时间，toff为 V 处于断态的时间，T 为开关周期， 为导通占空比，简称占空比或导通比(=ton/T)。由此可知，输出到负载的电压平均值 UO最大为 U

2、i，若减小占空比 ，则UO随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。图中 R 由直流电机电枢代替，励磁线圈固定接 DC24V，可实现电机调速。电机参数如下：电机型号：36SZ01 额定功率：5W 额定电压：DC24V 电枢电流：0.55A 励磁电流：0.32ASDG_+iUDLCR_+DU_+OUdrv com图 1-1 降压斩波电路的原理图图 1-1 降压斩波电路图中各器件选型为：MOS 管型号：IRF510A（100V/5.6A） 续流二极管D：DR200（50V/2A）L：取 39mH C：36uF 2、隔离驱动图 1-2 是一种采用光耦合隔离的由 V2、V3组成的驱

3、动电路。当控制脉冲使iion i offonon oaUUTtUtttU光耦关断时，光耦输出低电平，使 V2截至，V3导通，MOSFET 在 DZ1 反偏作用下关断。当控制脉冲使光耦导通时，光耦输出高电平，使 V2导通，V3截至，经 VCC、V2、RG产生的正向驱动电压使 MOS 管开通。光耦选择高速光耦6N137。电源+VCC可由 DC/DC 芯片提供。uiR1R2RGV1V2V3+VCCR3 DZdrvcom6N137图 1-2 驱动电路图V2：9013 V3：9012 3、模拟控制降压斩波电路的模拟控制采用 PWM 控制芯片 SG3525 组成的 PWM 发生电路输出 PWM 控制信号，

4、控制 MOS 管的导通和关断。图 1-3 给出了该芯片的引脚功能及应用电路。（a）SG3525 的引脚-1 +2 SYNC3 OSCOUT4 CT5 RT6 DISCHG7 SOFTST8EAOUT9SHUTDN10OUTA11GND12VCC13OUTB14+Vin15VREF16U6SG3525+15VC194700P6KHz-50KHzC22 104C11 104C20101PWMAPWMBR41 20KR3100C5101DSOFT1122WWSW350K(b) SG3525 的应用电路图 1-3 PWM 控制芯片 SG3525 PWM 脉冲调制器电路原理图_+A1UR_+A2 R1R

5、3R1RCUO1UO2（1）当 UR=0V 时的波形图（占空比为 50%）ttUo1Uo200图 1-4（2）当 UR 变化，则占空比必然变化，UR 增大，Uo1 变宽。UR 电压的产生（1）由题目要求决定，例如手动产生UR 电压，可用电阻分压器给出。 （2）若给定 UR 是一个波形，则应设计相应的积分电路控制给出上图波形。 （3）二者兼容，可用纽子开关手动选择。控制波形 发生器UCCUR手动自动送到3525输入比较端图 1-5 模拟反馈控制图 1-6 为降压斩波电路双闭环反馈控制电路图。其中内环为电流环，外环 为电压环。DC/DC变换器驱动电路PWM控制+-+- ii*UU*电流变送器+_+

6、_+_AAA+_ A+_ A电 压 变 送 器UoR_+图 1-6 降压斩波电路双闭环反馈控制电路图 电压取样：在强电中一般使用电压变送器或传感器加调理电路，低电压一 般用分压电阻取样。 电流取样：在强电中一般用电流变送器或传感器，低电压中一般用串联电 阻取样。数字控制（1）一般在使 DSP 芯片时由于速度快，可选带有 PWM 产生的芯片； （2）MSP430 也可以直接产生 PWM 波形，即由 A/D 采集主回路电压、电流后， 直接运算后产生 PWM 波形； （3）如果使用 MCS-51 芯片，可采用 A/D 采集主回路的电压和电流信号，然后经运算后由 D/A 输出 UR 送到 SG3525

7、 产生闭环的 PWM 波形 。而电流短路 保护则应硬件直接封锁 PWM 波，限流保护仍由单片机承担。 鉴于学生的知识结构，选择模式（3） ，选择传感器或变送器采样方式。图 1-7 给出了采用数字控制方式的降压斩波电路双闭环反馈控制电路图。 MCS-51 单片机与上位机通过 RS232 串口连接，可在线调试。DC/DC变换器驱动电路电流变送器+_ AA/DD/A+_ A电 压 变 送 器MCS-51上位机RS232 通讯接口在线调试平台UoR_+PWM控制图 1-7 降压斩波电路双闭环反馈控制电路图二、升压斩波电路1、主电路升压斩波电路(Boost Chopper)升压斩波电路(Boost Ch

8、opper)的原理图如图 2-1 所示。图中 V 为全控型器件，选用 MOS 管。D 为续流二极管。输入电压取 015V 直流电压，输出直流电压 1536V，电流 2A。iUoUV1i_+_+C1 SD Gdrvcom10kC2Rc50iUDLVUVi图 2-1 Boost 升压斩波电路原理图 图 2-1 中各器件选型：MOS 管型号：IRF510A（100V/5.6A） 续流二极管 D：DR200（50V/2A） L：8.2mH C1、C2：36uFBoost 升压斩波电路有电感电流连续和电感电流断续两种工作状态，当电路工作于电感电流连续模式时，电路的工作波形如图 2-2 所示。S0tont

9、offt0toU0t0tLiVi1t2tVU0t图 2-2 Boost 升压斩波电路电感电流连续工作时的波形如上图所示，Boost 升压斩波电路工作于电感电流连续模式时，电路在一个 开关周期内相继经历了两个开关状态，其各时段的工作状态描述如下： -时段：开关 MOS 管导通，电压向电感 L 充电，电感电流不断增大，0t1tiU续流二极管 D 此时处于关断状态，同时电容 C2 上的电压向负载供电。-时段：开关 MOS 管关断，续流二极管 D 导通，整流电压和电感 L1t2tiU通过续流二极管 D 共同向电容 C2 充电，并向负载提供能量，电感电流不断减 小。 Boost 升压斩波电路工作于电感电

10、流连续模式时有：（2-ii offoUDUtTU111）式中：TMOS 管的一个开关周期；MOS 管在一个开关周期内处于通态的时间；ontMOS 管在一个开关周期内处于断态的时间；offtD占空比，。 TtDon由式（2-9）可知，当占空比时，所以应避免占空比 D 过1DoU于接近 1，以免斩波电路输出电压过高造成电路损坏。当 Boost 升压斩波电路工作于电感电流断续模式时，电路的工作波形如图 2-6 所示。S0tontofft0toU0t0tLiVi1t3tZU2t0tVU图 2-3 Boost 升压斩波电路电感电流断续工作时的波形如上图所示，Boost 升压斩波电路工作于电感电流断续模式

11、时，电路在一个 开关周期内相继经历了三个开关状态，其各时段的工作状态描述如下：-时段：开关 MOS 管导通，整流电压向电感 L 充电，电感电流不断0t1tiU增大，续流二极管 D 此时处于关断状态，同时电容 C2 上的电压向负载供电。-时段：开关 MOS 管关断，续流二极管 D 导通，整流电压和电感 L1t2tiU通过续流二极管 D 共同向电容 C2 充电，并向负载提供能量，电感电流不断减 小。 -时段：开关 MOS 管仍处于断态，在时刻电感电流减小到 0；续流二2t3t2t极管 D 关断，电感电流将保持零值到时刻，且电感两端的电压也为零，在这3t一时段，开关 MOS 管两端的电压等于输入的直

12、流电压，同时负载由电容 C2iU提供能量。Boost 升压斩波电路工作于电感电流断续模式时有：（2-2）zoUKU2411 式中：（2-3）TRDLK22升压斩波电路与降压斩波电路相比，只有主电路结构不同，而隔离驱动、 模拟控制及数字控制电路与降压斩波电路相同。三、大功率开关电源1、全桥 DC-DC 隔离型图 3-1 给出了全桥隔离型大功率开关电源电路。输入为 36V 直流电压。变 压器变比为 N。当滤波电感电流连续时，有（3-Tt NN UUioon1221）式中：为变压器变比，T 为开关周期，为开关导通时间。12 NNont如果输出电感电流不连续，输出电压将高于式（3-1）的计算值，并随负

13、载减小 而升高，在负载电流为零的极限情况下，有（3-2）ioUNNU12_+C1iUdrv1com1drv2com2drv3com3drv4com4全桥整流LoU_+C2RL图 3-1 全桥 DC-DC 隔离型电源全桥隔离型大功率开关电源电路中的开关器件都选用 MOS 管，图 3-1 中各器件 选型：MOS 管型号：IRF510A（100V/5.6A） C1、C2：36uF电抗器 L：2mH2、驱动电路采用两片 IR2110 浮地驱动，图 3-1 中的同一个桥臂的上下两个 MOS 管由一片 IR2110 驱动。 美国 IR 公司生产的 IR2110 驱动器。它兼有光耦隔离（体积小）和电磁隔 离

14、（速度快）的优点，是中小功率变换装置中驱动器件的首选品种。IR2110 采 用 HVIC 和闩锁抗干扰 CMOS 制造工艺，DIP14 脚封装。具有独立的低端和高 端输入通道；悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达 500V，dv/dt=50V/ns，15V 下静态功耗仅 116mW；输出的电源端（脚 3，即功 率器件的栅极驱动电压）电压范围 1020V；逻辑电源电压范围（脚 9） 515V，可方便地与 TTL，CMOS 电平相匹配，而且逻辑电源地和功率地之 间允许有5V 的偏移量；工作频率高，可达 500kHz；开通、关断延迟小，分 别为 120ns 和 94ns；图腾柱输出峰值电流为 2

15、A。 IR2110 驱动电路如图 3-2 所示。图 3-2 IR2110 驱动电路 IR2110 本身不带死区，需要加死区延时控制电路，如图 3-3 所示。RDC 死 区电路可以使信号的上升沿延时，而下降沿不变，从而产生死区时间。50kD147pFCD4069CD4069CD4069CD4069 50kD147pFPWM1_INPWM1_OUTPWM2_OUT图 3-3 死区延时控制电路图 3-1 中 drv1 与 drv4 的控制信号为 PWM1_OUT，drv3 与 drv2 的控制信号 为 PWM2_OUT。3、模拟控制全桥 DC/DC 隔离型开关电源双闭环模拟控制电路如图 3-4 所示

16、。内环为电 流环，电流取输出滤波电感的电流，外环为电压环，电压取输出电压。全桥DC/DC 隔离型开关电源驱动电路PWM控制+-+- ii*UU*Uo 电流变送器+_+_+_AAA+_ A+_ ARL电 压 变 送 器_+图 3-4 全桥 DC/DC 隔离型开关电源双闭环模拟控制电路4、数字控制采用 MCS-51 单片机，纯软件可省去 SG3525，采用桥控硬件延时电路。全 桥 DC/DC 隔离型开关电源双闭环数字控制电路如图 3-5 所示。MCS-51 单片机 与上位机通过 RS232 串口连接，可在线调试。驱动电路电流变送器+_ AA/D+_ A电 压 变 送 器MCS-51上位机RS232 通讯接口在线调试平台UoRL_+全桥DC/DC 隔离型开关电源图 3-5 全桥 DC/DC 隔离型开关电源双闭环数字控制电路四、全桥整流/逆变型电源1、主电路全桥逆变电路如图 4-1 所示。输入为 36V 直流电压，可分为正弦波恒压输 出和正弦波恒流