目录引言 21升压斩波工作原理 21.1 主电路工作原理 22升压斩波电路的典型应用 43设计内容及要求 63．1输出值的计算 74 硬件电路 74.1控制电路 74.2 触发电路和主电路 94.3.元器件的选取及计算 105.仿真 116．结果分析 147．小结 148.参考文献 14引言随着电力电子技术的迅速发展，高压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所有的电力设备都需要良好稳定的供电，而外部提 供的能源大多为交流，电源设备担负着把交流电源转换为电子设备所需的各种类 别直流任务但有时所供的直流电压不符合设备需要，仍需变换，称为 DC/DC 变换直流斩波电路作为直流电变成另一种固定电压的 DC-DC 变换器，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 到普通的应用随之出现了诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、 复合斩波电路等多种方式的变换电路直流斩波技术已被广泛运用开关电源及直 流电动机驱动中，使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果全控型 电力电子器件 IGBT 在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波能领域得到了广泛 的应用。
但以IGBT为功率器件的直流斩波电路在实际应用中需要注意以下问题： （1）系统损耗的问；（2）栅极电阻；（3）驱动电路实现过流过压保护的问题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控制方式是目前才用最 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1 升压斩波工作原理1.1 主电路工作原理1）工作原理假设L和C值很大V处于通态时，电源E向电感L充电，电流恒定II,电 容C向负载R供电，输出电压Uo恒定V处于断态时，电源E和电感L同时向电容C充电，并向负载提供能量图1.1升压斩波电路主电路图首先假设电感L值很大，电容C值也很大当V-G为高电平时，Q1导通，12V电源向L充电，充电基本恒定为Ii，同时电容C上的电压向负载R供电，因C 值很大，基本保持输出电压uo为恒值，记为Uo设V处于通态的时间为ton，此 阶段电感L上积储的能量为EIJ当V处于段态时E和L共同向电容C充电， 并向负载R提供能量。
设V处于段态的时间为'of,则在此期间电感L释放的能 量为（U0-已"1=当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积储的能量于释 放的能量相等，即(1—1)(1—2)EIt = (U -E)It1 on 0 1 off化简得toffEt +1-on offtoff上式中的T/toff - 1，输出电压高于电源电压式（1-1）中"toff为升压比，调节其大小即可改变输出电压Uo的大小2）数量关系设V通态的时间为t ，此阶段L上积蓄的能量为：E I Ton m 1 on设V断态的时间为t ，则此期间电感L释放能量为：（E-E ） I Toff m 2 of稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等：offoff(1—3)T/t off儿输出电压高于电源电压’故为升压斩波电路T/t —升压比;升压比的倒数记为B,即B二toff又因为a+B=l所以: off TU =1E二丄 E (1-4)0 B 1 — a电压升高得原因：电感L储能使电压泵升的作用，电容C可将输出电压保持 住2升压斩波电路的典型应用图2.1用于直接电动机回馈能量的升压斩波电路图通常用于直流电动机再生制动时把电能回馈给直流电源 实际L值不可能为无穷大，因此有电动机电枢电流连续和断续两 种工作状态电机反电动势相当于图1. 1中的电源，此时直流电源 相当于图1. 1中的负载。
由于直流电源的电压基本是恒定的，因 此不必并联电容器基于“分段线性”的思想进行解析V处于通态时，设电动机 电枢电流为i，得下式1d iL 1 + Ri = E ( 2-1)d t 1 m式中R为电机电枢回路电阻与线路电阻之和设i的初值为I ,解上式得1 1 0. 丿 E i 二 I e t + —m1 10(2-2)r —t)1 — e tR〔丿当V处于断态时，设电动机电枢电流为i,得下式:(2-3)的初值为解上式得:—丄 E — Ee t — m 20 R(2-4)用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路波形:图2.2电流连续升压斩波电路波形图2.3电流断续升压斩波电路波形2i =I ，1 20当电流连续时，从图1.3的电流波形可看出，t二t时刻o nt=t 时 刻 i =I ， 由此 可 得 ： o ff 2 10l0toff1 - ^°fjl - e tE/ 1 - e-Bp、m —Tl 1 -厂T丿Rl 1 - e-p 丿REE—mR2-5)20( 、-ton - Te t — e te —up — e-p ) Em l - e-p 丿2-6)把上面两式用泰勒级数线性近似，得10I =(m - p )—20 R2-7)该式表示了 L为无穷大时电枢电流的平均值I ,即 o2- 8 )—-哄=—-p—对电流断续工作状态的进一步分析可得出：电流连续的条件为l- e-ppm < (2-9)l - e-p根据此式可对电路的工作状态作出判断。
3 设计内容及要求1、 输入直流电压：U=50V；d2、 输出功率：150W；3、 开关频率：10kHz；4、 占空比：0.1~0.5；5、 电阻性负载；6、 输出电压脉率：小于 10%3. 1输出值的计算由电路原理分析可知：U 二 DU 二 2 x 50V 二 100V2 d考虑10 00的裕量：U 二 1.1U 二 110V2 0U21102150=81011081=1.36AAI < 10I 二 0.1x 1.36 二 0.136AL - 0 24硬件电路4.1控制电路1~1 丨什简和输入|2 |：1一〕匚3 ]■!J振潮磐齡焜[—4 33Cf5H比1'后 1117 10i软『誌端匚& (JVrcf站沙A. H鞋匚虺A1：-F图 4.1 SG35251脚：误差放大器的反相输入端；2脚：误差放大器的同相输入端；3脚：同步信号输入端，同步脉冲的频率应比振荡器频率fS要低一些;4脚：振荡器输出；5脚：振荡器外接电容CT端，振荡器频率fs = l/CT (0.7RT+3R0),R0为 5脚与7脚之间跨接的电阻，用来调节死区时间，定时电容范围为0. 001〜0.1 口 F；6脚：振荡器外接定时电阻RT端，RT值为2〜150 kQ；7 脚:振荡器放电端，用外接电阻来控制死区时间，电阻范围为0〜500 Q；8脚：软启动端，外接软启动电容，该电容由内部Vref的50 口 A恒流源充 电；9脚：误差放大器的输出端；10脚：PWM信号封锁端，当该脚为高电平时，输出驱动脉冲信号被封锁， 该脚主要用于故障保护；11脚：A路驱动信号输出；12脚：接地；13脚：输出集电极电压；14脚：B路驱动信号输出；15脚：电源，其范围为8〜35 V；16脚：内部+ 5 V基准电压输出。
控制电路需要实现的功能是产生PWM信号，用于可控制斩波电路中主功率器 件的通断，通过对占空比a的调节，达到控制输出电压大小的目的此外，控制 电路还具有一定的保护功能被实验装置的控制电路采用控制芯片SG3525为核心组成芯片的输入电压 为8V到35V它的振荡频率可在100HZ到500KHZ的范围内调节在芯片的CT 端和放电端间串联一个电阻可以在较大范围内调节死区时间此外此外，其软起 动电路非常容易设计，只需外部接一个软起动电容即可FL5■4-:L5'严、1 1i 1■+5uVE16A GT、1(5CT■r VT.T r~"31O X IM1悴4useD。