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1、课程设计报告课题名称：直流斩波电路的设计电力电子技术课程设计任务书系：电气与信息工程系年级：专业：自动化指导教师姓名学生姓名课题名称直流斩波电路的设计内容及任务一、设计任务和要求（1）熟悉整流和触发电路的基本原理，能够运用所学的理论知识分析设计任 务。（2）掌握基本电路的数据分析、处理；描绘波形并加以判断。（3）能正确设计电路，画出线路图，分析电路原理。（4）广泛收集相关资料。（5）独立思考，刻苦专研，严禁抄袭。（6）按时完成课程设计任务，认真、正确的书写课程设计报告。二、设计内容（1）明确设计任务，对所要设计地任务进行具体分析，充分了解系统性能， 指标要求。（2）制定设计方案。（3）迸行具体
2、设计：单元电路的设计；参数计算；器件选择；绘制电路原理 图。（4）撰写课程设计报告（说明书）：课程设计报告是对设计全过程的系统总 结。三、技术指标斩波电路输出电压为1005V，直流降压斩波电路输入电压为直流流200V， 直流升压斩波电路输入电压为直流50V。脉冲周期为50p S （降压）40p S （升压）， 脉冲信号占空比可以通过SG3525调节。进度安排起止日期设计内容6.1分析设计任务，确定元件参数、指标6.1用Multisim进行仿真，Protel绘制硬件电路图6.2撰写设计报告答辩成绩指导 教师 评阅 意见直流斩波电路的功能是将直流电变为另一种固定的或可调的直流电，也 称为直流-直流
3、变换器（DC/DC Converter），直流斩波电路一般是指直接将直流 变成直流的情况，不包括直流-交流-直流的情况；直流斩波电路的种类很多：降 压斩波电路，升压斩波电路，这两种是最基本电路。另外还有升降压斩波电路， Cuk斩波电路，Sepic斩波电路，Zeta斩波电路。斩波器的工作方式有：脉宽调 制方式（丁、不变，改变ton）和频率调制方式（ton不变，改变Ts）。本设计是基 于SG3525芯片为核心控制的脉宽调制方式的升压斩波电路和降压斩波电路，设 计分为Multisim仿真和Protel两大部分构成。Multisim主要是仿真分析，借助其 强大的仿真功能可以很直观的看到PWM控制输出电
4、压的曲线图，通过设置参数 分析输出与电路参数和控制量的关系，利用软件自带的电表和示波器能直观的分 析各种输出结果。第二部分是硬件电路设计，它通过Protel等软件设计完成。关键字：直流斩波；PWM； SG35251直流斩波主电路的设计11.1 直流斩波电路原理11.1.1 直流降压斩波电路11.2.2 直流升压斩波电路21.2 主电路的设计31.2.1 直流降压斩波电路31.2.2 直流降压斩波电路参数计数31.2.3 直流升压斩波电路41.2.4 直流升压斩波参数计算42触发电路设计52.1 控制及驱动电路设计52.1.1 PWM控制芯片SG3525简介52.1.2 SG3525内部结构及工
5、作特性52.1.3 触发电路62.2 系统总电路图73 电路仿真83.1 触发电路的仿真83.1.1 Multisim仿真电路的建立83.1.2 触发电路的仿真结果及分析93.2直流降压斩波电路的仿真及分析103.2.1 Multisim仿真电路的建立103.2.2 直流降压斩波电路仿真结果及分析103.3升压斩波电路仿真113.3.1 Multisim仿真电路的建立113.3.2 直流升压斩波电路仿真结果及分析124 总结与体会13参考文献141直流斩波主电路的设计1.1 直流斩波电路原理1.1.1直流降压斩波电路直流降压变流器用于降低直流电源的电压，使负载侧电压低于电源电压，其原理电路如图
6、1-1所示。V在开关器件v导通时，气一_一有电流经电感L向负载供电，在V TK七玉VD就。孩关断时，电感L释放储能，维持负一载电流，电流经负载和二极管VD形图1-1直流降压斩波电路原理图成回路。调节开关器件V的通断周期，可以调整负载侧输出电流和电压的大小。 负载侧输出电压的平均值为：TT t（1-1）U = onEon off式中T为V开关周期,匕为导通时间，为占空比。Uo最大为E，减小a，uO随之减小降压斩波电路。也称为Buck变换器（BuckConverter）。负载电流平均值为:（1-2）电流断续时，uo平均值会被抬高，一般不希望出现。根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路可有
7、三种控制方式：（1）保持开关周期T不变，调节开关导通时间t，称为PWM（Pulse Width Madula-tion ）或脉冲调宽型。（2）保持开关导通时间ton不变，改变开关周期T,称为频率调制或调频型。（3）ton和T都可调，使占空比改变，称为混合型。图1-2直流升压斩波电路原理图on * off EtofTtoff（1-3）1.2.2直流升压斩波电路直流升压变流器用于需要提升直流电压的场合，其原理图如图1-2所示。在电路中V导通时，电流由E经升压电感L和V形成回路， 电感L储能；当V关断时，电 感产生的反电动势和直流电源电压 方向相同互相叠加，从而在负载侧 得到高于电源的电压，二极管的
8、作用是阻断V导通是，电容的放电回路。调节 开关器件V的通断周期，可以调整负载侧输出电流和电压的大小。负载侧输出 电压的平均值为：式中T为V开关周期,七为导通时间，吃为关断时间。升压斩波电路之所以能使 输出电压高于电源电压，n关键有两个原因:一是L储能之后具有使电压泵升的作用，二是电容C可将输出电压保持住。在以上分析中，认为V处于通态期间因 电容C的作用使得输出电压Uo不变，但实际上C值不可能为无穷大，在此阶段其向负载放电，U。必然会有所下降，故实际输出电压会略低于理论所得结果， 不过，在电容C值足够大时，误差很小，基本可以忽略。1.2 主电路的设计1.2.1直流降压斩波电路直流降压斩波主电路图
9、如图1-3所示。图1-3直流降压斩波主电路1.2.2直流降压斩波电路参数计数设计降压斩波电路中，直流降压变压器电源电压E=200V，负载电阻R=10。，试选L=2mH,T=50p S,t =25p S。根据判断电流断续的条件：m 竺二（1-4）e p-1t = - =0.0002，p = - =0.1，ap =0.05 Rt竺=0.487m（1-5）e p-1所有所选L符合要求，电流不断续。全控型器件选择Silicon N Channel MOS FET 2SK307L，其主要参数如下: 关断频率：f=1MHzt =60nsd (on)（1-6）t=550nsd (off)（1-7）I =75
10、A（1-8）V = 40V（1-9）V= |20 V（1-10）GSS2SK307的参数符合设计要求。理论计算降压后输出结果:(1-11)(1-12)U Tn E = 100V1.2.3直流升压斩波电路直流升压斩波电路主电路图如图1-4所示。D42mHM-E50VVGQ2 MOSFET NC330mFR310图1-4直流升压斩波主电路1.2.4直流升压斩波参数计算设计降升斩波电路中，直流升压变压器电源电压E=50V，负载电阻R=10。，试选L=2mH,T=40p S,t =20p S。C=30mF根据判断电流断续的条件:1 - e -pp m 1 - e-p（1-13）其中a +p =1，经计
11、算可知所选元件参数符合要求，在此升压斩波电路中电流不 断续。全控型器件同直流降压斩波电路一样选择Silicon N Channel MOS FET2SK307L，参数在此不在赘述。理论计算升压后输出结果：U =- E = 100 V o 1 - a（1-14）Up o = 10V（1-15）2触发电路设计2.1 控制及驱动电路设计2.1.1 PWM控制芯片SG3525简介SG3525A系列脉宽调制器控制电路可以改进为各种类型的开关电源的控制 性能和使用较少的外部零件。在芯片上的5.1V基准电压调定在土 1%,误差放大 器有一个输入共模电压范围。它包括基准电压，这样就不需要外接的分压电阻器 了。
12、一个到振荡器的同步输入可以使多个单元成为从电路或一个单元和外部系统 时钟同步。在CT和放电脚之间用单个电阻器连接即可对死区时间进行大范围的 编程。在这些器件内部还有软起动电路，它只需要一个外部的定时电容器。一只 断路脚同时控制软起动电路和输出级。只要用脉冲关断，通过PWM(脉宽调制) 锁存器瞬时切断和具有较长关断命令的软起动再循环。当VCC低于标称值时欠 电压锁定禁止输出和改变软起动电容器。输出级是推挽式的可以提供超过 200mA的源和漏电流。SG3525A系列的NOR (或非)逻辑在断开状态时输出为 低。工作范围为8.0V到35V-5.1V1.0%调定的基准电压 100Hz到400KHz振荡
13、器频率分立的振荡器同步脚2.1.2 SG3525内部结构及工作特性(1) 基准电压调整器基准电压调整器是输出为5.1V, 50mA，有短路电流保护的电压调整器。它 供电给所有内部电路，同时又可作为外部基准参考电压。若输入电压低于6V时， 可把15、16脚短接，这时5V电压调整器不起作用。(2) 振荡器3525A的振荡器，除CT、RT端外，增加了放电7、同步端3。RT阻值决定 了内部恒流值对CT充电，CT的放电则由5、7端之间外接的电阻值RD决定。 把充电和放电回路分开，有利于通过RD来调节死区的时间，因此是重大改进。 这时3525A的振荡频率可表为：(2-1)fS C (0.7R + 3R )
14、TTD（3） SG3525的内部结构SG3525的内部结构如图2-1所示。GroundOSC.OutputYrefVccSyncKTCTEi schir geCompenziti onI1IV. inp诞Moninv. input4 10 5.0kShutiown GWvSot_St irthf图2-1 SG3525的引脚以及内部框图在直流降压斩波电路中可以通过调节2脚接的电阻值改变输出脉冲信号的 占空比，根据求频率f的公式计算出SG3525外接元件参数如下：C = 0.01|! F（2-2）TR = 7.。（2-3）TR = 10。（2-4）D2.1.3触发电路MOS FET驱动电路分类驱动电路分为：分立插脚式元件的驱动电路；光耦 驱动电路；厚膜驱动电路；专用集成块驱动电路。本文设计的电路采用的是专用 集成块驱动电路。MOS FET驱动电路分析随着微处理技术的发展（包括处理器、系统结构和存 储器件），数字信号处理器以其优越的性能在交流调速、运动控制领域得到了广 泛的应用。一般数字信号处理器构成的控制系统，MOS FET驱动信号由处理器 集成的PWM模块产生的。而PWM接口驱动能力及其与MOS FET的接口电路 的设计直接影响到系统工作的可靠性。因此本文采用SG3525设计的光耦驱动电 路是一种可靠的MOS
