《升压斩波（boost chopper）电路设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《升压斩波（boost chopper）电路设计（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电力电子技术课程设计报告题目：升压斩波（boost chopper）电路设计学 院：专 业：学 号：姓 名：指导老师：时 间：目 录前言*2 MATlAB仿真设计*6硬件实验*14参考文献*19附录一 设计任务书*20附录二 PROTEL简介*21附录三 MATLAB简介*24 升压斩波电路（Boost Chopper）设计一、前言1.Boost Chopper工作原理：图1.1升压斩波电路图图1.1中假设L值、C值很大，V通时，E向L充电，充电电流恒为I1，同时C的电压向负载供电，因C值很大，输出电压uo为恒值，记为Uo。设V通的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为EI1tonV断时，E和L
2、共同向C充电并向负载R供电。设V断的时间为toff，则此期间电感L释放能量为 稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等 化简得： （1），输出电压高于电源电压，故称升压斩波电路。也称之为boost变换器升压比，调节其即可改变Uo。将升压比的倒数记作b，即。b和导通占空比a有如下关系： （2）因此，式（1）可表示为 （3）升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因：L储能之后具有使电压泵升的作用，电容C可将输出电压保持住。2.升压斩波电路的典型应用：1) 直流电动机传动2) 单相功率因数校正（Power Factor CorrectionPFC）电路3) 用于其他交直流电源中4) 用于直流电
3、动机传动时图1.2用于直接电动机回馈能量的升压斩波电路图a) 通常用于直流电动机再生制动时把电能回馈给直流电源b) 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c) 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。 电路分析基于“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i1，得下式 （5） 式中R为电机电枢回路电阻与线路电阻之和。设i1的初值为I10，解上式得 （6） 当V处于断态时，设电动机电枢电流为i2，得下式： （7） 设i2的初值为I20，解上式得： （8）用于直流电动机回
4、馈能量的升压斩波电路波形：图1.3电流连续升压斩波电路波形 图1.4电流断续升压斩波电路波形当电流连续时，从图1.3的电流波形可看出，t=ton时刻i1=I20，t=toff时刻i2=I10，由此可得： （9） （10） 把上面两式用泰勒级数线性近似，得 （11） 该式表示了L为无穷大时电枢电流的平均值Io，即 （12） 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 （13） 根据此式可对电路的工作状态作出判断。3.设计目的1) 通过对Boost Chopper电路的设计，掌握Boost Chopper电路的工作原理，综合运用所学知识，进行Boost Chopper电路和系统设计的能
5、力。2) 了解与熟悉Boost Chopper电路拓扑、控制方法。3) 理解合掌握Boost Chopper电路及系统的主电路、控制电路和保护电路的设计方法，掌握元器件的选择计算方法。4) 遇有一定的电力电子电路及系统实验和调试的能力4.设计内容及要求对Boosr Chopper电路的主电路和控制电路进行设计。参数如下：直流电压E=50V，负载中R=20，L、C值极大，=30V设计要求：1) 理论设计：了解掌握Boost Chopper电路的工作原理，设计Boost Chopper电路的主电路和控制电路。包括：a) IGBT电流、电压额定的选择b) 驱动、保护电路的设计c) 画出完整的主电路原
6、理图和控制电路原理图d) 列出主电路所用元器件的明细表2) 仿真实验：利用Matlab仿真软件对Boost Chopper电路主电路和控制电路进行仿真建模，并进行仿真实验。3) 实际制作：利用PROTEl软件会出原理图，结合具体所用元器件管脚数、外形尺寸、考虑散热和抗干扰等因素，设计PCB印刷电路板。最后完成系统电路的组装、调试。二、MATlAB仿真设计主电路原理图如图2.1所示图2.1主电路原理图其工作原理，前言中已说明，这里再补充说明电路中的几个模块。1) IGBT用理想的方波发生器触发，周期设为0.002s，最大值设为10V，通过调占空比来调输出电压。其保护电路，触发电路将在protel
7、中实现。2) 示波器用来观察电感电流，方波发生器的输出波形，电源电压波形和负载电压输出波形仿真结果与分析1. 占空比一定，改变电压时对主电路的影响占空比50%，=20V时的输出波形如下：图2.1占空比为50%，=20时的波形占空比为50%，=30V时输出波形如下:图2.2占空比为50%，=30时的波形占空比为50%，=50V时的输出波形：图2.3占空比为50%，=50时的波形由仿真波形可看出，当占空比不变时，随着电压的增加，峰值电压逐渐减小，震荡幅度减小，电路安全行，稳定性提高。2. 占空比，一定，改变LC的取值，研究其对电路的影响，并求出最佳LC组合占空比为50%，=30V，L=10H,C=
8、10F时的波形：图2.4占空比为50%，=30V，L=10H,C=10F时的波形占空比为50%，=30V ，L=20H,C=20F时的波形：图2.5占空比为50%，=30V，L=20H,C=10F时的波形3. E、R、不变L=10e-3H、=50%时，只调节电容C的值输出电压波形C=50e-3F时输出波形 图2.6 C=50e-3F ，L=10e-3H，=50%时的波形C=2e-3F时输出的波形图2.7 C=2e-3F ，L=10e-3H，=50%时的波形4. E、R、的值不变C=10e-3F、=50时，只调节电感L的值输出电压波形L=50e-3H时的输出波形图2.8 C=50e-3F ，L=
9、50e-3H，=50%时的波形L=2e-3H时的输出波形图2.9 C=50e-3F ，L=2e-3H，=50%时的波形5. E、R、的值不变L=10e-3H、C=10e-3F时，调节占空比的输出电压波形占空比=20%时输的波形图2.10 C=10e-3F ，L=10-3FH，=20%时的波形占空比=50%时输的波形图2.11 C=10e-3F ，L=10-3FH，=50%时的波形占空比=80%时输的波形图2.12 C=10e-3F ，L=10-3FH，=80%时的波形由以上单一变量的仿真图形分析可得：1) 占空比越大负载输出电压越大，调节时间越长2) 电容C值越大峰值时间越大，第一个峰值越大3
10、) 电感L值越大峰值时间越大，调节时间越大在实际中可根据项目的大小、设计的实际要求及成本的大小选取适当的电感电容值，以达到设计的要求。（可以在一些经验值附近选取电感电容值，滨进行反复的试验最中确定自己需要的电感电容值） 这里仅根据要有良好的直流稳定性和快速性，在=50时经过大量的仿真实验选取的一组理想的电容电感值，及其此时的输出波形。经大量仿真结果比较分析可得，当L =10e-3H、C=10e-3F是波形的快速性和直流稳定性比较理想。此时波形如图2.4所示。6. 如果其他量不变改变负载电阻R值的大小将是Booste Chopper电路工作在电感电流连续和断续两种状态。E=50V、 L=10e-
11、3H、C=10e-3F、=50、=30V不变R=20时电感L的电流波形图2-13 R=20时电感L的电流波形R=100时电感L的电流波形图2-14 R=100时电感L的电流波形仿真实验结论通过仿真实验和对仿真实验得到的输出波形的分析可知，在直流生涯斩波电路中电感电容的对其负载电压的影响。虽然理想的电感电容值为无穷大，但这在现实设计中是不可能实现的。如选取电感电容值极大这必将和减小成本成为矛盾，而且由以上的仿真分析可知它也将和Boost启动时调节时间成为矛盾。所以在设计时要综合考虑多方面的因素来选取合适的电感电容值！三、硬件实验1) 硬件电路硬件电路的工作原理分析 外接220V交流电压经过变压器
12、T1和不控整流电路得到50V的直流电压E作为Boost Chopper 的输入电压给Boost Chopper供电。为使IGBT在过压时不至于损害和抑制IGBT的电流变化过快及其两端电压变化过快而给IGBT带来的损害，在主电路中为其加入缓冲电路和过压保护电路是必要的。触发电路以专用的PWM控制芯片SG3525为核心构成，控制电路输出占空比可调的矩形波形，占空比受Uco的控制（如图1-13）。触发电路输出的矩形波经光耦合驱动电路控制主电路中I GBT的开通和关断。电路设计好后主电路中的电感电容值已确定，此时只要调节触发波形的占空比即可调节Boost Chopper输出电压。硬件电路图如下页图2-15所示。触发电路以专用的PWM控制芯片SG3525为核心构成，控制电路输出占空比可调的矩形波形，占空比受Uco的控制（如图1-13）。触发电路输出的矩形波经光耦合驱动电路控制主电路中I GBT的开通和关断。 电路设计好后主电路中的电感电容值已确定，此时只要调节触发波形的占空比即可调节Boost Chopper输出电压。占空比越大，Boost Chopper的输出电压值越大。图2-15 boost chopper DXP图2) 元器件的选取及计算
