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1、电力电子系统设计报告（20142015学年 第二学期）系 别 信息与控制工程系 题 目 升压斩波电路设计 专 业 电气自动化 班 级 1203 学 号 3121010330 姓 名 彭中杰 指导教师 孟显娇 完成时间 评定成绩 升压斩波电路（Boost Chopper）设计摘要本设计是基于SG3525芯片为核心控制的PWM升压斩波电路（Boost chopper）.设计由Matlab仿真和Protel两大部分构成。Matlab主要是理论分析，借助其强大的数学计算和仿真功能可也很直观的看到PWM控制输出电压的曲线图。通过设置参数分析输出与电路参数和控制量的关系，最后进行了GUI编程，利用图形可视
2、化界面的直观易懂的特点，使设计摒弃了繁琐难懂的单一波形和控制方式，从而具有友好界面，非常方便的就可进行控制参数输入，和输出图像显示。第二部分是电路板，它可以通过BluePrint、Kicad 、Protel等软件设计完成，其中Protel原理图设计系统以其分层次的设计环境，强大的元件及元件库的组织功能，方便易用的连线工具，强大的编辑功能设计检验，与印制电路板设计系统的紧密连接，自定义原理图模板高质量的输出等等优点，和丰富的设计法则，易用的编辑环境，轻松的交互性手动布线，简便的封装形式的编辑及组织，高智能的基于形状的自定布线功能，万无一失的设计检验等印制电路板设计系统的优点，使其在我们学生选用P
3、CB电路板设计软件中占了绝大部分比重。本设计也采用Protel设计原理图，和进行PCB板布线。它是本设计从理论到实际制作的必进途径，通过设定相应的规则，足以满足设计所要求的规定。关键字 升压斩波; SG3525 ; （20142015学年 第二学期）11概述42课程设计任务及要求52.1设计任务52.2设计要求52.3设计主流程图53.设计理论63.1 升压斩波工作原理6主电路工作原理63.2数量关系74.硬件设计84.1 升压直流变换器电路总设计概述84.2储能电感L的选择84.2输出滤波电容的选择94.3驱动电路选择94.4保护电路原理介绍104.5保护电路的芯片介绍115.具体电路设计1
4、36.心得体会147.附录158.参考文献161王兆安,黄俊.电力电子技术(第四版).北京: 机械工业出版社,2000163 张乃国电源技术北京：中国电力出版社，1998166陈汝全电子技术常用器件应用手册机械工业出版社161概述直流斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的 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用于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
5、力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波等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。2课程设计任务及要求2.1设计任务理论设计：了解掌握Boost电路的工作原理，设计Boost电路的主电路和控制电路。包括：IGBT电流、电压额定的选择；驱动、保护电路的设计；画出完整的主电路原理图和控制电路原理图。2.2设计要求对Boost电路的主电路和控制电路进行设计。分两组参数，每组参数如下：（1） 直流电压E=50V，负载中R=20，L、C值极大。（2） 直流电压E=20
6、0V，负载中R=20，L、C值极大。2.3设计主流程图根据所要实现的功能，设计电路的主程序流程如图所示。 3.设计理论3.1 升压斩波工作原理主电路工作原理 图一假设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EI1ton()offotIEU1-V断时，E和L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： ，输出电压高于电源电压，故称升压斩波电路。也称之为boost chooper变换器。升
7、压比，调节其即可改变Uo。将升压比的倒数记作，即。b和导通占空比，有如下关系： 因此，可表示为 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3.2数量关系设IGBT通态的时间为ton，此阶段L上积存的能量为：EI1ton 设IGBT断态的时间为toff，则此段时间内电感L释放能量为：（U0-E）I1t稳态时，一个周期时间内中L积存的能量与释放的能量相等： T/t off 1，输出电压高于电源电压，故为升压斩波电路。 T/t off 升压比;升压比的倒数记为，即= toff /T 。又因为+=1。所以： 电压升高得原因：电感L储能使电压泵
8、升的作用，电容可将输出电压保持住4.硬件设计4.1 升压直流变换器电路总设计概述 电源电路产生的稳定24V直流电作为主电路（斩波电路）的输入电源，电源电路产生的稳定的直流+5V电压控制单片机，通过单片机来输出脉冲占空比可变的波，从而使升压斩波电路升压并输出可调的脉冲电压Uo。把输出电压Uo通过降压后得到的信号Uco反馈给A/D转换电路，再通过比较器判断电压是否过压，过压则单片机输出恒高电平，是MOSFET关断,因此整个系统构成一个可调的直流升压斩波电陆，并且达到过压保护的目的。本设计主要由:电源电路、控制电路、驱动电路、斩波电路和保护电路组成。4.2储能电感L的选择 电感电流包括直流平均植和纹
9、波分量两部分，其电流平均值如下确定。假定忽略电路的内部损耗，电路中开关f设为1KHz，则Vi*Ii=Vo*Io,其中Ii是从电源Vi*Ii=Vo*Io,其中Ii是从电源Vi取出平均电流,也是流入电感的平均电流IL,以下中Vi=E=24V，V0=U0=60V,P0=40W,I0=0.67A Vo= Vi*T/toff,和保护电路组成。Vo= Vi*T/toff, 故有 Ii= Vo*Io/ Vi=Io*T/toff 选择 I=Vi*ton/L=1.4Ii， 则电感L为 L= Vi*ton/1.4Ii ton=T*( Vo- Vi)/ Vo=(Vo-Vi)f*V0 假定忽略内部的损耗，则 Vi*I
10、i=Vo*I0 故有 Ii= Vo*Io/ VI 因此 L= Vi*ton/1.4Ii= Vi*（Vo- Vi）/1.4f * Vo*I0 已知输出电压Vo、输出电流Io、输入电压Vi和开关频率f，就可求出电感值。则： L24（60-24）/1.4*1000*60*0.67=0.00617H因此L的规格选为LGC0410 其电感量为0.15uH 56uH 额定电流范围为1.85A 300mA。4.2输出滤波电容的选择 假如输出滤波电容C必须在V开启的ton期间供给全部负载电流，设在ton期间， C上的电压降纹波电压Vo，由式得 C=Io*(ton/Vo) 由式，求得ton=T*(Vo-Vi)/
11、Vo 故有 C= T*Io*(Vo-Vi)/Vo*Vo = Io*(Vo-Vi)/f*Vo*VoVo24*10%=2.4v C10*(60-24)/1000*2.4*60=0.000167F4.3驱动电路选择 IGBT的门极驱动条件密切地关系到他的静态和动态特性。门极电路的正偏压uGS、负偏压-uGS和门极电阻RG的大小，对IGBT的通态电压、开关、开关损耗、承受短路能力及du/dt电流等参数有不同程度的影响。其中门极正电压uGS的变化对IGBT的开通特性，负载短路能力和duGS/dt电流有较大的影响，而门极负偏压对关断特性的影响较大。同时，门极电路设计中也必须注意开通特性，负载短路能力和由d
12、uGS/dt电流引起的误触发等问题。根据上述分析，对IGBT驱动电路提出以下要求和条件： (1)由于是容性输出输出阻抗；因此IBGT对门极电荷集聚很敏感，驱动电路必须可靠，要保证有一条低阻抗的放电回路。(2)用低内阻的驱动源对门极电容充放电，以保证门及控制电压uGS有足够陡峭的前、后沿，使IGBT的开关损耗尽量小。另外，IGBT开通后，门极驱动源应提供足够的功率，使IGBT不至退出饱和而损坏。(3)门极电路中的正偏压应为+12+15V；负偏压应为-2V-10V。 (4)IGBT 驱动电路中的电阻RG对工作性能有较大的影响，RG较大，有利于抑制IGBT 的电流上升率及电压上升率，但会增加IGBT 的开关时间和开关损耗；RG较小，会引起电流上升率增大，使I
