直流升壓斬波電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告分析

1、-PAGE . z.遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué)電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)論文題目：升壓直流斬波電路實(shí)驗(yàn)裝置院系：電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：學(xué) 號(hào)：學(xué)生*：指導(dǎo)教師：起止時(shí)間：2013-12-30至2014-1-10-. z.課程設(shè)計(jì)論文任務(wù)及評(píng)語院系：電氣工程學(xué)院 教研室：電氣學(xué) 號(hào)35學(xué)生*彬?qū)I(yè)班級(jí)設(shè)計(jì)題目升壓直流斬波電路實(shí)驗(yàn)裝置課程設(shè)計(jì)論文任務(wù)課題完成的設(shè)計(jì)任務(wù)及功能、要求、技術(shù)參數(shù)實(shí)現(xiàn)功能為了電力電子技術(shù)課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)此裝置，使學(xué)生通過該裝置測(cè)試、觀察升壓直流斬波電路的各個(gè)參數(shù)及波形，應(yīng)用此裝置可驗(yàn)證升壓斬波的相關(guān)理論知識(shí)。設(shè)計(jì)任務(wù)1、方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)論證。2、整流電路設(shè)計(jì)。3、通過計(jì)算選擇整

2、流器件的具體型號(hào)。4、斬波電路設(shè)計(jì)。5、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)或選擇。6、繪制相關(guān)電路圖。7、完成設(shè)計(jì)說明書。要求文字在4000字左右。文中的理論分析與計(jì)算要正確。文中的圖表工整、規(guī)*。4、元器件的選擇符合要求。技術(shù)參數(shù)1、交流電源：?jiǎn)蜗?20V。2、前級(jí)整流輸出電壓限制在50V以內(nèi)。3、斬波輸出電流最大值2A。4、負(fù)載：純電阻。5、斬波輸出直流電壓在50100V左右可調(diào)。工作方案第1天：集中學(xué)習(xí)；第2天：收集資料；第3天：方案論證；第4天：整流電路設(shè)計(jì)；第5天：斬波電路設(shè)計(jì)；第6天：驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)；第7天：元器件具體選擇；第8天：在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試；第9天：總結(jié)并撰寫說明書；第10天：辯論指導(dǎo)教師評(píng)語及成績(jī)平

3、時(shí)： 論文質(zhì)量： 辯論： 指導(dǎo)教師簽字： 總成績(jī)： 年 月日注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 辯論20% 以百分制計(jì)算-. z.摘要直流斬波電路作為將直流電變成另一種固定電壓或可調(diào)電壓的DC-DC變換器，包括直接直流電變流電路和間接直流電變流電路。直接直流電變流電路也稱斬波電路，它的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電，一般是指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟?，這種情況下輸入與輸出之間不隔離。間接直流變流電路是在直流變流電路中增加了交流環(huán)節(jié)，在交流環(huán)節(jié)中通常采用變壓器實(shí)現(xiàn)輸入輸出間的隔離，因此也稱帶隔離的直流直流變流電路或直交直電路。直流斬波電路的種類有很多，包括六種根本斬波電路：降

4、壓斬波電路，升壓斬波電路，升降壓斬波電路,Cuk斬波電路，Sepic斬波電路和Zeta斬波電路，利用不同的斬波電路的組合可以構(gòu)成符合斬波電路，如電流可逆斬波電路，橋式可逆斬波電路等。利用一樣構(gòu)造的根本斬波電路進(jìn)展組合，可構(gòu)成多相多重?cái)夭娐?。關(guān)鍵字：直流斬波；升壓斬波；變壓器目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc377024832第1章緒論 PAGEREF _Toc377024832 h 1HYPERLINK l _Toc377024833第2章直流升壓斬波電路的設(shè)計(jì)思想 PAGEREF _Toc377024833 h 3HYPERLINK l _Toc3770

5、248342.1直流升壓斬波電路原理 PAGEREF _Toc377024834 h 3HYPERLINK l _Toc3770248352.2參數(shù)計(jì)算 PAGEREF _Toc377024835 h 4HYPERLINK l _Toc377024836第3章直流升壓斬波電路驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc377024836 h 5HYPERLINK l _Toc377024837第4章直流升壓斬波電路保護(hù)電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc377024837 h 6HYPERLINK l _Toc3770248384.1過電流保護(hù)電路 PAGEREF _Toc377024838 h 6H

6、YPERLINK l _Toc3770248394.2過電壓保護(hù)電路 PAGEREF _Toc377024839 h 6HYPERLINK l _Toc377024840第5章直流升壓斬波電路總電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc377024840 h 7HYPERLINK l _Toc377024841第6章直流升壓斬波電路仿真 PAGEREF _Toc377024841 h 8HYPERLINK l _Toc3770248426.1仿真模型的選擇 PAGEREF _Toc377024842 h 8HYPERLINK l _Toc3770248436.2仿真結(jié)果及分析 PAGEREF _To

7、c377024843 h 8HYPERLINK l _Toc377024844第7章設(shè)計(jì)總結(jié) PAGEREF _Toc377024844 h 11HYPERLINK l _Toc377024845參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc377024845 h 12HYPERLINK l _Toc377024846附錄：元件清單 PAGEREF _Toc377024846 h 13-. z.第1章 緒論直流升壓電路作為將直流電變成另一種固定電壓或可調(diào)電壓的 DC-DC 變換器 ,在直流傳動(dòng)系統(tǒng)、充電蓄電電路、開關(guān)電源、電力電子變換裝置及各種用電設(shè)備中得到普通的應(yīng)用。隨之出現(xiàn)了諸如降壓電路、升降壓電路、

8、復(fù)合電路等多種方式的變換電路。直流斬波技術(shù)已被廣泛用于開關(guān)電源及直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中，使其控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)、節(jié)約電能的效果。早期的直流裝換電路，電路復(fù)雜、功率損耗、體積大，使用不方便。晶閘管的出現(xiàn)為這種電路的設(shè)計(jì)又提供了一種選擇。晶閘管Thyristor是晶體閘流管的簡(jiǎn)稱，又可稱做可控硅整流器，以前被簡(jiǎn)稱為可控硅；晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過程可以控制、被廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無觸點(diǎn)電子開關(guān)、逆變及變頻等電子電路中。它電路簡(jiǎn)單體積小，便于集成；功率損耗少，符合當(dāng)今社會(huì)生產(chǎn)的要求；所以在直流轉(zhuǎn)換電路中使用晶閘管是一種很好的選擇。主要元件介紹1

9、 IGBT介紹本設(shè)計(jì)基于電力電子技術(shù)課程，充分使用全控型晶閘管IGBT設(shè)計(jì)電路，實(shí)現(xiàn)直流升壓。IGBT絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件, 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大;MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。2 驅(qū)動(dòng)電路M57962L簡(jiǎn)介M57962L是

10、由日本三菱電氣公司為驅(qū)動(dòng)IGBT而設(shè)計(jì)的厚膜集成電路(Hybrid Integrated Circuit For Driving IGBT Modules) 。在驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部裝有2500V高隔離電壓的光電耦合器，過流保護(hù)電路和過流保護(hù)輸出端子，具有封閉性短路保護(hù)功能。M57962L是一種高速驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)信號(hào)延時(shí)tPLH 和tPHL最大為1.50s。可以驅(qū)動(dòng)600V/400V 級(jí)的IGBT模塊。M57962L工作程序:當(dāng)電源接通后，首先自檢，檢測(cè)IGBT是否過載或短路。假設(shè)過載或短路， IGBT 的集電極電位升高，經(jīng)外接二極管流入檢測(cè)電路的電流增加，柵極關(guān)斷電路動(dòng)作，切斷IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)

11、，同時(shí)在8”腳輸出低電平過載/短路指示信號(hào)。lGBT正常時(shí)，輸入信號(hào)經(jīng)光電耦合接口電路，再經(jīng)驅(qū)動(dòng)級(jí)功率放大后驅(qū)動(dòng)IGBT。 3 M57962L的工作原理 M57962L采用雙電源+ Vcc和VEE ，原理構(gòu)造圖如圖1-1所示。電路組成： (1) 放大隔離電路； (2) 定時(shí)復(fù)位電路；(3) 過流檢測(cè)電路； (4) 過流輸出電路。圖1-1 M57962L原理機(jī)構(gòu)圖第2章 直流升壓斬波電路的設(shè)計(jì)思想2.1直流升壓斬波電路原理直流升壓變流器用于需要提升直流電壓的場(chǎng)合，其原理圖如圖1-2所示。在電路中V導(dǎo)通時(shí)，電流由E經(jīng)升壓電感L和V形成回路，電感L儲(chǔ)能；當(dāng)V關(guān)斷時(shí)，電感產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)和直流電源電壓方

12、向一樣互相疊加，從而在負(fù)載側(cè)得到 圖2-1 直流升壓斬波電路原理圖高于電源的電壓，二極管的作用是阻斷V導(dǎo)通是，電容的放電回路。調(diào)節(jié)開關(guān)器件V的通斷周期，可以調(diào)整負(fù)載側(cè)輸出電流和電壓的大小。假設(shè)L值、C值很大，V通時(shí)，E向L充電，充電電流恒為，同時(shí)C的電壓向負(fù)載供電，因C值很大，輸出電壓為恒值,記為。設(shè)V通的時(shí)間為，此階段L上積蓄的能量為E。V斷時(shí)，E和L共同向C充電并向負(fù)載R供電。設(shè)V斷的時(shí)間為，則此期間電感L釋放能量為：1-1穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中L積蓄能量與釋放能量相等1-2化簡(jiǎn)得：1-3上式中，輸出電壓高于電源電壓，故稱升壓斬波電路。升壓比，調(diào)節(jié)其即可改變。將升壓比的倒數(shù)記作，即。和導(dǎo)通占

13、空比，有如下關(guān)系：1-4因此，式1-2可表示為：1-5升壓斬波電路之所以能使輸出電壓高于電源電壓，關(guān)鍵有兩個(gè)原因:一是L儲(chǔ)能之后具有使電壓泵升的作用，二是電容C可將輸出電壓保持住。在以上分析中，認(rèn)為V處于通態(tài)期間因電容C的作用使得輸出電壓Uo不變，但實(shí)際上C值不可能為無窮大，在此階段其向負(fù)載放電，U。必然會(huì)有所下降，故實(shí)際輸出電壓會(huì)略低于理論所得結(jié)果，不過，在電容C值足夠大時(shí)，誤差很小，根本可以忽略。2.2參數(shù)計(jì)算由直流斬波電路的原理可知1-6又輸入電壓為輸入直流電壓*圍：50V100V，要求輸出直流電壓：80V。所以只要根據(jù)輸入的電壓控制全控晶閘管IGBT關(guān)斷的時(shí)間和開通的時(shí)間比就可，即升壓

14、比就可得到所需電壓。由計(jì)算得：1-7又因?yàn)橐筝敵龉β蔖=100W,=340V1-8得： R=1-9第3章 直流升壓斬波電路驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)升壓電路所用全控型晶閘管IGBT是電壓型驅(qū)動(dòng)器件。IGBT的柵射極之間有數(shù)千皮法左右的極間電容，為快速建立驅(qū)動(dòng)電壓，要求驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸出電阻使IGBT開通的柵射極間的驅(qū)動(dòng)電壓一般取1520V。同樣，關(guān)斷時(shí)施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓-5-15V有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。在柵極串入一只低值電阻可以減小寄生振蕩。IGBT的驅(qū)動(dòng)多采用專用的混合驅(qū)動(dòng)集成驅(qū)動(dòng)器，本次采用M57962L驅(qū)動(dòng)器。如圖2-2驅(qū)動(dòng)電路圖所示。又由產(chǎn)品信息知M57962L驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部具有退飽

15、和和檢測(cè)和保護(hù)環(huán)節(jié)，當(dāng)發(fā)生過電流時(shí)能快速響應(yīng)但慢速關(guān)斷IGBT，并向外部電路發(fā)出故障信號(hào)。圖3-1直流升壓斬波驅(qū)動(dòng)電路第4章 直流升壓斬波電路保護(hù)電路設(shè)計(jì)4.1過電流保護(hù)電路電力電子電路運(yùn)行不正?；蛘甙l(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)發(fā)生過電流。過電流分為過載和短路兩種情況。通常采用的保護(hù)措施有：快速熔斷器、直流快速斷路器和過電流繼電器。一般電力電子裝置均同時(shí)采用集中過流保護(hù)措施，以提高保護(hù)的可靠性和合理性。綜合本次設(shè)計(jì)電路的特點(diǎn)，采用快速熔斷器，即給晶閘管串聯(lián)一個(gè)保險(xiǎn)絲實(shí)施電流保護(hù)。如圖3-1電流保護(hù)電路所示。圖4-1直流升壓斬波電路過流保護(hù)電路對(duì)于所選的保險(xiǎn)絲，遵從值小于晶閘管的允許值。4.2過電壓保護(hù)電

16、路電力電子裝置中可能發(fā)生的過電壓分為外因過電壓和內(nèi)因過電壓兩類。外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原因。本設(shè)計(jì)主要用于室內(nèi)，為了使用方便不考慮來自雷擊的威脅。操作過電壓是由分閘、合閘的開關(guān)操作引起的過電壓，電網(wǎng)側(cè)的操作過電壓會(huì)由供電變壓器磁感應(yīng)耦合，或由變壓器繞組之間存在的分布電容靜感應(yīng)耦合過來。內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程，包括：換相過電壓，關(guān)斷過電壓。根據(jù)以上產(chǎn)生過電壓的的各種原因，設(shè)計(jì)相應(yīng)的保護(hù)電路。如圖2-4過壓保護(hù)電路所示。其中：圖中是利用一個(gè)電阻加電容進(jìn)展電壓抑制，當(dāng)電壓過高時(shí)，保護(hù)電路中的電容會(huì)阻礙其電壓的上升，從而使得電力電子器件IGBT管因電壓

17、的的過高厄爾損壞。圖4-2中的電阻可以是1K左右的電阻，而電容的值可以為100F左右，這樣形成一個(gè)保護(hù)電路。圖4-2直流斬波電路過電壓保護(hù)電路第5章 直流升壓斬波電路總電路的設(shè)計(jì)如圖4-1總電路設(shè)計(jì)圖所示。電路由升壓電路，驅(qū)動(dòng)模塊、保護(hù)模塊、緩沖電路組成。圖5-1直流升壓斬波電路總電路由M57862L芯片為核心構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路，控制IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，從而控制電路的升壓比，使其到達(dá)：5-1進(jìn)而使輸出電壓到達(dá)目的值。升壓電路時(shí)整個(gè)電路的核心，由一個(gè)IGBT和電容、電感值都很大的電容電感各一個(gè)。R為輸出負(fù)載，電壓由此輸出。因?yàn)檩敵龉β适且欢ǖ?00W，從而R為定值1156。其中保護(hù)電路包括過電

18、壓保護(hù)和過電流保護(hù)。第6章 直流升壓斬波電路仿真6.1仿真模型的選擇在本次的設(shè)計(jì)中，采用了Matlab軟件作為仿真工具來進(jìn)展電路的模擬。首先畫出電路的構(gòu)造圖如下所示：圖6-1直流升壓斬波電路仿真電路模擬圖由上圖中我們可以看到，在電路中，在IGBT的兩端加了脈沖觸發(fā)電壓，控制開關(guān)的關(guān)斷，以便得到升壓的電壓。6.2仿真結(jié)果及分析1仿真電路及其仿真結(jié)果1.仿真電路圖圖6.2.升壓斬波的MATLAB電路的模型2 MATLAB的.仿真結(jié)果如下：圖6.3=0.2時(shí)的仿真結(jié)果圖6.4=0.4時(shí)的仿真結(jié)果圖6.5=0.6時(shí)的仿真結(jié)果圖6.6=0.8時(shí)的仿真結(jié)果圖6,7=0.99時(shí)的仿真結(jié)果3 仿真結(jié)果分析由公

19、式可得：當(dāng)時(shí)，=44=0.4時(shí)，=88。=0.6時(shí)，=132。=0.8時(shí)，=176。=0.99時(shí)，=217.8。上面的數(shù)據(jù)與理論值一樣，由于使用的是仿真軟件所以沒有誤差。第7章 設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過不懈的努力我終于順利的完成了此次直流升壓斬波電路的仿真，其中遇到了許多的問題和困難但是也學(xué)到了很多的知識(shí)。遇到的問題和困難：由于事先理論知識(shí)預(yù)習(xí)的不夠充分，所以很多計(jì)算問題困難重重，再次花費(fèi)大量時(shí)間去研究，造成實(shí)驗(yàn)進(jìn)度大大減速，效率降低。選取實(shí)驗(yàn)元器件時(shí)，由于缺乏實(shí)際操作經(jīng)歷，常常出現(xiàn)用錯(cuò)元器件，造成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差很大，重復(fù)實(shí)驗(yàn)屢次。在用MATLAB軟件仿真是遇到了許多操作上的問題，致使仿真花費(fèi)的很多時(shí)間才到達(dá)有效效果。學(xué)到的知識(shí)：通過這次課程設(shè)計(jì)我夯實(shí)了電力電子的根底知識(shí)。對(duì)直流