升压斩波电路设计zl.docx
《升压斩波电路设计zl.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《升压斩波电路设计zl.docx(24页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、电力电子技术课程设计报告题目:升压斩波boost chopper电路设计目录前言*2MATlAB 仿真设计*6硬件试验*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101. 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 I 1 , 同 时 C 的 电压向负载 供电, 因 C 值很大 , 输出 电 压 u o 为 恒值,记 为 U o 。设 V
2、 通 的 时 间 为 t o n ,此 阶 段 L 上积 蓄 的 能 量 为 EI 1 t o no f fo1 o f fV 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 t , 则 此 期 间 电 感 L 释 放 能 量 为 (U - E )I t稳 态 时 , 一 个 周 期 T 中 L 积 蓄 能 量 与 释 放 能 量 相 等EI t1 on= (Uo- E )I t1off化 简 得 :t+ tTU= onoff otoffE =E toff 1 T / toff 1 , 输 出 电 压 高 于 电 源 电 压 , 故 称 升
3、 压 斩 波 电 路 。 也 称 之为 bo os t 变 换 器T / t 升压比, 调整 其即可转变 U o 。 将升压比的 倒数记作offb, 即 b = to f f。 b和导通占空比 a有 如下关系:Ta + b = 1因 此 , 式 1 可 表 示 为 2 11Uo = b E = 1 - a E 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
4、因 数 校 正 P ow e r Fac t o r C or r e c t i o n P FC 电 路3)用 于 其 他 交 直 流 电 源 中4 )用 于 直 流 电 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 不行能为无 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
5、 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 i , 得 下 式1d iL1d t+ Ri = E1m 5 式 中 R 为 电 机 电 枢 回 路 电 阻 与 线 路 电 阻 之 和 。设 i 1 的 初 值 为 I 1 0 , 解 上 式 得- tE- t i= Ie t110+ mR1 - e t 6 当 V 处 于 断 态 时 , 设 电 动 机 电 枢 电 流 为 i 2 , 得 下 式 :d idL2+
6、 Ri= E t2m- E 7 设 i 2 的 初 值 为 I 2 0 , 解 上 式 得 :- tE - E- t i= Ie t-m 1 - e t R220 8 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用 于 直 流 电 动 机 回 馈 能 量 的 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 = t o n 时 刻 i 1 = I 2 0 , t = t o f f 时 刻 i 2 = I 1 0 , 由此可得:EI=m- toff- 1 - et E = m - 1 - e - br ET1
7、0R1 - e -t R1 - e -r R 9 E- ton- T-I=m et- e t E = m - e -ar - e -r ET20R1 - e -t R1 - e -r R 10 把 上 面 两 式 用 泰 勒 级 数 线 性 近 似 , 得I= I1020= (m - b )ER 11 该 式 表 示 了 L 为 无穷大时电 枢电流的 平均值 I o , 即()EE- bEI= m - b=m 12 oRR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1 - e - brm 1 - e -r 13 根 据 此 式 可 对
8、 电 路 的 工 作 状 态 作 出 判 断 。3. 设计目的1 ) 通 过 对 Boo st C ho pp e r 电路的设计 , 把握 Boo st C ho pp er 电 路的工作 原理,综 合运 用所学知 识,进 行 Boo s t C h op p e r 电 路 和系 统 设 计 的 能 力 。2 ) 了 解 与 熟 悉 Bo os t C ho pp e r 电 路 拓 扑 、 控 制 方 法 。3 )理 解 合 掌 握 Bo os t C ho pp e r 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
9、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 Boo s r Ch op p e r 电 路 的 主 电 路 和 控 制 电 路 进 行 设 计 。 参 数如 下 :直 流 电 压 E =5 0 V, 负 载 中 R = 20 , L、 C 值极大 , = 30 V设 计 要 求 :1 )理 论 设 计 : 了 解 掌 握 Bo os tCh op p er电 路 的 工 作 原 理 , 设 计Bo o stCh op p e r 电 路 的 主 电 路 和 控 制 电 路 。 包 括 :a )
10、IG BT 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 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 Ma t l a b 仿 真软件 对 Bo o s t Ch op p e r 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 PR O TE l 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
11、素,设计 P C B 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 用抱负的方波发生器触发,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 中实现。2) 示波器用来观看电感电流,电源电压波形和负载电压输出波形图 2.1 主电路原理图仿真结果与分析1. 要求输出电压为 100V,=20 的波形图 2.1 占空比为 50%,=20 时的波形要求输出电压为 100V,=30
12、时的波形图 2.2 占空比为 50%,=30 时的波形要求输出电压为 100 伏,=50 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 减小,震荡幅度减小,电路安全行,稳定性提高。电压的增加,峰值电压渐渐1. 占空比,LC 组合肯定,转变 LC 的取值,争论其对电路的影响,并求出最正确占空比为 50%,=30V,L=10 H,C=10 F 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=20 F 时的波形:图 2.5 占空比为 50%,=30V,L=20H,C=1
13、0F 时的波形2. E、R、不变 L=10e-3H、=50%时,只调整电容 C 的值输出电压波形C=50e-3F 时输出波形图 2.6C=50e-3F ,L=10e-3H, =50%时的波形C=2e-3F 时输出的波形图 2.7C=2e-3F ,L=10e-3H, =50%时的波形3. E、R、的值不变 C=10e-3F、 =50 时,只调整电感L 的值输出电压波形L=50e-3H 时的输出波形图 2.8C=50e-3F ,L=50e-3H,=50%时的波形L=2e-3H 时的输出波形4. E、R、图 2.9C=50e-3F ,L=2e-3H, =50%时的波形的值不变 L=10e-3H、C=
14、10e-3F 时,调整占空比的输出电压波形占空比 =20%时输的波形图 2.10C=10e-3F ,L=10-3FH, =20%时的波形占空比 =50%时输的波形图 2.11C=10e-3F ,L=10-3FH, =50%时的波形占空比 =80%时输的波形图 2.12C=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,调整时间越长2) 电容 C 值越大峰值时间越大,第一个峰值越大3) 电感 L 值越大峰值时间越大,调整时间越大在实际中可依据工程的大小、设计的实际要求及本钱的大小选取适当的电感电容值,以到达设计的要求。可以
15、在一些阅历值四周选取电感电容值,滨进展反复的试验最中确定自己需要的电感电容值这里仅依据要有良好的直流稳定性和快速性,在 =50 时经过大量的仿真试验选取的一组抱负的电容电感值,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抱负。此时波形如图 2.4 所示。仿真试验结论通过仿真试验和对仿真试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。虽然抱负的电感电容值为无穷大,但这在现实设计中是不行能实现的。如选取电感电容值极大这必将和减小本钱成为冲突,而且由以上的仿真分析可知它也将和Boost 启动时调
16、整时间成为冲突。所以在设计时要综合考虑多方面的因素来选取适宜的电感电容值!三、硬件试验1) 硬件电路硬件电路的工作原理分析外接 220V 沟通电压经过变压器 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,在主电路中为其参加缓冲电路和过压保护电路是必要的。触发电路以专用的 PWM 掌握芯片 SG3525 为核心构成,掌握电路输出占空比可调的矩形波形,占空比受 Uco 的掌握如图 1-13。触发电路输
17、出的矩形波经光耦合驱动电路掌握主电路中 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,此时只要调整触发波形的占空比即可调整 Boost Chopper 输出电压。硬件电路图如下页图 2-15 所示。电路设计好后主电路中的电感电容值已确定,此时只要调整触发波形的占空比即可调整 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 触发电路及主电路图2) 元器件的选取及计算本硬件试验中缓冲电路选取的是充放电型 RCDH缓冲电路,也是一种耗能型缓冲电路。其中应用元件需要要结合实际的状况进展选择。其
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 升压 电路设计 zl
限制150内