电力电子降压斩波电路优秀课程设计.doc
《电力电子降压斩波电路优秀课程设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电力电子降压斩波电路优秀课程设计.doc(31页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、 电力电子技术课程设计说明书 直流降压斩波电路设计和仿真院 、 部: 电气和信息工程学院 学生姓名: 刘贝贝 指导老师: 胡小娣 职称 助教 专 业: 电气工程及其自动化 班 级: 电气本1305 学 号: 完成时间: 6月 湖南工学院电力电子技术课程设计课题任务书学院:电气和信息工程学院 专业:电气工程及其自动化指导老师胡小娣学生姓名刘贝贝课题名称直流降压斩波电路设计和仿真内容及任务一、设计任务设计一个直流降压斩波电路二、设计内容1、主电路设计、原理分析和器件选择2、控制电路设计3、保护电路设计4、利用MATLAB软件对自己设计进行仿真5、系统总图为标准三号CAD图三、设计要求1、直流输入电
2、压100V;2、电阻负载;(R=40); 3、控制电路频率10KHZ4、输出电压纹波系数:0.2%;5、仿真出占空比分别为0.1,0.2,0.5,0.8电感电压、电感电流、开关管电流、二极管电流和输出电压波形。关键参考资料1 王兆安.电力电子技术M.第5版.北京:机械工业出版社,.5.2 李传琦.电力电子技术计算机仿真试验M.电子工业出版社.3 洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统MATLAB仿真M.机械工业出版社.4 钟炎平.电力电子电路设计.华中科技大学出版社M.5 李维波.MATLAB在电气工程中应用M.北京:中国电力出版社,教研室意见 教研室主任:年 月 日 摘 要 直流斩波电路作为将直
3、流电变成另一个固定电压或可调电压 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多种用电设备中得到一般应用.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、复合斩波电路等多个方法变换电路 . 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,使其控制取得加速平稳、快速响应、节省电能效果。全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输和变换、有源滤波等领域得到了广泛应用。关键字:直流斩波,降压斩波ABSTRACT DC chopper as DC into another fixed voltage DC voltage or adjustable
4、in DC converter, and DC - regenerative power transmission system, charging circuit, switch power, power electronics device and all sorts of electrical equipment transformation in ordinary application. Then appeared such as step-down chopper, booster chopper, lift pressure chopper composite chopper,
5、etc. the commutation circuit DC chopper technology has been widely used in switching power supply and DC driver, make its smooth acceleration control, and obtain the fast response, managing electric energy effect. All-controlling power electronics device IGBT in traction power transmission and trans
6、formation of power transmission and active filter etc widely application.Keywords: DC chopping; Buck chopper目 录绪 论11设计意义及要求21.1设计意义22方案设计分析22.1方案确定23主电路和控制电路设计33.1主电路设计33.2 控制电路设计54驱动电路和保护电路设计94.1驱动电路设计94.2保护电路设计115经过MATLAB仿真145.1 MATLAB软件介绍145.2电路仿真14结束语18参考文件19谢 辞20附录A 原理图21附录B 系统总图22绪 论现代电力电子技术发展
7、方向,是从以低频技术处理问题为主传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初硅整流器件,其发展前后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在很多新领域应用。八十年代末期和九十年代早期发展起来、以功率MOSFET和IGBT为代表、集高频、高压和大电流于一身功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。直流斩波电路(DC Chopper)功效是将直流电变为另一个固定或可调直流电,也称为直流-直流变换器(DC/DC Converter),直流斩波电路(DC Chopper)通常是指直接将直流变成直流情
8、况,不包含直流-交流-直流情况;直流斩波电路种类很多,包含6种基础斩波电路:降压斩波电路,升压斩波电路,升降压斩波电路,Cuk斩波电路,Sepic斩波电路,Zeta斩波电路,前两种是最基础电路。而直流斩波器(DC Chopper)是一个把恒定直流电压变换成为另一固定电压或可调电压直流电压,从而满足负载所需直流电压变流装置。也称为直接直流-直流变换器(DC/DC Converter)。它经过周期性地快速通、断,把恒定直流电压斩成一系列脉冲电压,而改变这一脉冲列脉冲宽度或频率就可实现输出电压平均值调整。直流斩波器除可调整直流电压大小外,还能够用来调整电阻大小和磁场大小。直流传动、开关电源是斩波电路
9、应用两个关键领域,是电力电子领域热点。全控型器件选择绝缘栅双极晶体管(IGBT)综合了GTR和电力MOSFET优点,含有良好特征。现在已替换了原来GTR和一部分电力MOSFET市场,应用领域快速扩展,成为中小功率电力电子设备主导器件。前者是斩波电路应用传统领域后者则是斩波电路应用新领域。直流斩波器种类较多,包含6种基础斩波器:降压斩波器(Buck Chopper)、升压斩波器(Boost Chopper)、升降压斩波器(Boost-Buck Chopper)、Cuk斩波器、Sepic斩波器和Zeta斩波器,前两种是最基础类型。所以,课程设计选题为:设计使用全控型器件为IGBT降压斩波电路。1设
10、计意义及要求1.1设计意义整流电路是出现最早电力电子电路,将交流电变为直流电,电路形式多个多样。当整流负载容量较大,或要求直流电压脉动较小时,应采取三相整流电路。其交流侧由三相电源供电。三相可控整流电路中,最基础是三相半波可控整流电路,应用最为广泛是三相桥式全控整流电路、和双反星形可控整流电路、十二脉波可控整流电路等,均可在三相半波基础上进行分析。设计条件:1.电源电压:三相交流U2:100V/50Hz 2.输出功率:500W 3.触发角 4.阻感负载依据课程设计题目和设计条件,说明主电路工作原理、计算选择元器件参数。设计内容包含: 1.整流变压器额定参数计算 2.晶闸管电流、电压额定参数选择
11、 3.触发电路设计降压斩波电路设计要求:1、输入直流电压:Ud=100V2、开关频率5KHz3、输出电压20V4、最大输出电流:20A5、L=100mH6、输出功率:400W7、占空比,2方案设计分析2.1方案确定电力电子器件在实际应用中,通常是由控制电路,驱动电路,保护电路和以电力电子器件为关键主电路组成一个系统。由信息电子电路组成控制电路根据系统工作要求形成控制信号,经过驱动电路去控制主电路中电力电子器件导通或关断来完成整个系统功效,当控制电路所产生控制信号能够足以驱动电力电子开关时就无需驱动电路。依据降压斩波电路设计任务要求设计结构框图图2.1所表示。图2.1 降压斩波电路结构框图在图2
12、.1结构框图中,控制电路是用来产生降压斩波电路控制信号,控制电路产生控制信号传到驱动电路,驱动电路把控制信号转换为加在开关控制端,能够使其开通或关断信号。经过控制开关开通和关断来控制降压斩波电路主电路工作。控制电路中保护电路是用来保护电路,预防电路产生过电流现象损害电路设备。3主电路和控制电路设计3.1主电路设计3.1.1主电路方案依据所选课题设计要求设计一个降压斩波电路,可利用电力电子开关来控制电路通断即改变占空比,从而取得我们所想要电压。这就能够依据所学buck降压电路作为主电路,这个方案是较为简单方案,直接进行直直变换简化了电路结构。而另一个方案是先把直流变交流降压,再把交流变直流,这种
13、方案把本该简单电路复杂化,不可取。至于开关选择,选择比较熟悉全控型IGBT管,而不选半控型晶闸管,因为IGBT控制较为简单,且它既含有输入阻抗高、开关速度快、驱动电路简单等特点,又用通态压降小、耐压高、电流大等优点。3.1.2 工作原理 依据所学知识,直流降压斩波主电路图3.1所表示: 图3.1 主电路图直流降压斩波主电路使用一个全控器件IGBT控制导通。用控制电路和驱动电路来控制IGBT通断,当t=0时,驱动IGBT导通,电源E向负载供电,负载电压=E,负载电流按指数曲线上升。电路工作时波形图图3.2所表示:图3.2 降压电路波形图当初刻,控制IGBT关断,负载电流经二极管续流,负载电压近似
14、为零,负载电流指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小,故串联L值较大电感。至一个周期T结束,再驱动IGBT导通,反复上一周期过程。当电力工作于稳态时负载电流在一个周期初值和终值相等,负载电压平均值为 为IGBT处于通态时间;为处于断态时间;T为开关周期;为导通占空比。经过调整占空比使输出到负载电压平均值最大为E,若减小占空比,则随之减小。由此可知,输出到负载电压平均值Uo 最大为U i,若减小占空比,则Uo 随之减小,因为输出电压低于输入电压,故称该电路为降压斩波电路。3.1.3参数分析主电路中需要确定参数元器件有IGBT、二极管、直流电源、电感、电阻值确实定,其参数确定以下:(1)电源 要
15、求输入电压为100V。(2)电阻 由欧姆定律可得负载电阻值为40欧姆。(3)IGBT 由图3.2易知当IGBT截止时,回路经过二极管续流,此时IGBT两端承受最大正压为100V;而当=1时,IGBT有最大电流,其值为5A。故需选择集电极最大连续电流=,反向击穿电压IGBT,而通常IGBT全部满足要求。 (4)二极管 其承受最大反压100V,其承受最大电流趋近于20A,考虑2倍裕量,故需选择,二极管。(5)开关频率 f=5KHz (6)电容 设计要求输出电压纹波0.2%3.2 控制电路设计3.2.1 控制电路方案选择控制电路需要实现功效是产生控制信号,用于控制斩波电路中主功率器件通断,经过对占空
16、比调整达成控制输出电压大小目标。斩波电路有三种控制方法:1.保持开关周期T不变,调整开关导通时间ton,称为脉冲宽度调制或脉冲调宽型;2.保持导通时间不变,改变开关周期T,成为频率调制或调频型;3.导通时间和周期T全部可调,是占空比改变,称为混合型。因为斩波电路有这三种控制方法,又因为PWM控制技术应用最为广泛,所以采取PWM控制方法来控制IGBT通断。PWM控制就是对脉冲宽度进行调制技术。这种电路把直流电压“斩”成一系列脉冲,改变脉冲占空比来取得所需输出电压。改变脉冲占空比就是对脉冲宽度进行调制,只是因为输入电压和所需要输出电压全部是直流电压,所以脉冲既是等幅,也是等宽,仅仅是对脉冲占空比进
17、行控制。对于控制电路设计其实能够有很多个方法,能够经过部分数字运算芯片如单片机、CPLD等等来输出PWM波,也能够经过特定PWM发生芯片来控制。因为题目要求输出电压连续可调,所以我选择通常PWM发生芯片来进行连续控制。对于PWM发生芯片,我选择了SG3525芯片,其引脚图图3.3所表示,它是一款专用PWM控制集成电路芯片,它采取恒频调宽控制方案,内部包含精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。其11和14脚输出两个等幅、等频、相位互补、占空比可调PWM信号。脚6、脚7 内有一个双门限比较器,内设电容充放电电路,加上外接电阻电容电路共同组成SG3525 振荡器。振荡器还
18、设有外同时输入端(脚3)。脚1 及脚2 分别为芯片内部误差放大器反相输入端、同相输入端。该放大器是一个两级差分放大器。依据系统动态、静态特征要求,在误差放大器输出脚9和脚1之间通常要添加合适反馈赔偿网络,另外当10脚电压为高电平时,11和14脚电压变为10输出。 图3.3 SG3525引脚图3.2.2 工作原理因为SG3525振荡频率可表示为 : 4.1式中:, 分别是和脚5、脚6相连振荡器电容和电阻;是和脚7相连放电端电阻值。依据任务要求需要频率为10kHz,所以由上式可取=0.01F, = ,=。可得f=10kHz,满足要求。 图3.4 控制电路SG3525有过流保护功效,能够经过改变10
19、脚电压高低来控制脉冲波输出。所以能够将驱动电路输出过流保护电流信号经一电阻作用,转换成电压信号来进行过流保护,同理也能够用10端进行过压保护,图3.4所表示10端外接过压过流保护电路。当驱动电路检测到过流时发出电流信号,因为电阻作用将10脚电位抬高,从而11、14脚输出低电平,而当其没有过流时,10脚一直处于低电平,从而正常输出PWM波。SG3525还有稳压作用。1端接芯片内置电源,2端接负载输出电压,经过1端变位器得到它一个基准电位,从而当负载电位发生改变时能够经过1、2所接误差放大器来控制输出脉宽占空比,若负载电位升高则输出脉宽占空比减小,使得输出电压减小从而稳定了输出电压,反之则然。调整
- 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:
- 电力 电子 降压 电路 优秀 课程设计
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【精****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【精****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。