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电力电子课程设计直流nba赌注平台降压斩波

发布时间:2022-08-26

nba赌注平台第一章电路总体设计方案1.1设计课题任务设计一个直流降压斩波电路。1.2功能要求说明将100V直流电压降压输出并且平均电压可调,范围为10-90V。1.3设计总体方案和设计原理1.3.1降压斩波电路设计结构框图完整的降压斩波电路除起降压器作用的主电路之外还要有驱动电路,控制电路和保护电路。其结构框图如图1.1所示。驱动电路保护电路图1.1电路结构框图在图1.1结构框图中,控制电路是用来产生IGBT的控制信号的,控制电路产生的信号传到驱动电路,驱动电路把控制信号转换成电压信号加在IGBT制端跟公共端之间,使其开通或关断,达到控制主电路的目的。第二章降压斩波主电路设计2.1BUCK降压斩波主电路及其原理降压斩波电路的原理图以及工作波形如图2.1所示。该电路使用一个全控型器件V,图中为IGBT。为在V关断时给负载中电感电流提供通道,设置了续流二VD。斩波电路主要用于电子电路的供电电源,也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。UiUotontoffUGEUDUO图2.1降压斩波电路原理图如图2.1的栅极电压uGE波形所示,在t=0时刻驱动V导通,电源E负载供电,负载电压uo=E电力电子课程设计--直流降压斩波电路doc,负载电流io按指数上升。

当t=t1时刻,控制V关断,负载电流经二极管VD续流,负载电压uo近似为零负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小,通常是串联的电感值较大。至一个周期T结束电力电子课程设计--直流降压斩波电路doc,在驱动V导通,重复上一周期的过程。当工作处于稳态时,负载电流在一个周期的初值和终值相等,如图1.2所示。负载电压平均值为(式1.1)式中,ton处于断态的时间;T为开关周期;为导通占空比。由式1.1可知,输出到负载的电压平均值Uo,减小占空比,Uo随之减小。因此将该电路称为降压斩波电路。也称buck变换器。负载电流平均值为2.2主电路元器件参数选择主电路中需要确定参数的元器件有直流电源、IGBT、二极管、电感、电容、电阻,其参数选择如下说明:1、直流电源。100由直流电源提供。2、电阻R。取导通占空比V,已知输出功率300W,则10903003、IGBT。当=90%时,902790Im。IGBT承受的最大截止电压为输入电压100V。由此两数据选择IGBT型号为GT8Q101。4、二极管VD。VD承受最大反相电压为100V,即为其最大工作电压。1002790。由于需要瞬间导通电力电子课程设计--直流降压斩波电路doc,二极管的开关速度大,则选择续8A200V型号SF84的快速恢复二极管。

5、电感L。选择大电感,使得电路能够续流。此时的临界电感为:。设输出为60V,则10050005410054由输出电压脉率要求小于10%,选择电容(输出电压为60V)5000105410054。所以选择电容uF第三章控制电路的设计3.1IGBT控制电路的设计3.1.1控制方式选择斩波电路有三种控制方式:1)保持开关周期不变,调节开关导通时间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都可调,是占空比改变,称为混合型。其中第一种是最常用的方法。PWM控制信号的产生方法有很多。这里我使用的是IGBT的专用触发芯片SG3525。3.1.2芯片介绍SG3525封装图如下图3.1:图3.1SG3525封装图SG3525各引脚具体功能:(1)引脚1:误差放大器反向输入端。在闭环系统中,该引脚接反馈信号。在开环系统中,该端与补偿信号输入端(引脚9)相连,可构成跟随器。(2)引脚2:误差放大器同向输入端。在闭环系统和开环系统中,该端接给定信号。根据需要,在该端与补偿信号输入端之间接入信号不同的反馈网络。引脚4:振荡器输出端。(5)引脚5:振荡器定时电容接入端。

nba赌注平台引脚6:振荡器定时电阻接入端。(7)引脚7:振荡器放电端。该端与引脚引脚9:PWM信号输入端。(10)引脚10:外部关断信号输入端。(11)引脚11:输出端A。(12)引脚12:信号地。(13)引脚13:输出级偏置电压接入端。(14)引脚14:输出端B。(15)引脚15:偏置电源接入端。(16)引脚16:基准电源输出端。SG3525芯片特点如下:5.1V微调基准电源具有振荡器外部同步功能(5)死区时间可调。具有PWM锁存功能,禁止多脉冲。(9)逐个脉冲关断。(10)双路输出(灌电流/拉电流):Ma(峰值)其11和14脚输出两个等幅、等频、相位互补、占空比可调的PWM信号。脚内有一个双门限比较器,内设电容充放电电路,加上外接的电阻电容电路共同构成SG3525的振荡器。振荡器还设有外同步输入端(脚3)。脚1别为芯片内部误差放大器的反相输入端、同相输入端。该放大器是一个两级差分放大器。根据系统的动态、静态特性要求,在误差放大器的输出脚9之间一般要添加适当的反馈补偿网络,另外当10脚的电压为高电平时,11的电压变为10输出。3.1.3控制电路原理由于SG3525的振荡频率可表示为分别是与脚5、脚6相连的振荡器的电容和电阻;相连的放电端电阻值。

根据任务要求需要频率为5kHz,所以由上式可取=50Ω。可得f=5kHz,满足要求。SG3525有保护的功能,可以通过改变10脚电压的高低来控制脉冲波的输出。因此可以将驱动电路输出的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。当驱动电路检测到过流时发出电流信号,由于电阻的作用将10脚的电位抬高,从而13脚输出低电平,而当其没有过流时,10脚一直处于低电平,从而正常的输出PWM第四章驱动电路设计4.1IGBT驱动电路选择PWM控制信号由于强度不够,不能够直接去驱动IGBT,因此需要信号放大的电路。另外直流斩波电路会产生很大的电磁干扰,会影响控制电路的正常工作,甚至导致电力电子器件的损坏。因而设计中还需要有带电器隔离的部分。所以我采用光电耦合式驱动电路。4.2驱动电路原理如图4.1所示,IGBT降压斩波电路的驱动电路提供电气隔离环节。光耦合器由发光二极管和光敏晶体管组成,封装在一个外壳内。本电路中采用的隔离方法是,先加一级光耦隔离,再加一级推挽电路进行放大。采用推挽电路进行放大的原因是因为驱动IGBT的电压叫高,约为12V左右,而SG3525芯片提供的电压只有5V左右,直接连入无法驱动IGBT。

并且推挽式电路简单实用,故用推挽式进行电压放大。IGBT是电压控制型器件,在它的栅极-发射极间施加十几V级的漏电流流过,基本上不消耗功率。但IGBT的栅极-发射极间存在着较大的寄生电容(几千至上万pF),在驱动脉冲电压的上升及下降沿需要提供数安电流,才能满足开通和关断的动态要求,这使得它的驱动电路也必须输出一定的峰值电流。接IGBT栅极接IGBT源极PWM调制+15V图4.1IGBT驱动电路第五章保护电路设计 5.1 保护电路设计基本原则 在电力电子电路中,除了电力电子器件参数选择合适、驱动电路设计良好 外,还要设计合适的过电压、过电流、 dt du 保护和dt di 保护电路。5.2 保护电路设计 5.2.1 过电压保护电路 过压保护要根据电路中过压产生的不同部位,加入不同的保护电路,当达到 —定电压值时,自动开通保护电路,使过压通过保护电路形成通路,消耗过压储 存的电磁能量,从而使过压的能量不会加到主开关器件上,保护了电力电子器件。 本次设计的电路要求输出电压为 10V—90V,所以当输出电压设定时,一旦 出现过电压,为了保护电路和器件,应立刻将电路断开,及关断 IGBT 的脉冲, 使电路停止工作。

nba赌注平台因为芯片SG3525 的引脚10 端为外部关断信号输入端,所以可 以利用 SG3525 的这个特点进行过压保护。当引脚 10 端输入的电压等于或超过 8V 时,芯片将立刻锁死,输出脉冲将立即断开。所以可以从输出电压中进行电 压取样,并将取样电压通过比较器输入10 端,从而实现电压保护。 如图6 所示:取样电压的方法是在U。端串联两个电阻再通过在电阻中分得 的电压连入比较器的正端,与连入负端的基准电压(5V)进行比较。正常状态下, 取样电压小于基准电压,此时比较器输出的是负的最大值,芯片正常工作,当出 现过电压是,取样电压高于基准电压,此时输出高电平15V,在通过电阻分压得 5V的高电平送入芯片的 10 端,使其锁死,IGBT 脉冲断开,电路断开,从而 对电路实现过压保护。 过压保护电路图如图5.1 所示。 取样电路 接入SG3525的10端 +15V 1k 10Ω 20Ω 2k +15V 图5.1 过压保护电路图 5.2.2 过电流保护电路 当电力电子电路运行不正常或者发生故障时,可能会发生过电流。当器件击 穿或短路、触发电路或控制电路发生故障、出现过载、直流侧短路、可逆传动系 统产生环流或逆变失败,以及交流电源电压过高或过低、缺相等,均可引起过流。

由于电力电子器件的电流过载能力相对较差电力电子课程设计--直流降压斩波电路doc,必须对变换器进行适当的过流保 本次设计要求具有过流保护功能,在电流达到6A 时动作。因为前面说过, SG3525 的引脚10 端在输入一个高电平时具有自锁功能,所以仍然可以利用这个 方法进行过流保护。主要思想是将过电流转化为过电压。具体的做法是在干路上 串联一个很小的功率电阻,再在这个小电阻上并联一个大电阻,从而进行过电流 与过电压的转化。将转化的电压连入比较器于一个基准电压(取 0.6V)相比较, 就是在基准 5.1V 经过电阻分压得到 0.6V,再将输出经降压后得到 5V SG3525的10 端。在正常状态下连入的电压小于基准电压,此时,输出一个负的 最大值,芯片不会锁死,正常工作。而当过电流时,转化的电压高于基准电压, 此时输出一个高电平,芯片的10 端锁死,IGBT 脉冲断开,电路断开,从而对电 路实现过流保护。 过流保护电路如图5.2。 3525 REF1k +15V12Ω 88.7Ω 图5.2过流保护电路 5.2.3 IGBT 的保护 IGBT 如果不采取保护,它很容易损坏。一般认为IGBT 要原因有两种:一是 IGBT 退出饱和区而进入了放大区,使得开关损耗增大;二是IGBT 发生短路,产 生很大的瞬态电流,从而使IGBT 损坏。

下面是对IGBT 进行设计的保护电路。RC 串联电路可以对IGBT 进行过电压保护,而反向二极管可以对IGBT 进行过电流保 护。在无缓冲电路的情况下,IGBT 开通时电流迅速上升,di/dt 很大;关断时 du/dt 很大,并出现很大的过电压。在有缓冲电路的情况下;V 开通时 C5 通过 R34 上升速度减慢;V关断时负 载电流通过VD 向C5 分流,减轻了V 的负担,抑制了du/dt 和过电压。VD 和R34 的作用是在V 关断时,给 提供释放储能的回路。如图5.3所示。 图5.3 IGBT 保护电路图 第六章 系统仿真及结论 6.1 仿真软件的介绍 此次仿真使用的是MATLAB 软件。 Simulink 是MATLAB 最重要的组件之一,它提供一个动态系统建模、仿真和 综合分析的集成环境。在该环境中,无需大量书写程序,而只需要通过简单直观 的鼠标操作,就可构造出复杂的系统。Simulink 具有适应面广、结构和流程清 晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点,并基于以上优点 Simulink 被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。

nba赌注平台 Simulink 是MATLAB 中的一种可视化仿真工具,是一种基于MATLAB 的框图 设计环境,是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包,被广泛应用于线性 系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink 可以 用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模,它也支持多速 率系统,也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型, Simulink 提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ,这个创建过程只 需单击和拖动鼠标操作就能完成,它提供了一种更快捷、直接明了的方式,而且 用户可以立即看到系统的仿真结果。 Simulink 是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计 工具。对各种时变系统电力电子课程设计--直流降压斩波电路doc,包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统, Simulink 提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执 行和测试。. 构架在Simulink 基础之上的其他产品扩展了Simulink 多领域建模功能, 也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink 与MATLAB® 紧密集成,可以直接访问 MATLAB 大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可 视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。

6.2 仿真电路及其仿真结果 6.2.1 仿真电路图 1、仿真模型如图6.1 所示。 图6.1 降压斩波的MATLAB 电路的模型 2、参数设置 设置电感参数如图6.2 所示: 图6.2 设置电感参数 设置电阻参数如图6.3 所示: 图6.3 设置电阻参数 设置电容参数如图6.4 所示: 图6.4 设置电容参数 设置占空比如图6.5 所示: 图6.5 设置占空比α 6.2.2 仿真结果 MATLAB 的.仿真结果如下(第一个波形为 PWM 控制信号,第二个为输 出电压Uo,第三个是输出电流Io,第四个为流经IGBT 的电流): 图6.6 =0.1时的仿真结果 图6.7 =0.5时的仿真结果 图6.8 =0.9时的仿真结果 6.2.3 仿真结果分析 由仿真图计算出输出平均电压Uo,脉率U 将之与理论值相对比如下表4.1: 表4.1 =0.9Uo 仿真值9.5 8% 49.9 6% 89.7 2% 理论值 10 <10% 50 <10% 90 <10% (参考公式 上面数据中Uo 的仿真值与理论值存在着误差,主要原因是由于理论值是在 理想情况下求出的,此时L取值很大,则输出电流可看做不变化。

而在仿真电路 中,需要根据实际情况L与不能取到非常大。所以电流、电压不恒定,存在着振 荡,使仿真值与理论值存在差异。 此外,我还仿真了在不同的电感值下的结果。最后发现,电感取得越大,输 出电压振荡的脉率越小。图片在此不再赘述。 心得体会 经过近一个多星期的努力我终于顺利的完成了此次电力电子的课程设计, 其中遇到了许多的问题和困难但是也学到了很多的知识。 遇到的问题和困难: 在用MATLAB 软件仿真是遇到了许多操作上的问题,致使仿真花费的 很多时间才达到有效效果。虽然遇到了许多的困难但是我还是通过不断 的学习解决了这些难题。 学到的知识: 对MATLAB软件和电路原理图的设计有了初步了解。 对加深了AutoCAD和Visio的操作熟练程度。 在面对学习上的困难时一定要坚持不懈的努力才能打败困难,获得更多以的知识。 对于这次课程设计的顺利完成,我首先要感谢陆秀令老师,是他为我们传 授了电力电子技术的知识,才让我认识了电力电子器件,步入了全新的电力电子 世界。也感谢王翠老师给大家额外地讲解电力电子知识,让我对电力电子有更鲜 活的印象,了解了更多的关于电力电子器件的应用问题。在此,谨向陆老师王老 师老师表示我最衷心的感谢。

nba赌注平台同时,在我的设计过程中得到的学校许多的同学的 热情的指导和详细的说明。此外,在遇到许多的不解困难的时候自己班里的同学 也给我提供的最详细的解答,没有以上的每一个人的帮助,我的电力电子课程设 计很难顺利的完成,在此,我对于在我的设计过程中给予我帮助的每一个人一并 表示感谢。 附录A 直流降压斩波总电路图 附录B 电子元器件表 名称 型号 数量 二极管 SF84 IGBTGT8Q101 电感10mH 电阻27 电容1.3uF 参考文献[1]周克宁.电力电子技术[M]. 北京:机械工业出版社,2004. [1]黄家善.电力电子技术[M]. 北京:机械工业出版社,1993. [1]王兆安,黄俊.电力电子技术[M].3版. 北京:机械工业出版社,2000. [1]李宏.电力电子设备用器件与集成电路应用指南[M]. 北京:机械工业出 版社,2001. [1]王维平.现代电力电子技术及应用[M]. 南京:东南大学出版社,1999; 电力电子技术题例与电路设计指导[M].北京:机械工 业出版社. [1]叶斌.电力电子应用技术及装置[M]. 北京:铁道出版社,1999; [1]周志敏,周纪海.现代开关电源控制电路设计及应用[M]. 北京:人民邮电 出版社,2005. 电路设计与仿真技术[M].福建:福建科学技术 出版社,2004.

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