直流降壓斬波電路的設(shè)計

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1、直流降壓斬波電路的設(shè)計一、設(shè)計目的直流斬波電路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，也稱為直接直流—直流變換器。直流斬波電路一般是指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟姷那闆r，不包括直流—交流—直流的情況。設(shè)計目的如下：（1）培養(yǎng)文獻檢索的能力，特別是如何利用Internet檢索需要的文獻資料。（2）培養(yǎng)綜合分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。（3）通過對直流降壓斬波電路的設(shè)計，掌握直流降壓斬波電路的工作原理，綜合運用所學(xué)知識，進行直流降壓斬波電路和系統(tǒng)設(shè)計的能力（4）培養(yǎng)運用知識的能力和工程設(shè)計的能力。（5）提高課程設(shè)計報告撰

2、寫水平。二、設(shè)計任務(wù)2.1、設(shè)計任務(wù)要求設(shè)計降壓斬波電路的主電路、控制電路、驅(qū)動及保護電路，穩(wěn)壓直流電源15V和直流電壓100V的設(shè)計2.2、設(shè)計要求對直流降壓電路的基本要求有以下幾點：（1）輸入直流電壓：100V（2）輸出電壓范圍：50V~80V（3）最大輸出電流：5A（4）開關(guān)頻率：40KHz（5）L：1mH2.3、設(shè)計步驟（1）根據(jù)給出的技術(shù)要求，確定總體設(shè)計方案（2）選擇具體的元件，進行硬件系統(tǒng)的設(shè)計（3）進行相應(yīng)的電路設(shè)計，完成相應(yīng)的功能（4）進行調(diào)試與修改（5）撰寫課程設(shè)計說明書三、設(shè)計方案選擇及論證斬波電路有三種控制方

3、式（1）脈沖寬度調(diào)制（PWM）：開關(guān)周期T不變，改變開關(guān)導(dǎo)通時間Ton。（2）頻率調(diào)制：開關(guān)導(dǎo)通時間不變，改變開關(guān)周期T。（3）混合型：開關(guān)導(dǎo)通時間和開關(guān)周期T都可控，改變占空比。本次設(shè)計采用的是脈寬調(diào)制的方法，開關(guān)選用全控型器件IGBT，IGBT降壓斬波電路是直流斬波中最基本的一種電路，是用IGBT作為全控型器件的降壓斬波電路，用于直流到直流的降壓變換。IGBT是MOSFET與GTR的復(fù)合器件。它集中了電力MOSFET和GTR的優(yōu)點，既有MOSFET易驅(qū)動的特點，輸入阻抗高，又具有功率晶體管電壓、電流容量大等優(yōu)點。其頻率特性介于M

4、OSFET與功率晶體管之間，可正常工作于幾十千赫茲頻率范圍內(nèi)，故在較高頻率的大、中功率應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。所以用IGBT作為全控型器件的降壓斬波電路就有了IGBT易驅(qū)動，電壓、電流容量大的優(yōu)點，因此發(fā)展很快。電力電子器件在實際應(yīng)用中，一般是由控制電路，驅(qū)動電路，保護電路和以電力電子器件為核心的主電路組成一個系統(tǒng)。由信息電子電路組成的控制電路按照系統(tǒng)的工作要求形成控制信號，通過驅(qū)動電路去控制主電路中電力電子器件的導(dǎo)通或者關(guān)斷來完成整個系統(tǒng)的功能，當(dāng)控制電路所產(chǎn)生的控制信號能夠足以驅(qū)動電力電子開關(guān)時就無需驅(qū)動電路。四、總體電路設(shè)計根據(jù)

5、降壓斬波電路設(shè)計任務(wù)要求設(shè)計主電路、控制電路、驅(qū)動及保護電路，設(shè)計出降壓斬波電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖1壓斬波電路結(jié)構(gòu)框圖在圖1結(jié)構(gòu)框圖中，控制電路是用來產(chǎn)生降壓斬波電路的控制信號，控制電路產(chǎn)生的控制信號傳到驅(qū)動電路，驅(qū)動電路把控制信號轉(zhuǎn)換為加在開關(guān)控制端，可以使其開通或關(guān)斷的信號。通過控制開關(guān)的開通和關(guān)斷來控制降壓斬波電路的主電路工作?？刂齐娐分械谋Ｗo電路是用來保護電路的，防止電路產(chǎn)生過電流現(xiàn)象損害電路設(shè)備。五、各功能模塊電路設(shè)計5.1、控制電路設(shè)計5.1.1、驅(qū)動電路方案選擇控制電路需要實現(xiàn)的功能是產(chǎn)生控制信號，用于控制斬波電

6、路中主功率器件的通斷，通過對占空比的調(diào)節(jié)達到控制輸出電壓大小的目的。斬波電路有三種控制方式：（1）保持開關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時間Ton，稱為脈沖寬度調(diào)制或脈沖調(diào)寬型；（2）保持導(dǎo)通時間不變，改變開關(guān)周期T，成為頻率調(diào)制或調(diào)頻型；（3）導(dǎo)通時間和周期T都可調(diào)，是占空比改變，稱為混合型。因為斬波電路有這三種控制方式，又因為PWM控制技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，所以采用PWM控制方式來控制IGBT的通斷。PWM控制就是對脈沖寬度進行調(diào)制的技術(shù)。這種電路把直流電壓“斬”成一系列脈沖，改變脈沖的占空比來獲得所需的輸出電壓。改變脈沖的占空比就是對脈

7、沖寬度進行調(diào)制，只是因為輸入電壓和所需要的輸出電壓都是直流電壓，因此脈沖既是等幅的，也是等寬的，僅僅是對脈沖的占空比進行控制。圖2SG3525引腳圖對于控制電路的設(shè)計其實可以有很多種方法，可以通過一些數(shù)字運算芯片如單片機、CPLD等等來輸出PWM波，也可以通過特定的PWM發(fā)生芯片來控制。因為題目要求輸出電壓連續(xù)可調(diào)，所以我選用一般的PWM發(fā)生芯片來進行連續(xù)控制。對于PWM發(fā)生芯片，我選用了SG3525芯片，其引腳圖如圖2所示，它是一款專用的PWM控制集成電路芯片，它采用恒頻調(diào)寬控制方案，內(nèi)部包括精密基準源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、

8、比較器、分頻器和保護電路等。其11和14腳輸出兩個等幅、等頻、相位互補、占空比可調(diào)的PWM信號。腳6、腳7內(nèi)有一個雙門限比較器，內(nèi)設(shè)電容充放電電路，加上外接的電阻電容電路共同構(gòu)成SG3525的振蕩器。振蕩器還設(shè)有外同步輸入端(腳3)。