直流升降压变换器设计与仿真

《直流升降压变换器设计与仿真》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、.1绪论电力电子学,又称功率电子学。它主要研究各种电力电子器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或装置，以完成对电能的变换和控制。为自动化专业开设的专业基础技术技能设计，课程设计对自动化专业的学生是一个非常重要的实践教学环节。通过设计能够使学生巩固、加深对变流电路基本理论的理解，提高学生运用电路基本理论分析和处理实际问题的能力，培养学生的创新精神和创新能力。斩波电路(DCChopper)的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，也称为直接直流—直流变换器(DC/DCConverter)。直流斩波电路的种类很多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路

2、，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，前两种是最基本电路。应用Multisim建立了电路的仿真模型，在此基础上对升降压斩波Boost—Buck电路进行了较详细的仿真分析。本文分析了升降压斩波电路的工作原理，又用Multisim对升压-降压变换器进行了仿真建模，最后对仿真结果进行了分析总结。word资料.2直流升降压斩波电路工作原理及输入输出关系2.1升降压斩波电路工作原理图2.1所示为升降压斩波电路（Buck-BoostChopper）原理图及波形图。电路中电感L值很大，电容C值也很大。因为要使得电感电流和电容电压基本

3、为恒指。a)原理图b)波形图word资料.图2.1升压/降压斩波电路的原理图及波形图该电路的基本工作原理：当可控开关V处于通态时，电源E经V向电感L供电使其储存能量，此时电流为I1，方向如图1所示。同时，电容C维持输出电压基本恒定并向负载R供电。此后，使V关断，电感L中储存的能量向负载释放，电流为I2，方向如图1所示。可见，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反。稳态时，一个周期T内电感L两端电压对时间的积分为零。根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路有三种控制方式：1、保持开关周期T不变，调节开关导通时间不变，称为PWM。2、保持开关导通时间不变，改

4、变开关周期T，称为频率调制或调频型。3、和T都可调，使占空比改变，称为混合型。（1）V通时，电源E经V向L供电使其贮能，此时电流为i1。同时，C维持输出电压恒定并向负载R供电。（2）V断时，L的能量向负载释放，电流为i2。负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路。2.2输入输出关系稳态时，一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为零，即：当V处于通态时，；当V处于断态时，；于是：所以输出电压为：由此可见，改变导通占空比α，就能够控制斩波电路输出电压U。的大小。当0<α<1/2时为降压，当1/2<α<1时为升压，故称作升降压斩波电路。w

5、ord资料.图（3）b)中给出了电源电流i1和负载电流i2的波形，设两者的平均值分别为I1和I2，当电流脉动足够小时，有：由上式可得：如果V、VD为没有损耗的理想开关时，则：其输出功率和输入功率相等，可将其看作直流变压器。本电路中的主要功率器件必须是全控型。常见的全控型器件有：GTO,GTR,MOSFET,IGBT四种，与其他全控型器件相比，IGBT有开关速度快，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降低，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小等优点，所以本设计采用IGBT。IGBT的中文名称是绝缘栅双极晶体管，它是三端器件，具有栅极G，集电极C和发射极F，其内部

6、结构图如图2.2所示。图2.2IGBT内部结构图IGBT与MOSFET相比多一层P+注入区，具有很强的导电能力。其静态特性如图2.3所示。word资料.图2.3IGBT静态特性图2.3控制电路设计控制系统的设计可以采用模拟控制方案和数字控制方案，这里以模拟控制方案阐述该DC／DC变换器控制系统的设计，如图2.4所示。图2.4控制实现框图控制电路需要实现的功能是产生PWM信号，用于控制斩波电路中主功率器件的通断，通过对占空比α的调节，达到控制输出电压大小的目的。产生PWM信号有很多方法，但归根到底不外乎直接产生PWM的专用芯片、单片机、PLC、可编程逻辑控制器等。本设

7、计采用直接产生PWM的专用芯片UG3525.该芯片的外围电路只需简单的连接几个电阻电容，就能产生特定频率的PWMword资料.波，通过改变IN+输入电阻就能改变输出PWM波的占空比，故在IN+端接个可调电阻就能实现PWM控制。UG3525内部结构图如图2.5所示。图2.5UG3525内部结构图2.4保护电路设计在斩波电路中对斩波器的保护，实际上就是对全控型器件的保护。所以重要的是怎么设计好对全控型器件的保护方案。在设计对全控型器件的保护系统中，主要是针对过电流保护和开关过程中的过电压保护。本设计中，将通过设计保护电路来对IGBT进行过电压保护和过电流保护。2.4