10直流斬波電路的仿真分析與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案Ⅰ.課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求〔包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作量〕課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容完成Buck電路與Boost課程設(shè)計(jì)的要求42V，輸出直流電壓為12V，3A50mVf＝100Hz。〔BOOST電路〕輸入直流電壓為24V，輸出直流電壓f＝100Hz。主功率器件承受MOSFET管，計(jì)算并選擇主電路的元器件，給出清單；設(shè)計(jì)MOSFET繪制總的電路原理圖；要求負(fù)載為具有反電動(dòng)勢(shì)的阻感負(fù)載；轉(zhuǎn)變功率開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通占空比，得出正確的斬波波形〔要求至轉(zhuǎn)變負(fù)載中R和L出斬波波形，并分析波形；撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；如有說(shuō)明書(shū)結(jié)果雷同的狀況，成績(jī)按最低分處理。二、課程設(shè)計(jì)參考資料一、課程設(shè)計(jì)要點(diǎn)、設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)要點(diǎn)：一、課程設(shè)計(jì)要點(diǎn)、設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)要點(diǎn)：1〕把握直流斬波電路主電路元器件的選擇方法；把握MOSFET把握MatLab/Simulink圖；4〕選取適宜的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以有多種實(shí)現(xiàn)方法，同學(xué)應(yīng)視自己的狀況，合理選擇驅(qū)動(dòng)信號(hào)；5〕通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，應(yīng)把握教材斬波波形與實(shí)際仿真波形的區(qū)分與聯(lián)系；6〕選擇不同的占空比，可以得到不同的斬波波形，應(yīng)能把握波形發(fā)生變化的緣由；7〕通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，應(yīng)能把握何種狀況下，阻感負(fù)載為大電感負(fù)載。設(shè)計(jì)步驟：把握Buck電路與Boost完成主電路元器件的選擇方法；完成直流斬波電路系統(tǒng)電路原理圖的設(shè)計(jì)和繪制；在MatLab/Simulink步調(diào)試；50％時(shí)，完成兩種電路的仿真，并得出仿真波形；5050％時(shí)的多種狀況下，分別完成兩種電路的仿真，并得出正確的仿真結(jié)果；7〕轉(zhuǎn)變負(fù)載的參數(shù)，得出相應(yīng)的仿真結(jié)果；轉(zhuǎn)變電源電壓與反電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值，得出相應(yīng)的仿真結(jié)果；完成課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。二、主要技術(shù)關(guān)鍵的分析、解決思路1〕把握電力電子電路中元器件選擇的計(jì)算方法，并針對(duì)技術(shù)參數(shù)要求，合理選擇主電路元器件，并保證系統(tǒng)安全牢靠運(yùn)行；2〕依據(jù)電力電子課程中直流斬波器的原理及功率器件驅(qū)動(dòng)的策略，依據(jù)直流斬波電路的工作任務(wù)，完成系統(tǒng)電路原理圖的繪制；3〕在不同占空比的狀況下，完成電路的仿真試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)仿真試驗(yàn)；4〕通過(guò)轉(zhuǎn)變負(fù)載的數(shù)值，得到相應(yīng)的仿真波形，以實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的全面生疏。在何種狀況下，阻感負(fù)載才能稱作大電感負(fù)載；5〕生疏MatLab/Simulink電子電路的方法。BuckBoost一、降壓斬波電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求與方案設(shè)計(jì)要求E42V，Ud12V，輸出電f＝100Hz10Ω2mH。設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)的工作要求形成掌握信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路去掌握主電路中電路電子器件的導(dǎo)通或者關(guān)斷來(lái)完成整個(gè)系統(tǒng)的功能。1-1在圖1-1構(gòu)造框圖中掌握電路用來(lái)產(chǎn)生MOSFET降壓斬波電路的掌握信號(hào)掌握電路產(chǎn)生的掌握信號(hào)傳到驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路把掌握信號(hào)轉(zhuǎn)換為加在MOSFETMOSFETMOSFET電路產(chǎn)生過(guò)電流、過(guò)電壓現(xiàn)象而損壞電路設(shè)備。降壓斬波主電路設(shè)計(jì)MOSFET在電力系統(tǒng)中直接擔(dān)當(dāng)電能的變換或掌握任務(wù)的電路稱為主電路。MOSFET降壓斬波電路的主電路圖如以下圖2-1所示。該電路使用一個(gè)全控型器件—電力MOSFET，且為了給負(fù)載中的電感電流供給通道設(shè)置有續(xù)流二極管VD。電路通過(guò)MOSFET電路原理分析直流降壓斬波電路使用一個(gè)全控型的電壓驅(qū)動(dòng)器件MOSFET，用掌握電路和MOSFETt0iot=t1VDUdL2-22-2電流續(xù)流時(shí)工作波形值為(1-1)值為(1-1)

UITTMOSFET開(kāi)關(guān)周期,Ton

〔1-2〕通過(guò)調(diào)整占空比UdE,Ud隨之減小。依據(jù)對(duì)輸出電壓平均值進(jìn)展調(diào)試的方式不同可分為三種工作方式:保持開(kāi)關(guān)周期T不變,調(diào)整開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton 制)此種方式應(yīng)用最多。保持開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton 不變,轉(zhuǎn)變開(kāi)關(guān)周期T,稱為頻率調(diào)制。ton和T都可調(diào)，轉(zhuǎn)變占空比稱為混合型。想，對(duì)降壓斬波電路進(jìn)展解析。V

i，可列出如下方程：(1-3)

di1tL 1RiE E1t1Md1M1010

，=L/R，解上式得：t EE

t(1-4)V

i I 1 10

i

M 1e 斷態(tài)期間，設(shè)負(fù)載電流為2，可列出如下方程：di(1-5)

L 2Ri E 0dt 2 M20設(shè)此階段電流初值為I ，解上式得：20t E t(1-6)

i I e 2 20

M 1e R (1-7)(1-8)

I i(t)10 2 2I i(t)20 1 1即V進(jìn)入通態(tài)時(shí)的電流初值就是VV進(jìn)入斷態(tài)時(shí)的電流初值就是V在通態(tài)階段完畢時(shí)的電流值。由式〔1-4、式〔1-6、式〔1-7、式〔1-〕得出：t1/1E E e1 E(1-9)

I M m10 eT/

1R

R

1 R1et1/E E 1e E(1-10)

I M m20 1eT/R R 1e RT/

mE /E

t

T

式中：

；

；M 1 T

1010

I和20

分別是負(fù)載電流瞬時(shí)值的最小值和最大值。把式〔1-9〕和式〔1-10〕用泰勒級(jí)數(shù)近似，可得10 Ro(1-11) I I I10 Ro上式表示了平波電抗器LoI，此時(shí)負(fù)載電流最大值、最小值均等于平均值。ooLI不o變；電源只在V處于通態(tài)時(shí)供給能量，為

EItoon

，在整個(gè)周期T中，負(fù)載

RI2TE ITo Mo

損耗，則電源供給的能量與負(fù)載消耗的能量相等，即EIt RIT(12)oon o Mo則 EEI o R

(1-13)與式〔1-11〕結(jié)論全都。在上述狀況中，均假設(shè)L值為無(wú)窮大，負(fù)載電流平直的狀況。這種狀況下，I假設(shè)電源電流平均值為1，則有(1-14) I1I

tonIT

Io其值小于等于負(fù)載電流o，由上式得EIEI1 o

UIoo

(1-15)即輸出功率等于輸入功率，可將降壓斬波器看作直流降壓變壓器。主要器件的選擇主電路中電源、電感及電阻的參數(shù)由設(shè)計(jì)要求給定現(xiàn)確定主電路中MOSFET管及電力二極管的參數(shù)：其中MOSFETUdsId42VId=Ud/R2=1.2AId=2.18A60V額定電流為6AMOSFET同樣對(duì)于電力二極管可選擇額定電壓為60V電流為6A的二極管。掌握電路設(shè)計(jì)掌握電路方案選擇MOSFET在正輸入端輸入一個(gè)三角波,在負(fù)輸入端輸入始終流電平,比較后輸出一方波信號(hào),轉(zhuǎn)變負(fù)輸入端直流電平的大小,即可轉(zhuǎn)變方波信號(hào)的脈寬。PWMPWMPWMTL494TL4943-1

3-1TL494蕩頻率可通過(guò)外部的一個(gè)電阻和一個(gè)電容進(jìn)展調(diào)整。其內(nèi)部構(gòu)造圖如圖3-2所示Q2信號(hào)增大輸出脈沖的寬度將減小。120mV出端接參考電尋常占空比為48％。當(dāng)把死區(qū)時(shí)間掌握輸入端接上固定的電壓范圍在〔0—3.3V〕之間即能在輸出脈沖上產(chǎn)生附加的死區(qū)時(shí)間。壓從0.5V變化到3.5時(shí)，輸出的脈沖寬度從被死區(qū)確定的最大導(dǎo)通百分比時(shí)間輸出即可支配掌握回路。當(dāng)比較器CT放電，一個(gè)正脈沖消滅在死區(qū)比較器的輸出端受脈沖約束的雙Q1Q2半。假設(shè)工作于單端狀態(tài)，且最大占空比小于50％時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別從晶Q1Q2作模式下，當(dāng)需要更高的驅(qū)動(dòng)電流輸出，亦可將Q1Q2蕩器的頻率。掌握電路如以下圖3-3所示3-3掌握電路圖驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路方案選擇能：供給適當(dāng)?shù)恼蚝头聪蜉敵鲭妷菏闺娏OSFET管牢靠的開(kāi)通和關(guān)斷；供給足夠大的瞬態(tài)功率或瞬時(shí)電流使MOSFET能快速建立柵控電場(chǎng)而導(dǎo)通；盡可能小的輸入輸出延遲時(shí)間，以提高工作效率；足夠高的輸入輸出電氣隔離性能使信號(hào)電路與柵極驅(qū)動(dòng)電路絕緣；具有靈敏的過(guò)流保護(hù)力量。MOSFET10Kw隔離驅(qū)動(dòng)兩種方式。依據(jù)設(shè)計(jì)要求、驅(qū)動(dòng)要求及電力MOSFET管開(kāi)關(guān)特性選擇驅(qū)動(dòng)芯片IR2110來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。芯片IR2110管腳及內(nèi)部電路圖如以下圖4-1所示

4-1IR2110IR2110R2110C1VD1C2VCCS1C1VC1VCC。HIN4-2VM1VM2VC1S1C1HINLINVM3Rg2S2S14-2IR2110設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路如圖4-3所示：設(shè)計(jì)電路硬件圖如以下圖5-1所示5-1設(shè)計(jì)電路硬件圖5、MATLAB1、仿真電路如以下圖所示2、仿真輸出電壓波形圖如下D=28.6%D=55%D=75%轉(zhuǎn)變L=0.3mH ,D=28.6%轉(zhuǎn)變反電動(dòng)勢(shì)U=10V轉(zhuǎn)變R=5觀看仿真結(jié)果，從圖中可以看輸出電壓在200V左右，滿足關(guān)系式tU onotoff

off

ET toff

。假設(shè)進(jìn)一步削減輸出電壓波動(dòng)，可以提高脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖的周期，并選擇多組LC參數(shù)比較以得到更滿足的結(jié)果。二、升壓斬波電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖：電源變壓升壓斬波電路波濾電源變壓升壓斬波電路波濾觸發(fā)電路觸發(fā)電路給定指標(biāo)1.輸入直流電壓：U=24Vd輸出功率：540W開(kāi)關(guān)頻率：5KHz占空比：50%左右輸出電壓脈率：小于10%最大輸出紋波電壓為200mVf＝100Hz主電路原理圖：2變壓器二次側(cè)電壓的計(jì)算濾波后的直流輸入電壓Ud

d

=24vd1

=0.9U[(1+COSπ/2)/2]=36v1變壓器二次側(cè)電壓U2

d1 2為：U=83V2晶閘管的觸發(fā)角是π/2變壓器一、二側(cè)電流的計(jì)算220V變壓器的匝數(shù)比為：N/N=U/U=220/83=2.651 2 1 2變壓器二次側(cè)電流I2

P=I2RP=300W2002：I=1.732A2

N/N=U/U=I/I得：I=0.97A1 1 2 1 2 2 1 1MOSFET3.1.整流元件中電壓、電流最大值的計(jì)算流過(guò)晶閘管的最大正向電壓UVT

max=0.52Ud=19.80V11

max=2I=2 2I=1.732VT VT 23.2整流元件型號(hào)的選擇依據(jù)計(jì)算結(jié)果，選擇最大電壓UVT

max=19.80V、最大電流IVT

max=1.73A的晶閘管就可以滿足電路的要求。保護(hù)元件的選擇變壓器二次側(cè)熔斷器的選擇I=1.2I=2.078A，I熔 2=2.078A熔晶閘管MOSFET保護(hù)電路選擇d/dd/du t i t保護(hù)電路原理圖及其工作原理3緩沖電路的原理圖也就是無(wú)功功率，削減器件的開(kāi)通損耗，從而到達(dá)保護(hù)電路的作用。MOSFET相控觸發(fā)電路原理圖4常見(jiàn)晶閘管觸發(fā)電路相控觸發(fā)芯片的選擇3NPNTM。相控觸發(fā)電路的工作原理TMR3V1、V2TM6.1驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路——主電路與掌握電路之間的接口裝置的運(yùn)行效率、牢靠性和安全性都有重要的意義現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電路的根本任務(wù)：件掌握端和公共端之間，可以使其開(kāi)通或關(guān)斷的信號(hào)對(duì)半控型器件只需供給開(kāi)通掌握信號(hào)對(duì)全控型器件則既要供給開(kāi)通掌握信號(hào)，又要供給關(guān)斷掌握信號(hào)圖1-3 電力MOSFET的一種驅(qū)動(dòng)電路斷時(shí)，脈沖使光耦導(dǎo)通時(shí)，光耦輸出高電平，使V2V3VCC、V2、RGMOS+VCCDC/DC調(diào)試的過(guò)程中對(duì)光耦兩端的電阻進(jìn)展合理的搭配。掌握電路原理圖5protel總電路工作原理接入220V溝通電，經(jīng)過(guò)變壓器、整流電路、濾波電路，最終使得輸入升壓斬波電路的直流電壓為50V。在經(jīng)過(guò)啟動(dòng)觸發(fā)電路，當(dāng)斬波開(kāi)關(guān)V導(dǎo)通期間，二VDCV使二極管導(dǎo)通并向負(fù)載供電。這種電路的輸出電壓永久高于輸入電壓。7.MATLAB1、仿真電路如以下圖所示2、仿真輸出電壓波形圖如下D=28.6%D=70%D=55%轉(zhuǎn)變L=0.3mH ,D=28.6%轉(zhuǎn)變反電動(dòng)勢(shì)U=8V轉(zhuǎn)變R=5三、課程設(shè)計(jì)總結(jié)全球爭(zhēng)論的當(dāng)務(wù)之急。而《電力電子技術(shù)》正是與這一主題相關(guān)聯(lián)的。直流斬波電路是里面的一局部，它開(kāi)關(guān)電源，與線性電源相比，具有綠色效率高，掌握便利，智能化，易實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)掌握。protel要把理論聯(lián)系實(shí)踐來(lái)學(xué)習(xí)，不僅要懂理論學(xué)問(wèn)，還要懂如何作出實(shí)物。四、心得體會(huì)MOSFET和在教師的細(xì)心指導(dǎo)下共同