電力電子設(shè)計(jì)與實(shí)踐報(bào)告題目：升壓斬波電路設(shè)計(jì)專業(yè)：自動(dòng)化姓名：陳璐學(xué)號(hào)：2014550109班級(jí)：14級(jí)自動(dòng)化1班指導(dǎo)老師：鄧文浪老師完成日期：2016年11月10日目錄TOC\o"1-3"\h\u“電力電子設(shè)計(jì)與實(shí)踐”設(shè)計(jì)任務(wù)書 “電力電子設(shè)計(jì)與實(shí)踐”設(shè)計(jì)任務(wù)書升壓斬波電路（BoostChopper）設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的1．綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，進(jìn)行升壓斬波電路和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過對(duì)升壓斬波電路的設(shè)計(jì)，掌握升壓斬波電路的工作原理。2．了解與熟悉升壓斬波電路拓?fù)洹⒖刂品椒ā?．理解和掌握升壓斬波電路及系統(tǒng)的主電路、控制電路和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)方法，掌握元器件的計(jì)算選擇方法。具有一定的電力電子電路及系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和調(diào)試的能力。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1．設(shè)計(jì)內(nèi)容及參數(shù)進(jìn)行升壓斬波電路和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)條件和參數(shù)如下：在輸入給定電壓Ui=12V的情況下通過斬波電路控制輸出電壓為18V，電流連續(xù)，輸出電流為I?=0.6A。2．設(shè)計(jì)要求（1）理論設(shè)計(jì)：了解掌握升壓斬波電路電路的工作原理，設(shè)計(jì)斬波電路電路系統(tǒng)。包括：主電路、控制電路、參數(shù)計(jì)算及元器件選型；功率器件驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路的設(shè)計(jì)；畫出完整的主電路原理圖和控制電路原理圖；列出主電路所用元器件的明細(xì)表。（2）仿真實(shí)驗(yàn)：利用MATLAB仿真軟件對(duì)升壓斬波電路系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模，并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。（3）實(shí)際制作：利用PROTEL軟件繪出原理圖，結(jié)合具體所用元器件管腳數(shù)、外型尺寸、考慮散熱和抗干擾等因素，設(shè)計(jì)PCB印刷電路板。最后完成系統(tǒng)電路的組裝、調(diào)試。一、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)升壓斬波電路，在輸入給定電壓Ui=12V的情況下通過斬波電路控制輸出電壓為18V，電流連續(xù)，輸出電流為0.6A。1.2設(shè)計(jì)要求（1）理論設(shè)計(jì)：了解掌握升壓斬波電路電路的工作原理，設(shè)計(jì)斬波電路電路系統(tǒng)。包括：主電路、控制電路、參數(shù)計(jì)算及元器件選型；功率器件驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路的設(shè)計(jì)；畫出完整的主電路原理圖和控制電路原理圖；列出主電路所用元器件的明細(xì)表。（2）仿真實(shí)驗(yàn)：利用MATLAB仿真軟件對(duì)升壓斬波電路系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模，并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。（3）實(shí)際制作：利用PROTEL軟件繪出原理圖，結(jié)合具體所用元器件管腳數(shù)、外型尺寸、考慮散熱和抗干擾等因素，設(shè)計(jì)PCB印刷電路板。最后完成系統(tǒng)電路的組裝、調(diào)試。1.3設(shè)計(jì)原理

電力電子器件在實(shí)際應(yīng)用中，一般是由控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路及以電力電子器件為核心的主電路組成一個(gè)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(hào)，通過驅(qū)動(dòng)電路去控制主電路中電路電子器件的導(dǎo)通或者關(guān)斷，來完成整個(gè)系統(tǒng)的功能。本設(shè)計(jì)是用控制電路來產(chǎn)生MOSFET升壓斬波電路的控制信號(hào)，控制電路產(chǎn)生的控制信號(hào)傳到驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路把控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為加在MOSFET控制端與公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號(hào)。通過控制MOSFET的開通和關(guān)斷來控制MOSFET升壓斬波電路工作。二、DC-DC變換器簡(jiǎn)介2.1拓?fù)鋱D2-1升壓斬波電路原理圖圖中所示為DC-DC變換器中的升壓斬波電路，假設(shè)L和C值很大。

V（MOSFET）處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，電流恒定I1，電容C向負(fù)載R供電，輸出電壓Uo恒定。

V處于斷態(tài)時(shí)，電源E和電感L同時(shí)向電容C充電，并向負(fù)載提供能量，從而在負(fù)載側(cè)得到高于電源的電壓。二極管的作用是阻斷MOSFET導(dǎo)通時(shí)，電容的放電回路。2.2工作原理DC/DC轉(zhuǎn)換器為轉(zhuǎn)變輸入電壓后有效輸出固定電壓的電壓轉(zhuǎn)換器。DC/DC轉(zhuǎn)換器分為三類：升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器、降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器以及升降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器。根據(jù)需求可采用三類控制。PWM控制型效率高并具有良好的輸出電壓紋波和噪聲。PFM控制型即使長(zhǎng)時(shí)間使用，尤其小負(fù)載時(shí)具有耗電小的優(yōu)點(diǎn)。PWM/PFM轉(zhuǎn)換型小負(fù)載時(shí)實(shí)行PFM控制，且在重負(fù)載時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到PWM控制。目前DC-DC轉(zhuǎn)換器廣泛應(yīng)用于手機(jī)、MP3、數(shù)碼相機(jī)、便攜式媒體播放器等產(chǎn)品中。在電路類型分類上屬于斬波電路。而本次設(shè)計(jì)要做的為升壓斬波電路。所以重點(diǎn)介紹升壓斬波電路。升壓斬波電路的工作原理如下：首先假設(shè)電路中的電感L值和電容C值非常大。當(dāng)開關(guān)器件V處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，支相當(dāng)于短路，電源E向電感L充電，電感相當(dāng)于一個(gè)電阻，所以充電電流基本恒定為I。同時(shí)電容C上的電壓向負(fù)載R供電，因C值很大，C上電壓基本保持恒定，所以輸出電壓Uo也基本保持為恒定值。假設(shè)V處于導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)間為Ton，則在此時(shí)間內(nèi)，電感L上積蓄的能量為。當(dāng)開關(guān)器件V處于斷開狀態(tài)時(shí)，支路相當(dāng)于斷路。電源E和積蓄一定能量的電感L共同向電容C充電，同時(shí)向負(fù)載R提供能量。假設(shè)V處于斷開的時(shí)間為Tof，則在此時(shí)間內(nèi)電感L釋放的能量為。由于能量守恒，當(dāng)電路工作在穩(wěn)態(tài)時(shí),一個(gè)周期T中電感L積蓄的能量與釋放的能量相等，即(1-1)因T/TOF>1,故U0>Ud，即通過調(diào)節(jié)開關(guān)頻率可以實(shí)現(xiàn)升壓的要求。升壓斬波電路能使輸出電壓高于電源電壓的原因：①

L儲(chǔ)能之后具有使電壓泵升的作用。②

電容C可將輸出電壓保持住。

如果忽略電路中的損耗，則由電源提供的能量?jī)H由負(fù)載R消耗，與降壓斬波電路一樣，升壓斬波電路可看作直流變壓器。2.3功能介紹DC/DC變換器將一個(gè)固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無軌電車、地鐵、列車、電動(dòng)車的無級(jí)變速和控制，同時(shí)使上述控制具有加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能,并同時(shí)收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開關(guān)電源)，同時(shí)還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。而升壓斬波是輸出電壓大于輸入電壓的直流斬波電路。2.4應(yīng)用介紹直流-直流變換器（DC/DC）變換器廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程及數(shù)據(jù)通訊、計(jì)算機(jī)、辦公自動(dòng)化設(shè)備、工業(yè)儀器儀表、軍事、航天等領(lǐng)域，涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)。這里主要介紹升壓斬波電路的典型應(yīng)用：

（1）用于直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)：通常是用于直流電動(dòng)機(jī)再生制動(dòng)時(shí)把電能回饋給直流電源，實(shí)際電路中電感L值不可能為無窮大，因此該電路和降壓斬波電路一樣，也有電動(dòng)機(jī)電樞電流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作狀態(tài)。此時(shí)電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)相當(dāng)于電路中的電源，而此時(shí)的直流電源相當(dāng)于電路中的負(fù)載。由于直流電源的電壓基本是恒定的，因此不必并聯(lián)電容器。（2）用作單相功率因數(shù)校正（PFC）電路

（3）用于其他交直流電源中

三、設(shè)計(jì)方案直流斬波電路一般主要可分為主電路模塊，控制電路模塊和驅(qū)動(dòng)電路模塊三部分組成。

3.1主電路設(shè)計(jì)方案主電路電路圖如圖3-1：圖3-1升壓斬波電路主電路由上圖可以看出，主電路主要由電源、電阻、電感、電容、二極管和MOSFET等器件構(gòu)成。電源E=12V，因?yàn)橐筝敵鲭妷簽?8V，電流為0.6A，所以電阻R選用30歐姆，L為電感，C為電容，VD是二極管，V是全控型器件，選用MOSFET。主電路模塊主要由全控器件MOSFET的開通與關(guān)斷的時(shí)間占空比，來決定輸出電壓Uo的大小。3.2控制電路設(shè)計(jì)方案控制電路：此電路主要用來產(chǎn)生控制信號(hào)。產(chǎn)生PWM信號(hào)有很多方法，但歸根到底不外乎直接產(chǎn)生PWM的專用芯片、單片機(jī)、PLC、可編程邏輯控制器等本電路。本設(shè)計(jì)采用STC12C5A60S2單片機(jī)產(chǎn)生PWM信號(hào)。圖3-2STC12C5A60S2單片機(jī)引腳圖圖3-3控制電路接線圖控制過程為，設(shè)計(jì)程序?qū)氲絾纹瑱C(jī)中，輸出該實(shí)驗(yàn)所需占空比為33.33％的PWM波。所以控制電路的難點(diǎn)在于程序的設(shè)計(jì)。通過查閱資料以及芯片手冊(cè)，設(shè)計(jì)程序如下：#include

"STC12C5A.h"http://STC12C5A60S2單片機(jī)頭文件，里面對(duì)單片機(jī)內(nèi)部的寄存器地址都定義了#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharvoidmain(){ CCON=0X00;//PCA模塊的低8位 CH=0;//PCA模塊的高8位 CL=0;//PCA模塊的低8位 CMOD=0X08;//PCA模塊寄存器的時(shí)鐘不分頻 CCAP0L=0xAA;//PCA模塊0捕獲寄存器0的低8位 CCAP0H=0xAA;//PCA模塊0捕獲寄存器0的高8位 CCAPM0=0x42;//8位PWM輸出,無中斷 CR=1;//PCA計(jì)數(shù)器啟動(dòng)控制位,寫"1"啟動(dòng)計(jì)數(shù)器 while(1);//死循環(huán)，不讓程序結(jié)束PWM脈寬調(diào)制輸出工作原理：

在PCA定時(shí)器啟動(dòng)的時(shí)候，CL（PCABaseTimerLOW）將從0xff在一定時(shí)鐘頻率(Fosc)下遞減至0x00,在遞減的過程中，不斷與CCAP0L（PCAModule-0CaptureRegister）的值比較，大于等于CCAP0L時(shí)，相應(yīng)PWM引腳輸出高電平，小于CCAP0L的值時(shí)，輸出低電平，當(dāng)遞減到0x00時(shí)，產(chǎn)生數(shù)據(jù)溢出，溢出后，單片機(jī)相應(yīng)寄存器將CCAP0H（PCAModule-0CaptureRegister）中的值傳遞給CCAP0L，CL繼續(xù)由0xff遞減。所以，程序中，只要修改CCAP0H的值，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)脈寬輸出的調(diào)節(jié)。由此也就實(shí)現(xiàn)了引腳電平的數(shù)字脈寬輸出。其中，脈寬的大小及頻率由CL的初值與時(shí)鐘頻率來控制。脈沖占空比的計(jì)算公式為=（256-CCAP0L）/256*100%，此次我們要輸出的=33.33%，所以取CCAP0L得值為0xAA。在上面的寄存器中，我們需要設(shè)置CCON=0x00,即不啟用PCA中斷。設(shè)置CCAP0L=0x42，即8位PWM輸出，無中斷。而CMOD的值可用于調(diào)整PWM的輸出頻率。CMOD調(diào)整的是PCA模塊的時(shí)鐘，分頻越多，溢出的越慢，頻率約低。而CL的值可直接調(diào)整溢出的頻率，從而直接調(diào)整輸出的頻率，CH的值與CL的值相等即可。本次程序?qū)慍MOD=0X08，PCA模塊的輸入時(shí)鐘不分頻，從而得到最大的輸出頻率。最后寫CR=1即啟動(dòng)計(jì)數(shù)器。從而以上的程序即可輸出一個(gè)頻率和占空比可調(diào)的PWM波。3.3驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)方案驅(qū)動(dòng)部分是連接控制部分和主電路的橋梁，該部分主要完成以下幾個(gè)功能：(1)提供適當(dāng)?shù)恼蚝头聪蜉敵鲭妷?，使電力MOSFE

管可靠的開通和關(guān)斷；(2)提供足夠大的瞬態(tài)功率或瞬時(shí)電流，使MOSFET能迅速建立柵控電場(chǎng)而導(dǎo)通；(3)盡可能小的輸入輸出延遲時(shí)間，以提高工作效率；(4)

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；(5)具有靈敏的過流保護(hù)能力。驅(qū)動(dòng)電路的基本任務(wù)，就是將信息電子電路傳來的信號(hào)按照其控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路一方面將控制信號(hào)放大，另一方面提供電氣隔離，保護(hù)控制電路。電力MOSFET是用柵極電壓來控制漏極電流的，因此它的第一個(gè)顯著特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要的驅(qū)動(dòng)功率??；第二個(gè)顯著特點(diǎn)是開關(guān)速度快、工作頻率高。但是電力MOSFET電流容量小，耐壓低，多用于功率不超過10Kw

的電力電子裝置。

美國(guó)IR公司生產(chǎn)的IR系列驅(qū)動(dòng)器，兼有光耦隔離和電磁隔離的優(yōu)點(diǎn)，是中小功率變換裝置中驅(qū)動(dòng)器件的首選。根據(jù)設(shè)計(jì)要求、驅(qū)動(dòng)要求及電力MOSFET

管開關(guān)特性,選擇驅(qū)動(dòng)芯片IR2104來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)芯片IR2104的基本參數(shù)：峰值輸出電流0.36A；最大下降時(shí)間：90ns；最大升壓時(shí)間：170ns。根據(jù)以上參數(shù)可知該驅(qū)動(dòng)芯片完全符合本設(shè)計(jì)要求。圖3-3IR2104引腳圖單片機(jī)產(chǎn)生的PWM由2腳引入驅(qū)動(dòng)芯片，通過7腳輸出去驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管。3.4電路設(shè)計(jì)圖總電路設(shè)計(jì)圖如圖3-4：圖3-4總電路設(shè)計(jì)圖左邊為控制電路，是由單片機(jī)構(gòu)成的，根據(jù)編寫的程序，是由P1.3口（4引腳）輸出PWM，然后接入驅(qū)動(dòng)電路，圖3-4的右上角IR2104的2引腳，接入驅(qū)動(dòng)電路后，輸出接MOSFET的柵極（G），就可對(duì)MOSFET進(jìn)行開通關(guān)斷控制。四、軟硬件設(shè)計(jì)4.1硬件設(shè)計(jì)4.1.1功率器件參數(shù)計(jì)算及選型MOSFET是金屬-氧化層-半導(dǎo)體-場(chǎng)效晶體管，簡(jiǎn)稱金氧半場(chǎng)效晶體管，是一種可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場(chǎng)效晶體管。MOSFET依照其“通道”的極性不同，可分為N溝道型與P溝道型的MOSFET，通常又稱為NMOSFET與PMOSFET，其他簡(jiǎn)稱尚包括NMOS

FET、PMOS

FET、nMOSFET、pMOSFET等。（1）功率MOSFET的工作原理：截止：漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)J1反偏，漏源極之間無電流流過。導(dǎo)電：在柵源極間加正電壓UGS，柵極是絕緣的，所以不會(huì)有柵極電流流過。但柵極的正電壓會(huì)將其下面P區(qū)中的空穴推開，而將P區(qū)中的少子-電子吸引到柵極下面的P區(qū)表面。

當(dāng)UGS大于UT（開啟電壓或閾值電壓）時(shí)，柵極下P區(qū)表面的電子濃度將超過空穴濃度，使P型半導(dǎo)體反型成N型而成為反型層，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)J1消失，漏極和源極導(dǎo)電。（2）功率開關(guān)的選擇（IRF540）：當(dāng)功率開關(guān)處于斷開狀態(tài)時(shí)，輸出側(cè)電加在開關(guān)兩端為18V，要求輸出電流為0.6A，則流過開關(guān)管的最大的電流Imax=1.1I?=0.66A。因此，對(duì)開關(guān)管的選擇要求為耐壓值大于24V，最大電流大于0.66A即可。選擇導(dǎo)通電阻小的IRF540作為開關(guān)管，其耐壓值為100V，可流過的最大電流為22A，導(dǎo)通電阻僅為77mΩ。因此完全滿足電路的要求。4.1.2電路中其他元器件參數(shù)計(jì)算及選型（1）12V輸入直流電源：作為直流輸入。（2）續(xù)流二極管的選擇：（SR240型肖特基二極管）：當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)候，直流側(cè)輸出側(cè)電壓直接加在二極管兩端為18V，流過二極管的最大電流即為電感電流的最大值0.66A，因此需要選擇方向擊穿電壓打于24V（一般選擇大于其兩倍即48V）。選擇SR240型肖特基二極管作為續(xù)流二極管，其允許通過的最大平均電流為2A，反向擊穿電壓為40V（實(shí)際上應(yīng)該比這大1.5倍左右），其導(dǎo)通壓降小，并且恢復(fù)時(shí)間短，所以完全能滿足電路要求。（3）電感的選擇：通過對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行分析計(jì)算（4-1）（4-2）（4-3）為開關(guān)導(dǎo)通是的KVL方程為開關(guān)斷開時(shí)的KVL方程聯(lián)立可解得電感的計(jì)算公式為下式（4-4）一般取其中所以選擇工字功率電感（1016-417k）470uH/2A（4）濾波電容的選擇（220uF/25V的電解電容）：該電容需要濾掉主要的開關(guān)紋波，其計(jì)算公式為：(4-5)式中ΔUc為所要求的輸出電壓紋波的要求，Lf為計(jì)算的電感，這里涉及沒有對(duì)紋波有具體的要求，所以電容C足夠大，另外，所以應(yīng)該盡量降低ESR。根據(jù)以上兩點(diǎn)，可以取兩個(gè)220uF/25V的電解電容并聯(lián)，此舉可得到需要的電容量，也可得到較低的ESR。4.2軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)由matlab仿真、Keil和Protel三大部分構(gòu)成。matlab主要是仿真分析，借助其強(qiáng)大的仿真功能可以很直觀的看到PWM控制輸出電壓的曲線圖，通過設(shè)置參數(shù)分析輸出與電路參數(shù)和控制量的關(guān)系，利用軟件自帶的電表和示波器能直觀的分析各種輸出結(jié)果。Keil用來設(shè)計(jì)單片機(jī)的程序，使其產(chǎn)生PWM波。Protel軟件是用來設(shè)計(jì)PCB電路圖。（1）通過matlab搭建電路進(jìn)行仿真，通過看結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案是否合理。詳見第五章仿真建模。（2）利用Keil設(shè)計(jì)單片機(jī)程序產(chǎn)生PWM波?？刂茊纹瑱C(jī)工作的語言是C語言，設(shè)計(jì)程序用于產(chǎn)生一路PWM波。將程序編譯完成后編程二進(jìn)制的文件燒寫進(jìn)單片機(jī)中，單片機(jī)用的是STC12C5A60S2,因?yàn)槠渲杏蠵WM模塊，只需要寫某些寄存器，就能輸出PWM波。最后設(shè)計(jì)出的程序如下：#include

"STC12C5A.h"#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharvoidmain(){ CCON=0X00; CH=0; CL=0; CMOD=0X08; CCAP0L=0xAA; CCAP0H=0xAA; CCAPM0=0x42; CR=1; while(1);（3）利用搭建好的電路，用Protel設(shè)計(jì)PCB電路圖，便于進(jìn)行硬件制作。根據(jù)電路原理圖和控制電路原理圖，設(shè)計(jì)PCB印刷電路板如下：圖4-2PCB電路圖五、仿真建模5.1仿真模型搭建根據(jù)直流升壓變流器原理圖建立變流器的仿真模型5-1所示：圖5-1升壓斬波電路的仿真模型simulink

仿真模型圖中DC

voltage

source

是電壓源，提供12V的直流電壓。L為電感。Diode為電力二極管，單項(xiàng)導(dǎo)通，阻止電流反向流動(dòng)。C為電容。MOSFET為斬波器件，R為負(fù)載表5-1：圖示的電路模型各個(gè)模塊的名稱及提取路徑模塊名提取路徑直流電壓源SimPowerSystems/Electrical

source示波器scopeSimulink/Sinks二極管模塊SimPowerSystems/PowerElectronicsMOSFETSimPowerSystems/PowerElectronics串聯(lián)RLC支路SimPowerSystems/Elements電壓表模塊SimPowerSystems/Measurement

電流表模塊SimPowerSystems/MeasurementPowergui模塊SimPowerSystems5.2模塊參數(shù)設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求輸入電壓12V,輸出電壓18V，所以經(jīng)過計(jì)算可以得出占空比為33.33%。輸出電流為0.6A,所以負(fù)載電阻為30歐姆。電感選用470mH,電容為兩個(gè)220uF并聯(lián)。所以在模型中設(shè)置仿真參數(shù)：設(shè)置電源E電壓為12V。

電容的值為220μF。

MOSFET和二極管的參數(shù)可以保持默認(rèn)值。

選L的值為470uH。脈沖發(fā)生器脈沖周期T=3e-5，脈沖寬度為33.33%。電阻參數(shù)為30歐姆。各參數(shù)設(shè)置圖如下：圖5-2輸入電壓參數(shù)設(shè)置圖圖5-3電容參數(shù)設(shè)置圖圖5-4電感設(shè)置圖圖5-5脈沖發(fā)生器參數(shù)設(shè)置圖5-6阻容參數(shù)設(shè)置5.3仿真波形及分析開始時(shí)輸出的波形超調(diào)有點(diǎn)嚴(yán)重并且紋波比較大。通過翻閱資料，發(fā)現(xiàn)通過減小PI控制器（反饋）中P的值并且增大I的值可以減小超調(diào)量，通過增大濾波電容的值能減小紋波，通過不斷調(diào)試后得到了最終的輸出波形。圖5-7PIController的參數(shù)設(shè)置通過改變反饋調(diào)整輸出電壓波形，主要是減少超調(diào)和紋波，最后輸出電壓波形如下：圖5-8輸出電壓Uo波形輸出電壓最終穩(wěn)定于18V,滿足設(shè)計(jì)要求。5.4仿真中遇到的問題及解決方案由于對(duì)matlab軟件的不熟悉，搭建好電路開始仿真時(shí)總是報(bào)錯(cuò)，不管怎么改電路都是處于錯(cuò)誤狀態(tài)，后來經(jīng)過查找關(guān)于matlab應(yīng)用資料發(fā)現(xiàn)當(dāng)在Simulink下進(jìn)行電力電子仿真時(shí)需要添加一個(gè)電力系統(tǒng)圖形化用戶接口(Powergui)，Powergui模塊具有可視化的功能,還具有一個(gè)非常優(yōu)秀的特點(diǎn):改變系統(tǒng)中的參數(shù),可以通過圖形來觀察由于參數(shù)改變而引起的變化。對(duì)于升壓斬波電路反饋電路不熟悉，設(shè)計(jì)存在困難，但經(jīng)過助教的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助，最后完成這部分電路的設(shè)計(jì)。六、實(shí)驗(yàn)裝置制作及調(diào)試6.1實(shí)驗(yàn)裝置制作6.1.1主電路的制作按照所畫的PCB圖對(duì)主電路進(jìn)行布局，然后進(jìn)行焊接，焊接時(shí)要注意的問題有：二極管的正負(fù)極：黑色的部分是陽極，灰色部分是陰極。電解電容是有正負(fù)極的，長(zhǎng)的那一端為正。MOSFET（IRF540）的引腳要弄清楚，不能接錯(cuò)。圖6-1IRF540引腳圖焊接時(shí)，因?yàn)殡娐份^為簡(jiǎn)單，所以沒有用導(dǎo)線，選擇了走錫，這樣易于線路的檢查。6.1.2控制電路的制作控制電路是采用STC12C5A60S2單片機(jī)產(chǎn)生PWM波的，硬件制作時(shí)為了方便，買了單片機(jī)最小系統(tǒng)，所以這一部分不用在焊接在電路板上，只要把燒好程序的單片機(jī)芯片放入單片機(jī)最小系統(tǒng)（注意引腳標(biāo)號(hào)，不要把單片機(jī)放反）。而輸出口可用杜邦線引出接驅(qū)動(dòng)電路。6.1.3驅(qū)動(dòng)電路的制作驅(qū)動(dòng)電路采用的是IR2104，由于買的是貼片式的，所以用了一片PCB板把芯片焊上去，焊的時(shí)候注意芯片的引腳，然后用利用排針插入底座。然后利用杜邦線和排針接線，2引腳接控制電路的輸出，7引腳為驅(qū)動(dòng)電路的輸出接MOSFET（IRF540）的柵極（G），3引腳是使能端，要接高電平。6.1.4實(shí)物制作圖圖6-2正面實(shí)物圖圖6-3反面實(shí)物圖6.2電路檢驗(yàn)及調(diào)試6.2.1線路檢查線路檢查適用于主電路，主要檢查有沒有線路連接錯(cuò)誤、虛焊或者把要分離的端子焊在一起，用萬用表的二極管檔來檢測(cè)，測(cè)試通了會(huì)滴滴響，不通的就沒有聲音。檢查電路沒有錯(cuò)誤后，進(jìn)行上電檢驗(yàn)。6.2.2上電檢驗(yàn)及調(diào)試控制電路檢驗(yàn)：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)輸入5V直流電源，為了方便，直接從電腦USB接口引出，用示波器測(cè)輸出（P1.3口）波形。出現(xiàn)問題：輸出應(yīng)為占空比為33％的矩形波，然而實(shí)際測(cè)出波形的占空比大約為42％，與設(shè)計(jì)方案有差距。調(diào)試過程：經(jīng)過不斷的檢查與測(cè)試，發(fā)現(xiàn)原來是單片機(jī)最小系統(tǒng)所帶晶振大小的問題，設(shè)計(jì)方案中控制電路所編寫的程序是按照12M晶振計(jì)算的，而實(shí)際使用使用的晶振頻率為11.0592MHz，所以程序應(yīng)改寫為：#include

"STC12C5A.h"#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharvoidmain(){ CCON=0X00; CH=0; CL=0; CMOD=0X08; CCAP0L=0x95; CCAP0H=0x95; CCAPM0=0x42; CR=1; while(1);修改程序后，輸出P波的占空比為33.62％，基本滿足所需占空比要求。所以該問題的解決辦法為修改程序，使占空比滿足所需。驅(qū)動(dòng)電路上電檢測(cè)：驅(qū)動(dòng)電路上電要注意的問題是驅(qū)動(dòng)芯片IR2104的驅(qū)動(dòng)電源應(yīng)接直流12V，使能端3引腳的高電平可接直流5V，可用杜邦線將單片機(jī)的電源接到3引腳。還有一個(gè)要注意的問題是單片機(jī)和驅(qū)動(dòng)芯片要共地。上電后，用示波器檢測(cè)輸出（7引腳）波形。出現(xiàn)問題：沒有出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)波形。調(diào)試過程：用萬用表檢查驅(qū)動(dòng)芯片有沒有出現(xiàn)焊接錯(cuò)誤，因?yàn)橛玫氖琴N片式的，所以怕焊接時(shí)出現(xiàn)問題，檢查發(fā)現(xiàn)并沒有焊錯(cuò)，而是3引腳的底座與用的排針沒有焊接，導(dǎo)致使能端沒有置于高電位，驅(qū)動(dòng)芯片沒有工作，焊接好以后，檢測(cè)輸出波形如圖7-2，符合設(shè)計(jì)要求。所以該問題的解決方法是認(rèn)真檢查電路，有時(shí)問題往往出現(xiàn)在最簡(jiǎn)單的地方。主電路上電檢測(cè)：把12V的直流電源接到主電路，這時(shí)控制電路和驅(qū)動(dòng)電路也要接入，用來開斷MOSFET，首先看電路中有沒有器件迅速發(fā)燙的現(xiàn)象，如果有，馬上斷電，因?yàn)榭赡艹霈F(xiàn)錯(cuò)誤使得器件燒壞。檢查電路沒有發(fā)燙現(xiàn)象后，用示波器測(cè)量輸出電壓波形。出現(xiàn)問題：輸出電壓波形紋波過大，如圖6-4：圖6-4調(diào)試前輸出電壓波形圖調(diào)試過程：紋波過大，判斷可能是由于電容過小導(dǎo)致，往主電路中又并聯(lián)了一個(gè)電容，測(cè)量其輸出波形，紋波變小了一點(diǎn)。再并一個(gè)電容，輸出波形如下:圖6-5調(diào)試后輸出電壓波形圖輸出電壓波形的紋波已經(jīng)很小了，平均值為17.8V，要求輸出電壓為18V，產(chǎn)生誤差原因是電感電容存在內(nèi)阻，而計(jì)算時(shí)忽略掉的，所以，結(jié)果是符合設(shè)計(jì)要求的。所以解決輸出電壓波形紋波過大的方法是增大電容。七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析根據(jù)設(shè)計(jì)方案作出實(shí)物，上電檢驗(yàn)（輸入電壓為12V，驅(qū)動(dòng)芯片的電壓為12V，單片機(jī)的電壓為5V）?？蓽y(cè)出波形圖如下：圖7-1輸入電壓波形圖7-2MOSFET驅(qū)動(dòng)波形圖7-3輸出電壓波形所以該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為輸入電壓12.8V，輸出電壓為17.8V。而設(shè)計(jì)要求是輸入電壓12V，輸出電壓18V。輸入電壓是由直流電源控制的，這個(gè)誤差是允許出現(xiàn)的。占空比設(shè)置如圖7-2為33.62％，在此占空比的條件下，輸入12.8V，理論輸出應(yīng)為19.2V，出現(xiàn)輸出電壓小于理論值的原因是，電容和電感存在阻值，所以對(duì)于實(shí)際情況而言，該結(jié)果是符合設(shè)計(jì)要求的。八、附錄附錄一：元器件明細(xì)表表8-1元器件明細(xì)表元器件名稱型號(hào)控制電路單片機(jī)STC12C5A60S2DIP40單片機(jī)最小系統(tǒng)DIP40STC下載線USB轉(zhuǎn)TTL單片機(jī)下載器驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)芯片IR2104兩路互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)DI98電解電容10uF/25V肖特基二極管SR24040V/2A主電路MOSFETIRF540N100V/33A電解電容220uF/25V工字功率電感1016-471K470uH/2A肖特基二極管SR24040V/2A水泥電阻20W/30歐姆單排排針單排1*40針萬用板10*22cm杜邦線40PIC插座DIP8直流電源12V九、總結(jié)體會(huì)回顧起此次的電力電子課程之升壓斬波電路設(shè)計(jì)，感慨頗多，它使我有了很多的心得體會(huì)。

從最初拿到題目時(shí)，感覺應(yīng)該很簡(jiǎn)單，可到真正動(dòng)手去做的時(shí)候，真的覺得理想與現(xiàn)實(shí)的差距挺大。因?yàn)樵谧约旱闹R(shí)系統(tǒng)中，學(xué)習(xí)的大部分都是理論知識(shí)，對(duì)于這樣實(shí)際從一個(gè)課題做出報(bào)告書并不是很在行，不過也做過類似的報(bào)告。但是畢竟還是有一定的差距，因?yàn)檎n本上涉及這部分的原理知識(shí)比較少，光靠書本上的知識(shí)根本解決不了，只有去圖書館借這方面的書籍來?，F(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)也是一個(gè)不錯(cuò)的工具，有些不懂的或是書本上沒有的，就可以在網(wǎng)絡(luò)上查詢。所以這次課程設(shè)計(jì)的知識(shí)來源很廣，在此過程中也學(xué)到了很多課本上沒有的知識(shí)，豐富了自己的理論知識(shí)，還擴(kuò)寬了解決問題的方法，感覺特別充實(shí)。在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。通過查閱大量有關(guān)資料，并與同課題同學(xué)互相討論，交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，若遇到實(shí)在搞不明白的問題就會(huì)及時(shí)請(qǐng)教老師，使自己經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大，學(xué)到了不少知識(shí)。通過本次課程設(shè)計(jì)讓我更加的深刻的理解了斬波器的原理，從而由斬波器這個(gè)小小的器件體會(huì)到了電力電子這門學(xué)科的重要性。課程設(shè)計(jì)不僅需要靈活的運(yùn)用書本上以及課堂上的知識(shí)，還需要自己運(yùn)用電腦上網(wǎng)搜索相關(guān)信心和操作相關(guān)的軟件來更好的達(dá)到設(shè)計(jì)的目的。這讓我不僅鞏固了老師所傳授的書本上的知識(shí)，而且鍛煉了自己解決實(shí)際問題的能力。

我認(rèn)為本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于硬件電路的設(shè)計(jì),而程序的調(diào)試卻是本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)所在.但通過查閱資料，向老師請(qǐng)教,以及與同學(xué)探討之后,解決了主體部分的設(shè)計(jì)問題。這讓我了解到了自己在這門課程上的不足之處和薄弱環(huán)節(jié)。課本的知識(shí)需要熟練掌握才能發(fā)揮的淋漓盡致,對(duì)基本原理的熟記才會(huì)加深運(yùn)用過程的理解.

在以后的職業(yè)生涯中,將理論靈活運(yùn)用于實(shí)踐中是非常重要的，這需要自己打好堅(jiān)實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。通過課程設(shè)計(jì)還拓寬了知識(shí)面，學(xué)到了很多課本上沒有的知識(shí)，報(bào)告只有自己去做能加深對(duì)知識(shí)的理解，任何困難只有自己通過努力去克服才能收獲成功的喜悅。

在此次電力電力課程設(shè)計(jì)，我最大的收獲應(yīng)該是學(xué)會(huì)使用matlab軟件。通過對(duì)電路圖的研究，也增強(qiáng)了自己的思考能力。另外，在使用matlab軟件繪制電路圖的過程中，我學(xué)到了很多實(shí)用的技巧，這也為以后的工作打下了很好的基礎(chǔ)。從開始任務(wù)到查找資料，到設(shè)計(jì)電路圖，我學(xué)到了課堂上學(xué)習(xí)不到的知識(shí)。上課時(shí)總覺得所學(xué)的知識(shí)太抽象，沒什么用途，現(xiàn)在終于認(rèn)識(shí)到它的重要性。而且經(jīng)過這次的電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，加深了我對(duì)升壓斬波電路的理解，也學(xué)習(xí)一些新的知識(shí)，增加了解決問題的能力。也對(duì)這門課有了更深的了解，也知道這門課程在自動(dòng)化專業(yè)的重要性，一定還會(huì)花時(shí)間學(xué)習(xí)的，只有繼續(xù)努力，才會(huì)學(xué)到更多的知識(shí)總的來說，自己的這次課程設(shè)計(jì)還算比較成功，我相信今后不管做什么課程設(shè)計(jì)，只要認(rèn)真思考認(rèn)真去做，相信都將會(huì)有所收獲，都會(huì)取得成功！

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