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降压斩波电路
题 目 直流降压斩波电路
一、直流斩波电路的技术特点及应用方面
直流斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的 DC-DC 变换器 ,在直流传动系统、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用.随之出现了诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路 . 直流斩波技术已被广泛用于开关电源及直流电动机驱动中,使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波等领域得到了广泛的应用。
直流变换技术已被广泛的应用于开关电源及直流电动机驱动中,如不间断电源(UPS)、无轨电车、地铁列车、蓄电池供电的机动车辆的无级变速及20世纪80年代兴起的电动汽车的控制。从而使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。直流变换系统的结构如下图-1所示。由于变速器的输入是电网电压经不可控整流而来的直流电压,所以直流斩波不仅能起到调压的作用,同时还能起到有效地抑制网侧谐波电流的作用。
直流变换系统结构图
二、分电路的原理及选择
2.1 降压斩波电路工作原理
电路的原理图如图2所示,
图2 降压斩波电路主电路
此电路使用一个全控型器件V,图中为IGBT,若采用晶闸管,需设置使晶闸管关断的辅助电路。并设置了续流二极管VD,在V关断时给负载中电感电流提供通道。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,后两种情况下负载中均会出现反电动势,如图中Em所示。
工作原理:当t=0时刻驱动V导通,电源E向负载供电,负载电压uo=E,负载电流io按指数曲线上升。
当 t=t1时控制V关断,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,通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。
此电路的基本数量关系为:
(1)电流连续时
负载电压的平均值为 (1-1)
上式中,ton为V处于通态的时间,toff为V处于断态的时间,T为开关周期,(为导通占空比,简称占空比或导通比。负载电流平均值为 (1-2)
(2)电流断续时,负载电压uo平均值会被抬高,一般不希望出现电流断续的情况。
斩波电路有三种控制方式:
脉冲宽度调制(PWM):保持开关周期T不变,调节开关导通时间ton,
频率调制:保持开关导通时间ton不变,改变开关周期T。
混合型:ton和T都可调,使占空比改变。
2.2 整流电路
本设计采用桥式电路整流:由四个二极管组成一个全桥整流电路. 对整流出来的电压进行傅里叶变换得,由整流电路出来的电压含有较大的纹波,电压质量不太好,故需要进行滤波。本电路采用RC滤波器,因为电容滤波的直流输出电压Uo与变压器副边电压U2的比值比较大,而且适用在小电流、整流管的冲击电流比较大的电路中。因此本电路选用电容滤波.因为本电路要求有稳定的输出因此还需用到稳压二极管进行稳压。
整流电路的原理图如图3所示:
图3 整流电路图
输入端接220V、50Hz的市电,进过变压器T1(原线圈/副线圈为4/1)后输出55V、50Hz。当同名端为正时D2、D5导通,D3、D4截止,电压上正下负。当同名端为负时D2、D5截止,D3、D4导通,电压同样是上正下负,从而实现整流。电感具有电流不能突变,通直流阻交流特性,因此串联一个电感可以提高直流电压品质。而电容具有电压不能突变,通交流阻直流特性,因此并联一个大电容可以滤除杂波,减小纹波。结合两种元器件的特性,组成上图整流电路,可以得到比较理想的直流电压(幅值为50V左右)。
2.3 斩波信号产生电路
此电路主要用来驱动IGBT斩波。同其他的电力电子器件一样,由分立元件组成的IGBT驱动电路也存在着可靠性问题。为此,目前已经研制出多种专用的IGBT集成驱动电路。这些集成块速度快,为了提高安全性,内部设有保护电路。它还具有高抗干扰能力,可实现IGBT的最优驱动。下面将分立元件组成的驱动电路和集成驱动电路做一下简单的比较,以此来说明集成驱动电路的优越性。
2.3.1由分立元件组成的驱动电路
如图4为由脉冲变压器组成的栅极驱动电路。其工作原理为:正向驱动信号使VT1导通,电源电压作用于脉冲变压器一次侧,二次电压经二极管VD2、VD3和门集电阻Rg后作用于IGBT,使IGBT导通。晶体管VT2由于基极反向偏置而截至。
图4 由分立元件
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