直流升压斩波电源的设计.doc

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直流升压斩波电源的设计

第1章 绪论 1. 电力电子技术的电力电子是横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域的一个新兴工程技术学科。直流(DC)和交流(AC)两大类。变四种类型:交流直流(AC-DC)变换:将交流电转换为直流电。直流交流(DC-AC)变换:将直流电转换为交流电。交交(AC-AC)变换,将交流电能的参数(幅值或频率)加以变换。直流直流(DC-DC)变换,将恒定直流变成断续脉冲输出,以改变其平均值。2. 电力电子技术的发展1957年第一只晶闸管—也称可控硅(SCR)问世后,因此,自20世纪60年代开始进入了晶闸管时代。70年代以后,出现了通和断或开和关都能控制的全控型电力电子器件(亦称自关断型器件),如:门极可关断晶闸管(GTO)、双极型功率晶体管(BJT/ GTR)、功率场效应晶体管(P-MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等。控制电路经历了由分立元件到集成电路的发展阶段。现在已有专为各种控制功能设计的专用集成电路,使变换器的控制电路大为简化3. 电力电子技术的(1) 优化电能使用。通过电力电子技术对电能的处理,使电能的使用达到合理、高效和节约,实现了电能使用最佳化。(2) 改造传统产业和发展机电一体化等新兴产业。特别是,电子技术是弱电控制强电的媒体,是机电设备与计算机之间的重要接口,它为传统产业和新兴产业采用微电子技术创造了条件,成为发挥计算机作用的保证和基础。(3) 电力电子技术高频化和变频技术的发展,将使机电设备突破工频传统,向高频化方向发展。 (4) 电力电子智能化的进展,在一定程度上将信息处理与功率处理合一,使微电子技术与电力电子技术一体化,其发展有可能引起电子技术的重大改革。2.2.1 升压斩波主电路的基本原理 1.电路的基本工作原理, 当V1导通时,能量从输入电源流入,并储存于电感L1中,由于V1导?通期间正向饱和管压降很小,故这时二级管VD反偏,负载由滤波电容C供给能量,将C中储存的电能释放给负载。当V截止时,电感L中电流不能突变,它所产生的感应电势阻止电流减小,感应电势的极性为下正上负,二极管VD导通,电感 中储存的 能量经二极管VD,流入电容C,并给负载。在V导通的他ton期间,能量储存在电感L中,在V截止的toff期间,电感L释放能量,补充在ton期间电容C上损失的能量。V截止时电感L上电压跳变的幅值是是与占空比有关的,ton越大,L中峰值电流大,储存的磁能越大。所以如果要在ton期间储存的能量要在toff期间释放出来,那末,L上的电压脉冲必定是比较高的。假定开关管没有损耗,升压斩波电路在输入电压Vi、输入电流Ii下,能在较低的输出电流Io下,输出较高的电压Vo。 2.输入输出电压关系 稳压电源达到稳态后,输出电压稳在所需的恒定值V。只要适当选择电容C1,输出纹波可做得足够小,当要求纹波为△V时,由于在管子导通期间全部负载都由C1供电,因此选择C1取决于下式: C1=I0ton/△V0 当V1导通时,忽略管子的导通降压,电感L1上的电压为输入电压Vi,并且电流按△I/△t=Vi/ L1速率线性上升,在ton期间V1导通时,L1中的电流增量为△I(+)=(Vi/L1)ton。当V1截止时,假定L1右端的电感反冲电压等于输出电压V0,则L1上的电压为V0-Vi,L1中的电流以△I/△t=(V0-Vi)/L1的速率线性下降,由于V1在toff期间关断,L1中的电流减量为△I(-)=(V0-Vi)toff/L1,而在稳态,ton L1期间中电流的增量应等于toff期间电流的减量,△I(+)=△I(-),故有 Viton/L1=(V0-Vi)toff/L1 V0=Vi(ton+toff)/toff =ViT/toff =ViT/T-ton=Vi/1-D 其中 D =ton/T 2.3系统电路总设计框图 输入电源是24V直流稳压电,24V经过降压到15V给PWM控制模块供电, PWM控制模块产生可调脉冲送给升压斩波电路(PWM模块通过控制电路中开关器件的通断状态,来调节输出电压的大小并达到稳压的目的),通过调节可变电阻RP来改变脉冲占空比从而使升压斩波电路升压并输出可调的脉冲电压Uo。把输出电压Uo通过降压,滤波后得到的信号Uco反馈给PWM控制模块以稳定脉冲调制器的输出占空比,从而达到稳定输出电压的目的.因此整个系统构成一个可调的直流升压斩波电源。系统电路总设计框图如下图所示。 控制系统的器件选择与介绍 设计要求:输入Vi=24V直流稳压电 , 输出电压Vo=320V,电流Io=10A.,开关频率f在30KHz以上 升压斩波电路的设计主要是确定关键元件:输出滤波电容、电感L、开关晶体管V以及二极

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