buck變換器的研究與設(shè)計(jì)解決方案畢業(yè)論文-文庫(kù)吧
2025-04-28 07:01 本頁(yè)面
【正文】 輸入電壓UI，確定電源變壓器副邊電壓u2的有效值U2；根據(jù)穩(wěn)壓電源的最大輸出電流Iomax，確定流過(guò)電源變壓器副邊的電流I2和電源變壓器副邊的功率P2；根據(jù)P2，從表1 查出變壓器的效率η，從而確定電源變壓器原邊的功率P1。然后根據(jù)所確定的參數(shù)，選擇電源變壓器。2） 確定整流二極管的正向平均電流ID、整流二極管的最大反向電壓和濾波電容的電容值和耐壓值。根據(jù)所確定的參數(shù)，選擇整流二極管和濾波電容。依據(jù)上述設(shè)計(jì)步驟，對(duì)本次課設(shè)的直流電源進(jìn)行設(shè)計(jì)，輸出電壓為20—30V。集成穩(wěn)壓器選用CW317，其輸出電壓范圍為：Uo =。由于CW317 的輸入電壓與輸出電壓差的最小值，輸入電壓與輸出電壓差的最大值。故CW317的輸入電壓范圍為：即： 變壓器副邊電流：，因此，變壓器副邊輸出功率：由于變壓器的效率 = ，所以變壓器原邊輸入功率 ，為了留有余地，選用功率為50W的變壓器。接著選用整流二極管和濾波電容，由于：。IN4001 的反向擊穿電壓，額定工作電流，故整流二極管選用IN4001。由于電路對(duì)紋波由要求，輸出紋波電壓：≤100mv，選定穩(wěn)壓系數(shù)，根據(jù)以及公式 ，可以求得：所以，濾波電容： 電容的耐壓要大于=，故濾波電容C取容量為470uF，耐壓為50V的電解電容。 穩(wěn)壓電源的安裝與調(diào)試通過(guò)上述穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，得到了所需直流穩(wěn)壓電源電路圖如下所示：圖4 直流穩(wěn)壓電源電路圖在圖中取C1=，C2=10uF，C0=1uF，二極管用IN4001，在電路圖中，R1和Rw組成輸出電壓調(diào)節(jié)電路，輸出電路，取120—240，流過(guò)的電流為5—10mA。取為240，則由可以求得，=，故取為10k的精密線(xiàn)繞電位器即可實(shí)現(xiàn)電壓輸出為2030V的直流電。通過(guò)示波器測(cè)試輸出電壓波形，發(fā)現(xiàn)輸出紋波電壓100mv，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。3降壓斬波主電路設(shè)計(jì) BUCK電路工作原理圖5 BUCK電路圖降壓斬波電路（Buck Chopper）的原理圖如上所示。該電路使用一個(gè)全控器件V，圖中為IGBT，也可使用其他器件，若采用晶閘管，需要設(shè)置使晶閘管關(guān)斷的輔助電路。在圖5中，為在V關(guān)斷時(shí)給負(fù)載中的電感電流提供通道，設(shè)置了續(xù)流二極管VD。斬波電路的典型用途之一是拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，也可帶蓄電池負(fù)載，兩種情況下負(fù)載中均會(huì)出現(xiàn)反電動(dòng)勢(shì)，如圖中Em所示。若負(fù)載中無(wú)反電動(dòng)勢(shì)時(shí)，只需令Em=0。電路的工作波形如下所示：圖6 電流連續(xù)時(shí)波形圖由圖6中的V的柵射電壓波形可知，在t=0時(shí)刻驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓=E，負(fù)載電流按指數(shù)曲線(xiàn)上升。當(dāng)t=時(shí)刻，控制V關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線(xiàn)下降。為了使負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小，通常串接L值很大的電感。至一個(gè)周期T結(jié)束，再驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過(guò)程。當(dāng)電路工作與穩(wěn)態(tài)時(shí)，負(fù)載電流在一個(gè)周期的初值和終值相等。負(fù)載電壓的平均值為 ；式中，為V處于通態(tài)的時(shí)間；為V處于斷態(tài)的時(shí)間；T為開(kāi)關(guān)周期；為導(dǎo)通占空比。由此式知，輸出到負(fù)載的電壓平均值最大為E，若減小占空比，則隨之減小。因此將該電路稱(chēng)為降壓斬波電路。負(fù)載電流的平均值為 ，若負(fù)載中的L值較小，則在V關(guān)斷后，到了時(shí)刻，如圖7所示，負(fù)載電流已衰減至零，會(huì)出現(xiàn)負(fù)載電流斷續(xù)的情況。由波形可見(jiàn)，負(fù)載電壓平均值會(huì)被抬高，一般不希望出現(xiàn)電流斷續(xù)的情況。根據(jù)對(duì)輸出電壓平均值進(jìn)行調(diào)制的方式不同，斬波電路可有三種控制方式：1） 保持開(kāi)關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，稱(chēng)為脈沖寬度調(diào)制（PWM方式）。2） 保持開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不變，改變開(kāi)關(guān)周期T，稱(chēng)為頻率調(diào)制。3） 和T都可調(diào)，使占空比改變，稱(chēng)為混合型。本次設(shè)計(jì)電路采用PWM方式控制IGBT的通斷。圖7 電流斷續(xù)時(shí)波形以上的電壓電流關(guān)系還可以從能量傳遞關(guān)系簡(jiǎn)單地推得。由于L為無(wú)窮大，故負(fù)載電流維持為不變。電源只在V處于通態(tài)時(shí)提供能量，為。從負(fù)載看，在整個(gè)周期T中負(fù)載一直在消耗能量，消耗的能量為。一個(gè)周期中，忽略電路中的損耗，則電源提供的能量與負(fù)載消耗的能量相等，即：則：與上述結(jié)論一致。在上述情況中，均假設(shè)L值為無(wú)窮大，且負(fù)載電流平直。在這種情況下，假設(shè)電源電流平均值為，則有：其值小于等于負(fù)載電流，由上式得 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。 主電路參數(shù)討論主電路中需要確定參數(shù)的元器件有IGBT、二極管、直流電源、電感、電阻值的確定，其參數(shù)確定過(guò)程如下。1）對(duì)于電源，因?yàn)轭}目要求輸入電壓為2030V，且連續(xù)可調(diào)。其直流穩(wěn)壓電源模塊的設(shè)計(jì)已在前面完成。所以該直流穩(wěn)壓電源作為系統(tǒng)電源。2）對(duì)于電阻，因?yàn)楫?dāng)輸出電壓為15V時(shí)。所以由歐姆定律可得負(fù)載電阻值為 ，可得到電路電阻應(yīng)該在。3)對(duì)于IGBT的選擇，由圖6易知當(dāng)IGBT截止時(shí)，回路通過(guò)二極管續(xù)流，此時(shí)IGBT兩端承受最大正壓為30V；而當(dāng)=1時(shí)，IGBT有最大電流，其值為1A。故需選擇集電極最大連續(xù)電流Ic1A，反向擊穿電壓Bvceo30V的IGBT。而一般的IGBT基本上都可以滿(mǎn)足這個(gè)要求。4)對(duì)于二極管的選擇，當(dāng)=1時(shí)，其承受最大反壓30V；而當(dāng)趨近于1時(shí)，其承受最大電流趨近于1A，故
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