升降壓斬波電路及仿真(編輯修改稿)
2025-06-12 02:20 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 能優(yōu)良的開關(guān)電源控制器,輸出級(jí)是由ＩＧＢＴ構(gòu)成的功率控制器，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)它勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，達(dá)到速度控制的目的。由于電路有開關(guān)頻率高的特點(diǎn)，所以直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)與VM系統(tǒng)相比，在許多方面具有較大的優(yōu)越性，例如主電路線路簡單，需用的功率元件少，低速性能好，穩(wěn)速精度高，因而調(diào)速范圍寬，開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗和發(fā)熱都較少，調(diào)速裝置效率和電網(wǎng)功率因素高，系統(tǒng)的頻帶寬、快速性能好、動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)等等二．直流斬波電路工作原理及輸出輸入關(guān)系 升壓斬波電路（Boost Chopper）升壓斬波電路假設(shè)L和C值很大。處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，電流恒定，電容C向負(fù)載R供電，輸出電壓恒定。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。設(shè)V通態(tài)的時(shí)間為，此階段L上積蓄的能量為設(shè)V斷態(tài)的時(shí)間為，則此期間電感L釋放能量為穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中L積蓄能量與釋放能量相等：=化簡得 ——升壓比；升壓比的倒數(shù)記作β ，即β和α的關(guān)系：a+β=1所以輸出電壓為 升降壓斬波電路 (buck boost Chopper)升降壓斬波電路V通時(shí)，電源E經(jīng)V向L供電使其貯能，此時(shí)電流為，同時(shí)，C維持輸出電壓恒定并向負(fù)載R供電，這時(shí)。V斷時(shí)，L的能量向負(fù)載釋放，電流為。負(fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反，這時(shí)。穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T內(nèi)電感L兩端電壓對(duì)時(shí)間的積分為零，即所以輸出電壓為：（為 V處于通態(tài)的時(shí)間，為V處于斷態(tài)的時(shí)間） 三． D c／D C變換器的設(shè)計(jì) 變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖l所示是設(shè)計(jì)新穎的DC／DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該DC／DC變換器為前后級(jí)串聯(lián)結(jié)構(gòu)，前級(jí)是由TTDD 、I 、C、RR 構(gòu)成降壓變換電路，后級(jí)是由T 、D 、I 、C構(gòu)成升壓變換電路，其中Dz、I 、C均出現(xiàn)在前、后級(jí)變換電路中。從圖1中可以看出，采用PWM 方式控制兩個(gè)主開關(guān)管T。、Tz存在一定的困難，因?yàn)樗鼈兊目刂贫瞬还驳?。為了?shí)現(xiàn)兩路控制信號(hào)共地，也只能選用功率晶體管。為此，在圖1所示的主變換電路中增加了輔助開關(guān)管T1，且T。由NPN型改為PNP型，顯然T。、T 是共地的，T 、T3是同步開關(guān)的，這就實(shí)現(xiàn)了兩路控制信號(hào)的共地。這樣，原本通過控制T。、T。來控制電路的工作狀態(tài)，現(xiàn)在是通過T 、T 來控制，T。稱為降壓斬波輔助開關(guān)，T。稱為升壓斬波主開關(guān)、T。稱為降壓斬波主開關(guān)。工作模式的分析假設(shè)所用電力電子器件理想、電感和電容均為無損耗的理想儲(chǔ)能元件以及不計(jì)線路阻抗，且變換器始終處于電流連續(xù)的狀態(tài)。該DC／DC變換器有兩種典型的工作模式——降壓工作模式和升壓工作模式，下面分別來分析這兩種工作模式。1．2．1 降壓工作模式當(dāng)T 截止，T 以PWM 方式工作，變換器處于降壓工作模式。此時(shí)，變換器與Buck變換器相比僅僅是多了一個(gè)二極管Dz，而這一個(gè)二極管的加入對(duì)Buck變換器的工作無任何影響。因此，處于降壓工作模式的變換器等效于Buck變換器，相應(yīng)的電壓變換關(guān)系為： （1）式中：Ui——輸入電壓；Uo——輸出電壓； T的占空比。升壓工作模式當(dāng)T 全導(dǎo)通，T 以PWM 方式工作，變換器處于升壓工作模式。此時(shí)，變換器與Boost變換器相. 比多了一個(gè)全導(dǎo)通的開關(guān)管T。和一個(gè)二極管D ，而這兩個(gè)器件的加入對(duì)Boost變換器的工作無任何影響。因此，處于升壓工作模式的變換器等效于Boost變換器，相應(yīng)的電壓變換關(guān)系為： （2）式中：Ui——輸入電壓；Uo—— 輸出電壓； T2的占空比。由此可見，該D C／D C變換器是將Buck和Boost兩個(gè)變換器串聯(lián)起來，通過對(duì)兩個(gè)開關(guān)管T 、T。的配合控制獲得降壓工作模式和升壓工作模式，從而實(shí)現(xiàn)升降壓功能和正極性輸出。在理想情況下，變換器的電壓變換關(guān)系為： 當(dāng)處于降壓工作模式 當(dāng)處于升壓工作模式儲(chǔ)能電感參數(shù)的設(shè)計(jì)由圖1的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可知，該DC／DC變換器只有一個(gè)儲(chǔ)能元件—— 儲(chǔ)能電感L，所以L必須能適應(yīng)降壓和升壓兩種不同的工作模式，以使變換器無論處于哪一種工作模式，L都能存儲(chǔ)足夠的能量，從而在以PWM 方式工作的斬波開關(guān)截止時(shí)能提供給負(fù)載連續(xù)的電流。因此，L是該DC／DC變換器的關(guān)鍵元件，其參數(shù)的選取直接影響到變換器能否正常工作?？紤]最典型的情況，假設(shè)輸入電壓的變化范圍為且當(dāng)=時(shí)，變換器處于降壓工作模式；當(dāng)=時(shí)，變換器處于升壓工作模式。所以，根據(jù)公式（1），Uo，可以得到T1 的最小占空比；根據(jù)公式(2)、 和Uo ，可以得到T。的最大占空比 。由于，分別代表了L在兩種工作模式下的極端工作狀態(tài)，因此可以通過分別計(jì)算這兩個(gè)工作狀態(tài)下的電感量，并取其中的大者作為L的設(shè)計(jì)參數(shù)，則L就能同時(shí)滿足兩種工作模式的要求。具體設(shè)計(jì)步驟如下：(1)當(dāng)處于極端降壓工作狀態(tài)：(— ，=O) 時(shí)，電感量l 的計(jì)算公式： D C／D C 變換器控制系統(tǒng)的原理和實(shí)現(xiàn)控制原理圖2所示是該DC／DC變換器控制系統(tǒng)的控制原理框圖4，其應(yīng)用背景是衛(wèi)星儲(chǔ)能／姿控兩用飛輪能量回饋系統(tǒng)。控制系統(tǒng)采用電壓、電流雙閉環(huán)串級(jí)控制結(jié)構(gòu)，外環(huán)是電壓環(huán)，內(nèi)環(huán)是電流環(huán)。控制原理是電壓給定U 與電壓反饋U進(jìn)行比較，得到
公司管理相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1