直流斬波電路的設(shè)計(jì)與仿真畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)
2025-01-06 16:36 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 輸出邏輯控制電路和輸出三極管等環(huán)節(jié) ， 是一個(gè)典型的性能優(yōu)良的開(kāi)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(kāi)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(jiǎn)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(kāi)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 電力電子課程設(shè)計(jì) 11 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 1i ，電容 C 向負(fù)載 R 供電，輸出電壓 0u 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 ont ，此階段 L 上 積蓄的能量為 ontEi1 設(shè) V 斷態(tài)的時(shí)間為 oft ，則此期間電感 L 釋放能量為 offtiEu 10 )( ? 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： ontEi1 = offtiEu 10 )( ? 化簡(jiǎn)得 EtTEt ttu of fof f of fon ???0 offtT ——升壓比；升壓比的倒數(shù)記作 β ，即offtT?? β 和 α 的關(guān)系： a+β =1 所以輸出電壓為 EEu ?? ??? 1 110 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 1i ，同時(shí)， C 維持輸出電壓恒定并向負(fù)載 R 供電，這時(shí) EuL? 。 電力電子課程設(shè)計(jì) 12 V 斷時(shí)， L 的能 量向負(fù)載釋放，電流為 2i 。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) 0uuL ?? 。 穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期 T 內(nèi)電感 L 兩端電壓 Lu 對(duì)時(shí)間的積分為零，即 ? ?? ?????T of fonTt of fLt onLL tuEtdtudtudtu onon0 0)(0 )( 0 所以輸出電壓為： EEtT tEttu oNonof fon ??????? 10 （ ont 為 V 處于通態(tài)的時(shí)間， oft 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 T T D D 、 I 、 C、 R R 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。電力電子課程設(shè)計(jì) 13 從圖 1中可以看出，采用 PWM 方式控制兩個(gè)主開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(guò)控制 T。、 T。來(lái)控制電路的工作狀態(tài)，現(xiàn)在是通過(guò) T 、 T 來(lái)控制， T。稱(chēng)為降壓斬波輔助開(kāi)關(guān)， T。稱(chēng)為升壓斬波主開(kāi)關(guān)、 T。稱(chēng)為降壓斬波主開(kāi)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(wú)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(lái)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(wú)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： ??iUU0 （ 1） 式中： Ui —— 輸入電壓； Uo—— 輸出電壓； T的占空比。 電力電子課程設(shè)計(jì) 14 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(kāi)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(wú)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： ???1 10iUU （ 2） 式中： Ui—— 輸入電壓； Uo—— 輸出電壓； ? T2 的占空比。由此可見(jiàn)，該 D C／ D C變換器是將 Buck和 Boost兩個(gè)變換器串聯(lián)起來(lái)，通過(guò)對(duì)兩個(gè)開(kāi)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： ??iUU0 當(dāng)處于降壓工作模式 ???1 10iUU 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(wú)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(kāi)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。考慮最典型的情況，假設(shè)輸入電壓的變化范圍為 ,~ maxmin UU 且當(dāng)iU = maxU 時(shí)，變換器處于降壓工作模式；當(dāng) iU = minU 時(shí)， ，變換器處于升壓工作模式。電力電子課程設(shè)計(jì) 15 所以，根據(jù)公式（ 1）maxU， Uo，可以得到 T1 的最小占空比 min? ；根據(jù)公式 (2)、minU 和 Uo ，可以得到 T。的最大占空比max? 。由于 min? ，max?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
公司管理相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1