电力电子课程设计直流斩波电路

电力电子技术》课程设计说明书。

直流斩波电路。

院、部：电气与信息工程学院

学生姓名：何峰

学号： 09401040238

指导教师：桂友超

专业：自动化

班级：自本0902

完成时间： 2023年5月1日

设计任务书。

一设计课题：直流斩波电路设计。

二设计目的任务。

学生通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在《电力电子技术》中所学的理论知识和实验技能，掌握应用直流斩波电路的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电力电子电路设计、研发电力电子产品打下良好的基础。

三设计要求。

1 可取直流输入电压=50v, =350v

2 电力电子课程设计说明书一份。

3设计时间一周。

4 一人一组一课题。

四参考资料。

[1] 王兆安．黄俊．电力电子技术，第4版，机械工业出版社，2000

2] 张乃国．电源技术．北京：中国电力出版社，1998

3] 何希才．新型开关电源设计与应用．北京：科学出版社，2001

目录。1 直流斩波电路设计方案和方案实施 1

1.1 设计方案选择 1

1.2 升压斩波电路的设计原理 1

2 单元电路设计 2

2.1 直流供电电路 2

2.2 升压斩波主电路 2

2.3 控制和驱动电路 3

2.3.1 芯片sg3525简介 3

2.3.2 控制和驱动电路原理图 4

2.4 保护电路 5

2.5 参数计算 5

3 实验**分析 7

3.1 **电路 7

3.2 **结果与误差分析 7

结束语 9致谢 10

参考文献 11

原件清单 12

1 直流斩波电路设计方案和方案实施。

1.1 设计方案选择。

斩波电路有三种控制方式。

1）脉冲宽度调制（pwm）：开关周期t不变，改变开关导通时间ton。

2）频率调制：开关导通时间ton不变，改变开关周期t。

3）混合型：开关导通时间ton和开关周期t都可调，改变占空比。

本次设计采用的是脉宽调制的方法，开关选用全控型器件igbt，它集中了电力mosfet和gtr得优点。

1.2 升压斩波电路的设计原理。

原理图如图2所示：v断时，e和l共同向c充电并向负载r供电。设v断的时间为，则此期间电感l释放能量为：

当电路工作于稳态时，一个周期t中电感l的能量与释放的能量相等，即：

化简得：

式中，，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。式中，表示升压比，调节其大小，即可改变输出电压的大小，将升压比的倒数记作，即。则和占空比有如下关系：

因此，（1-3）式可以表示为：

2 单元电路设计。

2.1 直流供电电路。

生活中现有的都为交流电，所以斩波电路的输入电压需由交流电经整流得到。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。

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rl低通滤波器（通过串联一个电感，滤除电流的高次谐波，并联一个电容滤除电压的高次谐波），以减小纹波。protel原理图如下图1所示：

图 1 直流供电电路。

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）。

2.2 升压斩波主电路。

本设计为直流升压斩波（boost chopper）电路，该电路是本系统的核心。应为输出电压比较大，故斩波器件选用能够承受大电压和导通内阻小，开关频率高，开关时间小的大功率igbt管。主电路图如下图2所示：

图 2 主电路原理图。

左边接经整流之后的50v电压。右边为斩波电压输出，v-g为sg3525输出的pwm斩波信号。g1为igbt，d5为电力二极管，l2为电感，c1为电容，r1为负载。

2.3 控制和驱动电路。

2.3.1 芯片sg3525简介。

pwm控制芯片sg3525 具体的内部引脚结构如图3所示。其中，脚16 为sg3525 的基准电压源输出，精度可以达到（5.1±1％）v，采用了温度补偿，而且设有过流保护电路。

脚5、脚6、脚7 内有一个双门限比较器，内设电容充放电电路，加上外接的电阻电容电路共同构成sg3525 的振荡器。振荡器还设有外同步输入端(脚3)。脚1 及脚2 分别为芯片内部误差放大器的反相输入端、同相输入端。

该放大器是一个两级差分放大器，直流开环增益为70db 左右。根据系统的动态、静态特性要求，在误差放大器的输出脚9 和脚1 之间一般要添加适当的反馈补偿网络。

图 3 sg3525引脚图。

2.3.2 控制和驱动电路原理图。

此电路主要用来驱动igbt斩波。产生pwm信号有很多方法，但归根到底不外乎直接产生pwm的专用芯片、单片机、plc、可编程逻辑控制器等本电路采用直接产生pwm的专用芯片sg3525.该芯片的外围电路只需简单的连接几个电阻电容，就能产生特定频率的pwm波，通过改变in+输入电阻就能改变输出pwm波的占空比，故在in+端接个可调电阻就能实现pwm控制。

为了提高安全性，该芯片内部还设有保护电路。它还具有高抗干扰能力，是一款性价比相当不错的工业级芯片。

为了减少不同电源之间的相互干扰，sg3525输出的pwm经过光电耦合之后才送至驱动电路。其电路图如下图4所示：

图 4 驱动和控制电路。

工作原理：通过r2、r3、c3结合sg3525产生锯齿波输入到sg3525的振荡器。其产生的pwm信号由outa、outb输出，调节r7可以改变占空比。

输出的pwm信号通过二极管d6、d7送至光电耦合器u2，光耦后通过驱动电路对信号进行放大。放大后的电压可以直接驱动igbt。此电路具有信号稳定，安全可靠等优点。

因此他适用于中小容量的pwm斩波电路。

2.4 保护电路。

升压斩波电路需同时具有过压和过流保护功能，分别如图5,6所示，均采用反馈控制，将过流过压信号反馈到芯片sg3525的输入，从而起到调节保护作用。同时芯片sg3525也可完成一定的保护功能，例如，脚8软起动功能，避免了开关电源在开机瞬间的电流冲击，可能造成的末级功率开关管的损坏。

图 5 过电压保护电路。

图 6 过电流保护电路。

2.5 参数计算。

由设计要求可取直流输入电压=50v, =350v, 则：

1) 占空比α=1-50/350=0.85.

2) 交流侧二次电压有效值=/1.2=41.7v;

取交流一次电压有效值=220v

变压器变比k=/=220/41.7=5.3。

3) 输出功率为130w,所以负载电阻r==942.30ω，取900ω；

负载电流=/ 0.39,电源电流=(α2.20 a。

二极管承受反向最大电压 =1.414=1.414×41.7＝59v

4) 考虑3倍裕量，则=3×59v=177v; 平均电流=0.5×i2=0.19, 选取 1n4003，其参数为最大反向峰值电压为200v，平均电流为1a.

5) 滤波电容选择一般根据放电的时间常数计算，负载越大，要求纹波系数越小，一般不做严格计算，多取2000 μf以上。因该系统负载不大，故取=2200 μf，耐1.5=1.

5×78.6=117.9v取120v即选用2200uf、120v电容器。

6) 电感值一般选择极大值，以保证电流连续且脉动很小，所以取= 0.3mh，50m h。

7) igbt的选择。

因为=41.7v，取3倍裕量，选耐压为150v以上的igbt。由于igbt是以最大标注且稳定电流与峰值电流间大致为4倍关系，故应选用大于4倍额定负载电流的igbt为宜，因此选用7a,额定电压600v左右的igbt，选gt8q101，其参数为最高耐压为1200v,最大电流为8a.

3 实验**分析。

3.1 **电路。

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