1、湖南工程學院課程設計任務書課程名稱電力電子技術題 目升壓斬波電源設計專業班級電氣工及其自動化學生姓名王振林 學號 2指導老師顏漸德審 批謝衛才任務書下達日期2010年5月17日設計完成日期2010年5月 28日設計內容與設計要求輸入直流電源：24V 10%直流輸出電壓：320V電壓在電流額定值之內保持不變直流輸出電流額定值10A一設計內容選擇一個單片機構成一個系統斬波電路的選擇電流、電壓額定的選擇電力二極管，電抗器電感值的計算保護電路的設計觸發電路的設計畫出完整的主電路原理圖和控制電路原理圖寫出控制流程列出主電路所用元器件的明細表二設計要求1. 給出整體設計框圖，畫出系統的完整的原理圖（用99

2、軟件繪制）;2. 說明所選器件的型號，參數。給出具體電路畫出電路原理圖；說明書格式1. 課程設計封面；2. 任務書；3. 說明書目錄；4. 設計總體思路，基本原理和框圖；5. 相關計算及器件選型；6. 電路設計；7. 總結與體會；8. 附錄；9. 參考文獻；10. 課程設計的原理圖。進度安排十二周星期一：下達設計任務書，介紹課題內容與要求；十二周星期一一一十二周星期五：查找資料，確定設計方案，畫出草圖。十三周星期一上午一一星期二下午：電路設計，打印出圖紙。星期三：書寫設計報告；星期四：書寫設計報告；星期五：答辯。參考文獻電力電子技術 王兆安機械工業出版社2 康華光，陳大欽.電子技術基礎（第四版

3、）.北京:高等教育 出版社,19983張義和 電路設計快速入門.北京:中國鐵道出版社，20034張乃國電源技術北京：中國電力出版社，19985何希才新型開關電源設計與應用北京：科學出版社，2001摘要本設計是基于 3525 芯片為核心控制的升壓斬波電路（ ）. 設計由仿真和兩大部分構成。主要是理論分析，借助其強大的數學計算和 仿真功能可也很直觀的看到控制輸出電壓的曲線圖。通過設置參數分 析輸出與電路參數和控制量的關系。第二部分是電路板，它可以通過 設計完成，其中原理圖設計系統以其分層次的設計環境，強大的元件 及元件庫的組織功能，方便易用的連線工具，強大的編輯功能設計檢 驗，與印制電路板設計系統

4、的緊密連接，自定義原理圖模板高質量的 輸出等等優點，和豐富的設計法則，易用的編輯環境，輕松的交互性 手動布線，簡便的封裝形式的編輯及組織，高智能的基于形狀的自定 布線功能，萬無一失的設計檢驗等印制電路板設計系統的優點，使其 在我們學生選用電路板設計軟件中占了絕大部分比重。本設計也采用 設計原理圖，和進行板布線。它是本設計從理論到實際制作的必進途 徑，通過設定相應的規則，足以滿足設計所要求的規定。引言直流斬波電路作為將直流電變成另一種固定電壓或可調電壓的 變 換器 , 在直流傳動系統、充電蓄電電路、開關電源、電力電子變換裝置及 各種用電設備中得到普通的應用 . 隨之出現了諸如降壓斬波電路、升壓斬

5、 波電路、升降壓斬波電路、復合斬波電路等多種方式的變換電路 . 直流 斬波技術已被廣泛用于開關電源及直流電動機驅動中， 使其控制獲得加速 平穩、快速響應、節約電能的效果。全控型電力電子器件在牽引電傳動電 能傳輸與變換、有源濾波等領域得到了廣泛的應用。但以 為功率器件的 直流斬波電路在實際應用中需要注意以下問題 :（1）系統損耗的問；（2）柵極電阻；（3）驅動電路實現過流過壓保護的問題。1. 逆變電源工作原理1.1 變換采用單相輸出， 全橋逆變形式， 為減小逆變電源的體積， 降低成本，輸出使用工頻濾波。由 4 個 740 構成橋式逆變電路， 740 最 高耐壓400V,電流10A,功耗125W利

6、用半橋驅動器 2110提供驅動信 號，其輸入波形由 3524提供，同理可調節該 3524的輸出驅動波形的 D<50 ,保證逆變的驅動方波有共同的死區時間。2110是公司生產的大功率和專用驅動集成電路，可以實現對和的最優驅動，兼有光耦隔離和電磁隔離的優點，同時還具有快速完整的保 護功能，可以提高控制系統的可靠性，減少電路的復雜程度。是中小功 率變換裝置中驅動器件的首選。COM圖6 IR2110部框圖VBHOVSVCCLO（引腳2）:公共端（引腳4）:空端引腳6）:高端浮置電源電壓（引腳8）:空端（引腳10）:邏輯高端輸入（引腳12）:邏輯低端輸入（引腳1）:低端輸岀（引腳3）:低端固定電源

7、電壓（引腳5）:高端浮置電源偏移電壓（引腳7）:高端輸岀（引腳9）:邏輯電源電壓（引腳11）:關斷（引腳13）:邏輯電路地電位端，其值可以為OV2110 的內部結構和工作原理框圖如圖 6 所示。圖中和為逆變橋中同一橋臂上下兩個功率的驅動脈沖信號輸入端。為保護信號輸入端， 當該腳接高電平時， 2110 的輸出信號全被封鎖，其對應的輸出端恒為 低電平；而當該腳接低電平時， 2110 的輸出信號跟隨和而變化，在實 際電路里，該端接用戶的保護電路的輸出。和是兩路驅動信號輸出端， 驅動同一橋臂的。2110 的自舉電容選擇不好，容易造成芯片損壞或不能正常工作。 和之間的電容為自舉電容。自舉電容電壓達到 8

8、.3V 以上，才能夠正常 工作，要么采用小容量電容，以提高充電電壓，要么直接在和之間提供 1020V的隔離電源，本電路采用了 1 F的自舉電容。為了減少輸出諧波， 逆變器部分一般都采用雙極性調制， 即逆變橋 的對管是高頻互補通和關斷的。1.2 逆變橋逆變： 逆變橋部分，采用作為功率開關管。由于寄生電容和線路寄生電感的存 在，同一橋臂的開關管在開關 工作 時相互會產生干擾，這種干擾主要體現 在開關管門極上。如圖 3實際電路中， 2110的輸出推挽電路 ,這個電壓尖 刺幅值隨母線電壓、和負載電流的增大而增大，可能 達到 足以導致 T2 瞬 間誤導通的幅值，這時橋臂就會形成直通，造成電路燒毀。同樣地

9、，當 T2開通時，Tl的門極也會有電壓尖刺產生。帶有門極關斷箝位電路的 驅動電路通過減小和改善電路布線可以使這個電壓尖刺有所降低， 但均不 能達到可靠防止橋臂直通的要求。 本文將提出一種門極關斷箝位電路， 通 過在開關管驅動電路中附加這種電路， 可以有效地降低上述門極尖刺。 門 極關斷箝位電路由管 1 和 21 門極下拉電阻 1 和 2 門極上拉電阻 2 組成。 實際上該電路是由構成的兩級反相器。當 1 門極為高電平時， 1 導通， 2 因門極為低電平而關斷， 不影響功率開關管的正常導通； 當 1 門極為低電 平時， 1 關斷， 2 因門極為高電平而飽和導通，從而在功率開關管的門極 形成了一個

10、極低阻抗的通路，將功率開關管的門極電壓箝位在OV,基本上消除了上文中提到的電壓尖刺。 在使用這個電路時，要注意使2D S與 功率開關管間的連線盡量短， 以最大限度地降低功率開關管門極寄生電感 和電阻。在電路板的排布上，2要盡量靠近功率開關管，而11和2卻不必太靠近2,這樣既可以發揮該電路的作用，也不至于給電路板的排布帶 來很大困難。可以看到在門極有一個電壓尖刺，這個尖刺與門極脈沖的時 間間隔剛好等于死區時間，由此可以證明它是在同一橋臂另一開關管開通 時產生的。此時電壓尖刺基本消除。通過實驗驗證，該電路確實可以抑制 和消除干擾，有一定的使用價值，可以提高電路的可靠性2.單相交流調壓工作原理2.1

11、 主電路工作原理假設L值、C值很大，V通時，E向L充電，充電電流恒為11 ,同時 C的電壓向負載供電，因C值很大，輸出電壓為恒值，記為。設V通的時間為，此階段L上積蓄的能量為1V斷時，E和L共同向C充電并向負載R供電。設V斷的時間為，則 此期間電感L釋放能量為Uo E Iit穩態時，一個周期T中L積畜能量與釋放能量相等(1-1 )化簡得：EI1i onU oE 1 1toff(1-2)tontoffT .UoEE0tofftoffTtoi變換Sf,輸出電壓高于電源電壓，故稱升壓斬波電路。也稱之為T/toff升壓比，調節其即可改變。將升壓比的倒數記作,即toffT 0和導通占空比，有如下關系:(

12、1-3)1因此，式（1-2）可表示為(1-4)升壓斬波電路能使輸出電壓高于電源電壓的原因： L 儲能之后具有使電壓泵升的作用 電容 C 可將輸出電壓保持住3.2 驅動電路選擇 的門極驅動條件密切地關系到他的靜態和動態特性。 門極電路的正偏 壓、負偏壓和門極電阻的大小，對的通態電壓、開關、開關損耗、承受短 路能力及電流等參數有不同程度的影響。 其中門極正電壓的變化對的開通 特性，負載短路能力和電流有較大的影響， 而門極負偏壓對關斷特性的影 響較大。同時，門極電路設計中也必須注意開通特性，負載短路能力和由 電流引起的誤觸發等問題。 根據上述分析， 對驅動電路提出以下要求和條 件：(1) 由于是容性

13、輸出輸出阻抗；因此對門極電荷集聚很敏感，驅動電 路必須可靠，要保證有一條低阻抗的放電回路。(2) 用低內阻的驅動源對門極電容充放電，以保證門及控制電壓有足 夠陡峭的前、后沿，使的開關損耗盡量小。另外，開通后，門極驅動源應 提供足夠的功率，使不至退出飽和而損壞。(3) 門極電路中的正偏壓應為+12+15V;負偏壓應為-2V-IOV。(4) 驅動電路中的電阻對工作性能有較大的影響， 較大，有利于抑制 的電流上升率及電壓上升率，但會增加 的開關時間和開關損耗;較小， 會引起電流上升率增大，使 誤導通或損壞。的具體數據與驅動電路的結 構及 的容量有關，一般在幾歐幾十歐，小容量的 其值較大。(5) 驅動

14、電路應具有較強的抗干擾能力及對 的自保護功能。 的控制、 驅動及保護電路等應與其高速開關特性相匹配， 另外，在未采取適當的防 靜電措施情況下，的 SE極之間不能為開路。驅動電路分類驅動電路分為： 分立插腳式元件的驅動電路; 光耦驅動 電路;厚膜驅動電路;專用集成塊驅動電路。本文設計的電路采用的是專 用集成塊驅動電路。驅動電路分析隨著微處理技術的發展 ( 包括處理器、系統結構和存儲 器件) ，數字信號處理器以其優越的性能在交流調速、運動控制領域得到了廣泛的應用。一般數字信號處理器構成的控制系統，驅動信號由處理器集成的模塊產生的。而接口驅動能力及其與的接口電路的設計直接影響 到系統工作的可靠性。因

15、此本文采用3525設計出了一種可靠的驅動方案。2.4最優參數選擇(1圖3-1電流連續當處于導通時，得-6 )L dLdtRi設i1的初值為h°,解上式得ti1I 10 ei 2,得當處于關斷時，設電動機電樞電流為dtLdLRi 2 EM E(11設2的初值為120 ,解上式得t ton1 20 eE EMR當電流連續時,從圖3-2的電流波形可看出,t On時刻i 20t =T時刻1 10由此可得ton20I 10 eton10tOff101 20 e11)故由上兩式求得:1 10EMR(1 - 12 )1 20EMRtonetOfftoffeT(1- 13 )把上面兩式用泰勒級數線性

16、近似,1 10 1 20 ( m)1(1 14 )該式表示了L為無窮大時電樞電流的平均值I o (mE)REM ER(1- 15 )當電流斷續時的波形如圖3-2所示。當t=O時刻11IOO ,令式(1-10)中110=0即可求出 t =t2 時，l20 ,進而可寫出2 =0,可求得2持續的時間t x ,即12的表達式另外，當t Ont1 me1 m16 )當t X流斷續的條件，即toff時，電路為電流斷續工作狀態，t xtoff是電1 e m1 e( 117 )根據上式可對電路的工作狀態做出判斷。 該式也是最優參數選擇的依據。二、硬件實驗2.1硬件電路2.1.1整流電路本設計采用橋式電路整流：

17、由四個二極管組成一個全橋整流電路.對 整流出來的電壓進行傅里葉變換得-24 C 丄 4 A L 4 c 丄VoUt 2vincos2 t cos4 t 6 t.,由整流電路出來的31535電壓含有較大的紋波，電壓質量不太好，故需要進行濾波。 本電路采用低 通濾波器（通過串聯一個電感，濾除電流的高次諧波， 并聯一個電容濾除 電壓的高次諧波），以減小紋波。原理圖如下圖4所示：圖4原理圖輸入端接220V、50的市電，進過變壓器T1 （原線圈/副線圈為4/1） 后輸出55V 50。當同名端為正時 DZ D5導通，D3 D4截止，電壓上正 下負。當同名端為負時D2、D5截止，D3 D4導通，電壓同樣是上

18、正下負， 從而實現整流。電感具有電流不能突變，通直流阻交流特性，因此串聯一個電感可以提高直流電壓品質。 而電容具有電壓不能突變，通交流阻直流 特性，因此并聯一個大電容可以濾除雜波，減小紋波。結合兩種元器件的特性，組成上圖整流電路，可以得到比較理想的直流電壓（幅值為50V左右）。2.1.2 斬波信號產生電路此電路主要用來驅動斬波。產生信號有很多方法，但歸根到底不 外乎直接產生的專用芯片、單片機、可編程邏輯控制器等本電路采用直 接產生的專用芯片 3525.該芯片的外圍電路只需簡單的連接幾個電阻電 容，就能產生特定頻率的波，通過改變輸入電阻就能改變輸出波的占空比， 故在端接個可調電阻就能實現控制。

19、為了提高安全性，該芯片內部還設有 保護電路。它還具有高抗干擾能力，是一款性價比相當不錯的工業級芯片。為了減少不同電源之間的相互干擾，3525輸出的經過光電耦合之后才送至驅動電路。其電路圖如下圖 5所示：工作原理：通過R2、R3 C3結合3525產生鋸齒波輸入到3525的振 蕩器。其產生的信號由、輸出，調節 R7可以改變占空比。輸出的信號通過 二極管D6 D7送至光電耦合器U2,光耦后通過驅動電路對信號進行放大。 放大后的電壓可以直接驅動。此電路具有信號穩定，安全可靠等優點。因此他適用于中小容量的斬波電路。2.1.3 斬波電路本設計為直流升壓斬波（）電路，該電路是本系統的核心。應為輸出電壓比較大

20、，故斬波器件選用能夠承受大電壓和導通內阻小，開關頻率高，開關時間小的大功率管。原理圖如下圖 6所示：圖6主電路仿真圖左邊接經整流之后的50V電壓。右邊為斬波電壓輸出，J2為測試點。 為3525輸出的斬波信號。Q1為，D1為電力二極管，L2為電感，C1為電 容，R1為負載。原理分析：首先假設電感L值很大，電容C值也很大。當為高電平時， Q1導通，50V電源向L2充電，充電基本恒定為Il,同時電容C上的電壓向 負載R供電，因C值很大，基本保持輸出電壓Uo為恒值，記為UO。設V 處于通態的時間為ton ,此階段電感L上積儲的能量為EIlton。當V處于段 態時E和L共同向電容C充電，并向負載R提供能

21、量。設V處于段態的時間為toff ,則在此期間電感L釋放的能量為（UO E）IIIOff。當電路工作于穩 態時，一個周期T中電感L積儲的能量于釋放的能量相等，即EIItOn（U 0E)II toff。E) I toff(2-1 )化簡得Etoff(2-2 )U_ ton toff 匸0_t Etoff上式中的T /toff 1 ,輸出電壓高于電源電壓。式（2-1 ）中T /toff為升壓比，調節其大小即可改變輸出電壓 Uo的大小。2.1.4 總原理圖圖形如下圖7所示。其中J1為市電插口，P1接15V驅動2為驅動的 信號T1為變壓器，將220 V市電轉換成頻率不變的55V交流電（題目要 求整理輸

22、出50V,由于元器的阻抗會分壓，故把輸入電壓提高5 V ,此時變壓器變比為T1: T2=4:1 ）。變壓器變壓后輸入到由 D2、D3 D4 D5四 個整流二極管組成的整流電路輸入端。經整流后電壓含有較大的紋波，故通過L1、C2組成的低通濾波器進行濾波。濾波后輸出的電壓就比較平 滑了。接下來就是由電感L2、斬波器件Q1，電力二極管D1、電容C1組 成的升壓斬波電路（）.改變驅動信號的占空比就可以調節輸出到負載 R1兩端電壓，J2是負載兩端的電壓測試點，接至示波器就可以看到輸出 電壓。圖7總原理圖三課程設計總結現在我們所使用到能源中電能占了很大的比重，它具有成本低廉，輸 送方便，綠色環保，控制方便

23、能很容易轉換成其他的信號等等。我們的日 常生活已經離不開電了。在如今高能耗社會，合理的利用電能， 提高電能 品質和用電效率成為了全球研究的當務之急。而電力電子技術正是與這一主題相關聯的。直流升壓斬波電路是里面的一部分，它開關電源，與線性電源相比，具有綠色效率高，控制方便，智能化，易實現計算機控制。在做課程設計的這段時間里，通過不斷地查找資料，最升壓斬 波電路有了一定的理解。 并且在中仿真實現了， 最后在中繪制了原理圖和 板。在做課程設計過程中，我對在仿真中的應用有了進一步的了解和掌 握。在電力電子方面的仿真應用時， 可以將電力電子電路輸出效果圖形化， 形象直觀，可以幫助我們對電路的理解。在制作

24、板的過程中，我對的各種功能有了一定的了解，也讓我明白了 理論和實際有很大差別。經過這次課程設計，我認識到自己還有很多東西需要進一步加強學 習，而且要把理論聯系實踐來學習，不僅要懂理論知識， 還要懂如何作出 實物。設計體會做了兩周的課程設計， 使我有了很多的心得體會， 可以說這次直流電 機斬波調速控制系統課程設計是在大家共同努力和在老師的精心指導下 共同完成的。一開始接觸這個課題時我還不知道該從何下手， 很多東西不知該如何 實現，經過 2 星期的努力，在圖書館和網上查資料，請教同學，終于是完 成了任務。通過這次設計加深了我對這門課程的了解， 以前總是覺得理論結合不 了實際，但通過這次設計使我認識

25、到了理論結合實際的重要性。 但由于我 知識的限制，設計還有很多不足之處，希望老師指出并教導。通過對電路圖的研究，也增強了我們的思考能力。另外，在使用軟件 繪制電路圖的過程中， 我學到了很多實用的技巧， 這也為以后的工作打下 了很好的基礎。從開始任務到查找資料，到設計電路圖， 到最后的實際接 線過程中， 我學到了課堂上學習不到的知識。 上課時總覺得所學的知識太 抽象，沒什么用途，現在終于認識到它的重要性。課程設計是培養學生綜合運用所學知識，發現,提出,分析和解決實際 問題,鍛煉實踐能力的重要環節，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察 過程。很感激學校給了我們這次動手實踐的機會，讓我們學生有了一個

26、共 同學習，增長見識，開拓視野的機會。也感謝老師對我們無私忘我的指導， 我會以這次課程設計作為對自己的激勵，繼續學習。參考文獻1王兆安，黃俊電力電子技術（第四版）北京:機械工業出版 社,20002康華光，陳大欽.電子技術基礎（第四版）.北京:高等教育出 版社,19983 張義和 電路設計快速入門.北京:中國鐵道出版社,20034張乃國電源技術北京：中國電力出版社，19985何希才新型開關電源設計與應用北京：科學出版社， 20016阮新波，嚴仰光直流開關電源的軟開關技術北京：科學出版 社，20007陳汝全電子技術常用器件應用手冊【Ml.機械工業出版社8陳禮明.實際直流斬波電路中若干問題的淺析.梅

27、山科技，2005.2.1.5元器件列表本系統除了信號產生電路采用集成芯片外，其余的均采用分立元件。具體見下表1 （元器件清單）：1()C1, C2, C47.6-1513C30.311N54073D1, D2, D3, D4, D518.84-9.6x5.61N540751N4148D6, D77.1-3.9x1.91N41482,60 320-2-2F,J17-2H31J211L1, L20.922,2P1, P2, P31X2231S40N1040A, 100V, 0.04 ,Q12621S40N101D44H8Q2220D44H81D45H8Q3220D45H812R1, R2, R3,

28、 R4, R5, R60.42610kR751()T1413525U1163525114U24112.1.3保護電路設計斬波器的散熱設計：熱管散熱技術是當今國際較流行的散熱方式，國內近年來發展較快， 被人們稱之為熱的“超導體”，已廣泛用于車輛電傳動系統，熱管的主要 特點：高效的導熱性，高度的等溫性，熱流密度變換能力強，結構多樣靈 活、重量輕。由于模塊的開關頻率高，開關損耗大，特別是對大功率模塊, 一般普通型材散熱器難以滿足要求。熱管散熱器特別適合于這種安裝底板 絕緣的大功率模塊散熱。目前適合于大功率模塊的熱管散熱器的熱阻可以 達到額定標準以下。過電流保護電路：過電流保護采用的是在主電路中串聯一

29、個 1 £的電阻，在其兩端并聯 電磁繼電器的線圈。 過流保護信號取自電阻兩端的電壓， 當主電路的 電流高于一定數值時，電磁繼電器的開關閉合，接通低電平， 該過電流信 號還送到3525的腳10。在3525內部由于T3基極與A端線相連，A端線 由低電壓上升為邏輯高電平，經過 3525A的13腳輸出為高電平，功率驅 動電路輸出至功率場效應管的控制脈沖消失。 在電路中， 過流保護環節還 輸出一個信號到與門的輸入端， 當出現過流信號時， 檢測環節輸出一低電 平信號到與門的輸入端，使脈沖消失，與 3525 的故障關閉功能一起構成 雙重保護。的保護設計： 在斬波電路中對斬波器的保護， 實際上就是對

30、的保護。 所以重要的是怎么 設計好對開關管的保護方案。 在設計對的保護系統中， 主要是針對過電流 保護和開關過程中的過電壓保護。的過電流保護的過流保護電路可分為2類：一類是低倍數的（1.21.5倍）的過 載保護；一類是高倍數（可達810倍）的短路保護。對于過載保護不必快速響應， 可采用集中式保護， 即檢測輸入端或直 流環節的總電流， 當此電流超過設定值后比較器翻轉， 封鎖所有驅動器的 輸入脈沖，使輸出電流降為零。這種過載電流保護，一旦動作后，要通過 復位才能恢復正常工作。能承受很短時間的短路電流， 能承受短路電流的時間與該的導通飽和 壓降有關，隨著飽和導通壓降的增加而延長。如飽和壓降小于 2V

31、 的允許 承受的短路時間小于5 S ,而飽和壓降3V的允許承受的短路時間可達15 S，45V時可達30 S以上。存在以上關系是由于隨著飽和導通壓降 的降低，的阻抗也降低，短路電流同時增大，短路時的功耗隨著電流的平 方加大，造成承受短路的時間迅速減小。通常采取的保護措施有軟關斷和降柵壓 2 種。軟關斷指在過流和短路 時，直接關斷。但是，軟關斷抗騷擾能力差， 一旦檢測到過流信號就關斷， 很容易發生誤動作。 為增加保護電路的抗騷擾能力， 可在故障信號與啟動 保護電路之間加一延時， 不過故障電流會在這個延時內急劇上升， 大大增 加了功率損耗，同時還會導致器件的增大。所以往往是保護電路啟動了， 器件仍然

32、壞了。降柵壓旨在檢測到器件過流時，馬上降低柵壓，但器件仍維持導通。 降柵壓后設有固定延時， 故障電流在這一延時期內被限制在一較小值， 則 降低了故障時器件的功耗， 延長了器件抗短路的時間， 而且能夠降低器件 關斷時的，對器件保護十分有利。若延時后故障信號依然存在， 則關斷器 件，若故障信號消失，驅動電路可自動恢復正常的工作狀態， 因而大大增 強了抗騷擾能力。開關過程中的過電壓保護關斷時，它的集電極電流的下降率較高， 尤其是在短路故障的情況下，如不采取軟關斷措施，它的臨界電流下降率將達到數S。極高的電流下降率將會在主電路的分布電感上感應出較高的過電壓， 導致關斷時將會使 其電流電壓的運行軌跡超出

33、它的安全工作區而損壞。 所以從關斷的角度考 慮，希望主電路的電感和電流下降率越小越好。 但對于的開通來說，集電 極電路的電感有利于抑制續流二極管的反向恢復電流和電容器充放電造 成的峰值電流，能減小開通損耗，承受較高的開通電流上升率。 一般情況 下開關電路的集電極不需要串聯電感， 其開通損耗可以通過改善柵極驅動 條件來加以控制。2.2 電路參數及選型110V考慮占空比為 90%，則 0.9=123V取1.2U2U21.2= 102V考慮到 10%的裕量U2=1.1 ×102113V一、二次電流計算 I213A 變比 12=220/113=1.95 I1213/1.08=12A考慮空載電

34、流，取 I1=1.05×12=12.6A變壓器容量計算 S11×I1=220 ×12.6=2772S22×I2=113 ×13=1469(S12)/2=2120.5整流元件選擇二極管承受反向最大電壓 1.414U2=1.414 × 113= 160V 考慮3倍裕量，則 3× 160=480V取500V該電路整流輸出接有大電容， 而且負載也不是純電感負載， 但為了 簡化計算，仍可按電感計算，只是電流裕量要可適當取大些即可。0.50.5×13=6.5A1.414=13/1.414=9.2A()=21.57=2×

35、; 9.21.57=11.7A濾波電容選擇C1 一般根據放電的時間常數計算，負載越大，要求紋波系數越小，一般不做嚴格計算，多取 2000 以上。因該系統負載不大，故取C1=2200耐壓1.51.5× 160=240V取 250V即選用2200、250V電容器。的選擇因為123V,取3倍裕量，選耐壓為400V以上的。由于是以最大標 注且穩定電流與峰值電流間大致為 4 倍關系，故應選用大于 4 倍額定負載 電流的為宜，因此選用50A,額定電壓1600V左右的續流二極管的選擇根據 Urm (23)UsIcm (1.5 2)Id得知 續流二極管應選、額定電壓為的二極管3.2 D CD C 變

36、換器控制系統的原理和實現控制原理圖2所示是該變換器控制系統的控制原理框圖 4，其應用背景是衛星儲能姿控兩用飛輪能量回饋 系統。控制系統采用電壓、電流雙閉環串級控制結構，外環是 電壓環，內環是電流環。控制原理是電壓給定 U 與電壓反饋 U 進行比較，得到的電壓誤差經電壓調節器輸出作為電流給定 r 與電流反饋 I 進行比較，得到的電流誤差經電流調節器輸出對 應 波的脈沖寬度，然后經 控制決定分配給哪個開關管，之后 波通過驅動電路驅動變換器中相應的開關管工作S 2控制產理権BS以上的雙閉環控制是針對工作在 方式下的開關管而言。由 于變換器采用的是兩個開關管的配合控制，兩種不同的工作模 式就對應兩種不

37、同的開關方案，因此必須設計相應的控制邏輯 分配單元來實現這兩種開關方案，這在圖2中以 控制單元表示。3.3 控制實現控制系統的設計可以采用模擬控制方案和數字控制方案，這里以模擬控制方案闡述該/變換器控制系統的實現，如圖3所示。控制電路由兩級調節器、 波產生電路、驅動電路、故障檢 測與保護電路等組成。兩級調節器是控制電路的核心控制單元， 兩級均為帶限幅輸出的調節器，前級是電壓調節器，后級是電 流調節器，前后級串聯構成了以輸出電壓為主控制對象、輸出 電流為副控制對象的雙閉環控制系統。電壓環的作用是穩定輸 出電壓，在輸入電壓或負載擾動作用下保證輸出穩定。電流環是在穩 態時跟隨電壓環，從而使系統動態響

38、應快，調節性能好，也易 于實現限流和過流保護。由于電壓調節器的輸出作為電流調節 器的給定，故電壓調節器的限幅值決定了電流調節器的最大輸 出電流。此外，電流調節器的限幅值限制了最大輸出電壓, 防止了輸出電壓過高的非正常狀態，從而保證了系統的安全可 靠。波產生電路負責兩種開關方案的實現，以滿足變換器降壓工作模式和升壓工作模式的要求。 由于需要產生兩路控制信號，因此必須配合主變換電路進行特 殊的電路設計， 以解決控制邏輯的分配問題。如圖 3所示，電流 調節器輸出送到比較器 、 2同相端，由一個三角波發生器產生的三角波送到反相端， 兩路信號相比較疊加獲得 波。分析 可知，兩種不同的 開關方案可以通過對送到比較器 、4反相端 的三角波加上不同的偏移電壓 和 來實現。當電流調節器輸出 電壓低于5 V時，比較器 與三角波有交點，輸出 波，該波形用于驅動 T ，而比較器 4與三角波沒有交 點，故無脈沖輸出，T2截止；當電流調節器輸出電壓高于5 V 時，比較器 4與三角波有交點，輸出 波，該波形用于驅動 T ， 而比較器