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1、大连理工大学电源技术大作业 姓名: 学号: 学习中心: 题目三:升压斩波电路分析 总则:围绕升压斩波电路,介绍其工作原理、主要参数及对应计算方法, 并简述其在实际中的应用。 撰写要求: (1)介绍基本斩波电路的分类。 (2)介绍升压斩波电路的工作原理、主要参数及对应计算方法。 (3)简述升压斩波电路在实际中的应用。 (4)学习心得 升压斩波电路分析 (1)介绍基本斩波电路的分类。 随着电力电子技术的迅速发展, 高压开关稳压电源已广泛用于计算机、 通信、 工业加工和航空航天等领域。 所有的电力设备都需要良好稳定的供电,而外部提 供的能源大多为交流, 电源设备担负着把交流电源转换为电子设备所需的各
2、种类 别直流任务。但有时所供的直流电压不符合设备需要,仍需变换,称为DC/DC 变换。直流斩波电路作为直流电变成另一种固定电压的DC-DC 变换器,在直流 传动系统 .、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得 到普通的应用。随之出现了诸如降压斩波电路、 升压斩波电路、升降压斩波电路、 复合斩波电路等多种方式的变换电路。直流斩波技术已被广泛运用开关电源及直 流电动机驱动中,使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。全控型 电力电子器件 IGBT 在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波能领域得到了广泛 的应用。 但以 IGBT 为功率器件的直流斩波电路在实际应用中需要注意以
3、下问题: (1)系统损耗的问;(2)栅极电阻;(3)驱动电路实现过流过压保护的问题。 直流斩波电路实际上采用的就是PWM 技术, 这种电路把直流电压斩成一系列 脉冲,改变脉冲的占空比来获得所需要的输出电压。PWM 控制方式是目前才用最 广泛的一种控制方式, 它具有良好的调整特性。 随电子技术的发展, 近年来已发 展各种集成式控制芯片, 这种芯片只需外接少量元器件就可以工作,这不但简化 设计,还大幅度的减少元器件数量、连线和焊点 (2)介绍升压斩波电路的工作原理、主要参数及对应计算方法。 假设 L 和 C值很大。V处于通态时,电源 E向电感 L 充电,电流恒定 I1 ,电 容 C向负载 R供电,
4、输出电压 Uo恒定。 V处于断态时,电源E和电感 L 同时向电容 C充电,并向负载提供能量。 图 1.1 升压斩波电路主电路图 首先假设电感 L 值很大,电容 C值也很大。当 V-G为高电平时, Q1导通, 12V电源向 L 充电,充电基本恒定为 1 I , 同时电容 C上的电压向负载R供电,因 C 值很大,基本保持输出电压 o u 为恒值,记为 o U 。设 V处于通态的时间为 on t ,此 阶段电感 L 上积储的能量为 1 on EI t 。当 V处于段态时 E和 L 共同向电容 C充电, 并向负载 R提供能量。设 V处于段态的时间为 off t ,则在此期间电感L 释放的能 量为 01
5、 () off UE I t 。当电路工作于稳态时,一个周期T 中电感 L 积储的能量于释 放的能量相等,即 101 () onoff EI tUE I t (1-1) 化简得 onoff 0 offoff ttT UEE tt (1-2) 上式中的 off /1T t ,输出电压高于电源电压。式( 1-1)中 off /T t 为升压比,调节 其大小即可改变输出电压 o U 的大小。 2) 数量关系 设 V通态的时间为 t on,此阶段 L 上积蓄的能量为: EmI1Ton 设 V断态的时间为 t off ,则此期间电感 L 释放能量为:(E-E m)I2Toff 稳态时,一个周期T 中 L
6、 积蓄能量与释放能量相等: (1-3) T/t off 1,输出电压高于电源电压,故为升压斩波电路。 T/t off 升压比 ; 升压比的倒数记为 ,即= T toff 。又因为 +=1。所以: U 0= 1 E= 1 1 E (1-4) 电压升高得原因:电感L 储能使电压泵升的作用,电容C可将输出电压保持住。 (3)简述升压斩波电路在实际中的应用。 图 2.1 用于直接电动机回馈能量的升压斩波电路图 通 常 用 于 直 流 电 动 机 再 生 制 动 时 把 电 能 回 馈 给 直 流 电 源 实 际 L 值 不 可 能 为 无 穷 大 ,因 此 有 电 动 机 电 枢 电 流 连 续 和
7、断 续 两 种 工 作 状 态 电 机 反 电 动 势 相 当 于 图 1. 1 中 的 电 源 ,此 时 直 流 电 源 相 当 于 图 1. 1 中 的 负 载 。由 于 直 流 电 源 的 电 压 基 本 是 恒 定 的 ,因 此 不 必 并 联 电 容 器 。 基 于“ 分 段 线 性 ”的 思 想 进 行 解 析 V 处 于 通 态 时 ,设 电 动 机 电 枢 电 流 为 i1, 得 下 式 m ERi t i L 1 1 d d ( 2- 1) 式 中 R 为 电 机 电 枢 回 路 电 阻 与 线 路 电 阻 之 和 。 设 i 1的 初 值 为 I1 0, 解 上 式 得 t
8、 m t e R E eIi1 101 ( 2-2 ) 当 V 处 于 断 态 时 , 设 电 动 机 电 枢 电 流 为 i 2, 得 下 式 : EERi t i L m2 2 d d ( 2- 3) 设 i2的 初 值 为 I 2 0, 解 上 式 得 : t m t e R EE eIi1 202 ( 2- 4) 用 于 直 流 电 动 机 回 馈 能 量 的 升 压 斩 波 电 路 波 形 : 图 2.2 电流连续升压斩波电路波形 图 2.3 电流断续升压斩波电路波形 当 电 流 连 续 时 , 从 图 1. 3 的 电 流 波 形 可 看 出 , t =to n时 刻 i 1 =I
9、 2 0, t =to f f时 刻 i2 =I 1 0, 由 此 可 得 : R E e e m R E e e R E I T t m off 1 1 1 1 10 ( 2-5 ) R E e ee m R E e ee R E I T Tt m on 1 1 20 ( 2- 6) 把 上 面 两 式 用 泰 勒 级 数 线 性 近 似 , 得 R E mII 2010 ( 2- 7) 该 式 表 示 了 L 为 无 穷 大 时 电 枢 电 流 的 平 均 值 Io, 即 R EE R E mI m o( 2- 8) 对 电 流 断 续 工 作 状 态 的 进 一 步 分 析 可 得 出 : 电 流 连 续 的 条 件 为 e e m 1 1 ( 2- 9) 根据此式可对电路的工作状态作出判断。 设计内容及要求 1、输入直流电压: Ud=50V; 2、输出功率: 150W ; 3、开关频率: 10kHz; 4、占空比: 0.10.5 ; 5、电阻性负载; 6、输出电压脉率:小于10%。 输出值的计算 由电路原理分析可知: VV100502DUU d2 考虑 10 0 0 的裕量: 110V1.1UU 02 81 150 110 P U R 22 2 1.36A 81 110 R U I 2 2
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