10-100V升降压直流斩波实验装置

辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：10～100V升降压直流斩波实验装置院（系）：电气工程学院专业班级：学号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：本科生课程设计（论文）I课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：电气注：成绩：平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算学号学生姓名专业班级课程设计10～100V升降压直流斩波实验装置课程设计（论文）任务课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数实现功能为了电力电子技术课程的教学实验，设计此装置，使学生通过该装置测试、观察升降压直流斩波电路的各个参数及波形，应用此装置可验证升降压压斩波的相关理论知识。设计任务1、方案的经济技术论证。2、整流电路设计。3、通过计算选择整流器件的具体型号。4、斩波电路设计。5、驱动电路设计或选择。6、绘制相关电路图。要求1、文字在4000字左右。2、文中的理论分析与计算要正确。3、文中的图表工整、规范。4、元器件的选择符合要求。技术参数1、交流电源：单相220V。2、前级整流输出电压限制在50V以内。3、斩波输出电流最大值2A。4、负载：纯电阻。5、斩波输出直流电压在10～100V左右可调。进度计划第1天：集中学习；第2天：收集资料；第3天：方案论证；第4天：整流电路设计；第5天：斩波电路设计；第6天：驱动电路设计；第7天：元器件具体选择；第8天：在实验室调试；第9天：总结并撰写说明书；第10天：答辩指导教师评语及成绩平时：论文质量：答辩：总成绩：指导教师签字：年月日本科生课程设计（论文）II摘要10～100V升降压直流斩波实验装置是一种将固定电压的交流电能转变为电压可调的直流电能的高效节能电力电子装置。自晶闸管问世以来，直流斩波器已经在工业部门的很多领域获得了成功的应用。尽管如此，适合电力电子课程实验教学需要的直流斩波装置却不多见。为了满足教学需要，我们研制了10～100V升降压直流斩波实验装置。此装置运用了整流电路，驱动电路和斩波电路三大部分，可将单相220V交流电源变换成10至100V不等的直流电，并在示波器中给予显示。可让学生客观的了解电力变换的形式，更加强了学生的动手动脑能力。关键词：晶闸管；整流电路；斩波电路；占空比本科生课程设计（论文）III目录第1章绪论..........................................................11.1电力电子技术概况.............................................11.2本文设计内容.................................................1第2章10～100V升降压直流斩波实验装置电路设计.......................22.110～100V升降压直流斩波实验装置总体设计方案...................22.2具体电路设计.................................................22.2.1主电路设计.............................................22.2.2整流电路设计...........................错误!未定义书签。2.2.3驱动电路设计...........................错误!未定义书签。2.2.4升降压电路的设计.......................错误!未定义书签。2.3元器件型号选择...............................................92.3.1整流电路的参数计算.....................................92.3.2升降压斩波电路的参数计算..............................102.4系统调试或仿真、数据分析....................................11第3章课程设计总结.................................................14参考文献............................................................15本科生课程设计（论文）1第1章绪论1.1电力电子技术概况所谓电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。电子技术包括信息电子技术和信息电子技术和电力电子技术两大分支。具体的说，电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。目前所用电力电子器件均由半导体制成。电力电子技术所变换的“电力”，功率可以大到数百兆瓦甚至吉瓦，也可以小至数瓦甚至毫瓦级。信息电子技术主要用于信息处理，而电力电子技术则主要用于电力变换，这是二者本质上的不同。电力变换的技术称为变流技术。电力变换通常可分为四大类，即交流变直流（AC-DC），直流变交流（DC-AC），直流变直流（DC-DC）和交流变交流（AC-AC）。交流变直流称为整流，直流变交流称为逆变。交流变交流可以是电压或电力的变换，称作交流电力控制，也可以是频率或相数的变换。直流变直流是指一种电压（或电流）的直流变为另一种电压（或电流）的直流，可用直流斩波电路实现。电力电子技术是20世纪后半叶诞生和发展的一门崭新技术。可以预见，在21世纪电力电子技术仍将以迅猛的速度发展。以计算机为核心的信息科学将是21世纪起主导作用的科学技术之一，这是毫无疑问的。有人预言，电力电子技术和运动控制一起，将和计算机技术共同成为未来科学技术的两大支柱。由此可见，电力电子技术在21世纪中将会起着十分重要的作用，有着十分光明的未来。1.2本文设计内容本文设计题目为《10～100V升降压直流斩波实验装置》，其功能实现是为了电力电子技术课程的教学实验，设计此装置，使学生通过该装置测试、观察升降压直流斩波电路的各个参数及波形，应用此装置可验证升降压压斩波的相关理论知识，使同学可以更好的学习电力电子技术这门课程。本课题给出的参数是：1、交流电源：单相220V。2、前级整流输出电压限制在50V以内。3、斩波输出电流最大值2A。4、负载：纯电阻。5、斩波输出直流电压在10～100V左右可调。本科生课程设计（论文）2第2章10～100V升降压直流斩波实验装置电路设计2.110～100V升降压直流斩波实验装置总体设计方案10～100V升降压直流斩波实验装置是应用于实验室的装备，应满足便于操作，安全系数高等特点。其电源为单相220V交流电，所以需通过整流电路将其变换为直流电后，再通过斩波电路调节其电压，实验装置中还需加入驱动电路，并进行元器件的选择，绘制出合理的电路图，最终在实验室进行调试并更正。2.2具体电路设计2.2.1主电路设计构成此实验装置的总电路图大概分为三大部分，分别为整流电路、斩波电路和驱动电路。依次将交流电源变为直流电能，再将直流电通过斩波电路进行升降压的选择，使输出直流电压为10～100V可调。图2.2总电路图整流电路驱动电路斩波电路交流直流整流电路驱动电路斩波电路交流直流图2.1总电路图本科生课程设计（论文）32.2.2整流电路整流电路尤其是单相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为重要，也是应用最为广泛的电路。不仅应用于工业，也广泛应用于交通运输，电力系统，通信系统，能源系统等其他领域。本实验装置采用单相桥式全控整流电路（所接负载为纯电阻负载）。在单项桥式全控整流电路中，晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对桥臂。在u2正半周（即a点电位高于b点电位），若4个晶闸管均不导通，负载电流id为零，ud也为零，VT1、VT4串联承受电压u2，设VT1和VT4的漏电阻相等，则各承受u2的一半。若在触发角α处给VT1和VT4加触发脉冲，VT1、VT4即导通，电流从a端经VT1、R、VT4流回电源b端。当u2为零时，流经晶闸管的电流也降到零，VT1和VT4关断。图2.3整流电路本科生课程设计（论文）4在u2负半周，仍在触发延迟角α处触发VT2和VT3（VT2和VT3的α=0处为ωt=π），VT2和VT3导通，电流从电源的b端流出，经VT3、R、VT2流回电源a端。到u2过零时，电流又降为零，VT2和VT3关断。此后又是VT1和VT4导通。如此循环工作下去。晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为22U2和2U2。整流电压平均值为向负载输出的直流电流平均值为流过晶闸管的电流平均值为题目中要求前级整流输出电压限制在50V以内，输入电压U1为220V，则输入电压U2最大为55V，变压器匝数比N1:N2=4:1。2cos129.0)(sin221UttdUUdIIddvT21RUddI图2.4整流电路波形图本科生课程设计（论文）52.2.2驱动电路设计引脚1：误差放大器反向输入端。11621531441351261171089图2.5驱动电路及SG3525本科生课程设计（论文）6引脚2：误差放大器同相输入端。引脚3:振荡器外接同步信号输入端。引脚4：振荡器输出端。引脚5：振荡器定时电容接入端。引脚6：振荡器定时电阻接入端。引脚7：振荡器放电端。引脚8：软启动电容接入端。引脚9：PWM信号输入端。引脚10：外部关断信号输入端。引脚11：输出端A引脚12：信号地引脚13：输出级偏置电压接入端引脚14：输出端B引脚15：偏置电源接入端引脚16：基准电源输出端SG3525芯片特点如下：1．工作电压范围�8-35v。2．5.1V微调基准电源3．振荡器频率工作范围�100Hz-500kHz。4．具有振荡器外部同步功能5．死区时间可调。6．内置软启动电路。7．具有输入欠电压锁定功能。8．具有PWM锁存功能�禁止多脉冲。9．逐个脉冲关断。10．双路输出�灌电流/拉电流��Ma(峰值)其11和14脚输出两个等幅、等频、相位互补、占空比可调的PWM信号。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。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�另外当10脚的电压为高电平时�11和14脚的电压变为10输出。本科生课程设计（论文）7主电路和控制电路之间，用来对控制电路的信号进行放大的中间电路（即放大控制电路的信号使其能够驱动功率晶体管），称为驱动电路。驱动电路的基本任务，就是将信息电子电路传来的信号按照其控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号。对半控型器件只需提供开通控制信号，对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号，以保证器件按要求可靠导通或关断。图2.4电路内部本科生课程设计（论文）82.2.3升降压电路的设计升降压斩波电路的原理图如图所示。设电路中电感L值很大，电容C值也很大。使电感电流iL和电容电压及负载电压uc基本为恒值。图2.5升降压斩波电路图2.6升降压斩波电路波形图本科生课程设计（论文）9该电路的基本工作原理是：当可控开关V处于通态时，电源E经V向电感L供电使其储存能量，此时电流为i1。同时，电容C维持输出电压基本恒定并向负载R供电。此后，使V关断，电感L中储存的能量向负载释放，电流为i2。可见，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反。稳态时，一个周期T内电感L两端电压U对时间的积分为零，即00dutTL当V处于通态期间，EuL；而当V处于断态期间，uuoL。于是tUtoffoonE所以输出电压为EEttUoffonO1改变占空比，输出电压既可比电源电压高，也可以比电源电压低。当0＜＜21时为降压，当21＜＜1时为升压，因此该电路称为升降压斩波电路。也有文献直接按英文称之为buck-boost变换器（Buc