升降压直流斩波电路实验装置课程设计

辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：升降压直流斩波电路实验装置院（系）：电气工程学院专业班级：学号：学生姓名：指导教师：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：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摘要升降压直流斩波实验装置电路主要分为三个部分，分别为整流电路模块，驱动电路模块，斩波电路模块。整流电路:是电力电子电路中出现最早的一种。它的作用是将交流电源变为直流电输出。斩波电路：它的功能是将直流电变为另一固定电压的直流电或可调电压的直流电。本装置应用升降压斩波电路。通过控制占空比来实现电压的升降。本实验装置操作简单，安全系数高。此斩波电路中IGBT的驱动信号由集成脉宽调制控制器SG3525产生，由于它简单可靠及使用方便灵活，大大简化了脉宽调制器的设计及调试。关键词：整流电路；驱动电路；斩波电路；直流电本科生课程设计（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.................................................2第2章升降压直流斩波实验装置总体设计方案............................32.1升降压直流斩波实验装置电路设计...............................32.2具体电路设计.................................................32.2.1主电路设计.............................................................................................32.2.2整流电路设计.........................................................................................42.2.3驱动电路设计.........................................................................................62.2.4升降压电路的设计................................................................................92.3元器件型号选择..............................................112.3.1整流电路的参数计算...........................................................................112.3.2升降压斩波电路的参数计算...............................................................11第3章元器件的型号选择..............................................13第4章系统调试及仿真................................................14第5章课设总结.....................................................16参考文献............................................................17本科生课程设计（论文）1第1章绪论1.1电力电子技术概况电子技术是根据电子学的原理，运用电子器件设计和制造某种特定功能的电路以解决实际问题的科学，包括信息电子技术和电力电子技术二大分支。信息电子技术包括模拟电子技术和数字电子技术。电子技术是对电子信号进行处理的技术，处理的方式主要有：信号的发生、放大、滤波和转换。现代电力电子技术的发展方向是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学，向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其发展先后经历了整流器时代，逆变器时代和变频器时代，并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的，以功率MOSFET和IGBT为代表的，集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件，表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。半导体的出现成为20世纪现代物理学的一项最重大的突破，标志着电子技术的诞生。而由于不同领域的实际需要，促使半导体器件自此分别向两个分支快速发展，其中一个分支即是以集成电路为代表的微电子器件，而另一类就是电力电子器件，特点是功率大、快速化。自20世纪五十年代末第一只晶闸管问世以来，电力电子技术开始登上现代电气传动技术舞台，以此为基础开发的可控硅整流装置，是电气传动领域的一次革命，使电能的变换和控制从旋转交流机组和静止离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代，这标志着电力电子的诞生。电力电子技术包括电力电子器件、变流电路和控制电路3部分，是以电力为处理对象并集电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的综合性学科。电力技术涉及发电、输电、配电及电力应用，电子技术涉及电子器件和由各种电子电路所组成的电子设备和系统，控制技术是指利用外加的设备或装置使机器设备或生产过程的某个工作状态或参数按照预定的规律运行。电力电子器件是电力电子技术的基础，电力电子器件对电能进行控制和转换就是电力电子技术的应用。在21世纪已经成为一种高新技术，影响着人们生活的各种领域，因此对电力电子技术的研究具有时代意义。电力电子技术的核心是电源变换技术，由于能源短缺和环境问题，现在发展火热的电动汽车和各种新能源发电技术等方向都需要大量新型高效的电力电子变本科生课程设计（论文）2换器。其在电气工程领域具有很大的发展潜力，其发展趋势不外乎在原有的基本变换器基础之上追求更高的电能转换效率、更廉价的生产成本以及可靠性更高的拓扑和控制方法。电力电子涉及由半导体开关启动装置进行电源的控制于转换领域。半导体整流控制、半导体硅整流的小型化等的出现，产生一个新的电力电子应用领域。半导体硅整流，汞弧整流器应用于控制电源，但是这样的整流回路只是工业电子的一部分，对于汞弧整流器应用范围而言是有局限的。电力电子技术是一门新兴技术，它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而成的，已成为现代电气工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课，在培养本专业人才中占有重要地位。1.2本文设计内容升降压直流斩波电路的功能是讲直流电变为另一种可调的直流电，也称为直流—直流变换器。升降压直流斩波广泛地应用于生产生活中，按技术分类有：嵌入式（ARM技术）、单片机、DPS、EDA、系统管理器件、模拟技术、专用芯片技术、电源技术、传感技术、光技术、开关技术、通信于网络、PCB技术和集成电路等，本文主要讲的是升降压直流斩波实验装置。文章先后分析了整流电路、驱动电路和升降压直流斩波电路的工作原理，介绍了集成芯片SG3525的应用特点，并对SG3525控制，从而实现验证升降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）3第2章升降压直流斩波实验装置总体设计方案2.1升降压直流斩波实验装置电路设计斩波电路包括：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路和Zeta斩波电路。为了电力电子技术课程的教学实验，本实验设计升降压直流斩波实验装置，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斩波的相关理论知识。此装置应满足操作简单，廉价可靠，安全系数高。因为此装置应用于实验室，其电源电压为单相交流电220V，所以需通过整流电路将交流电变换为直流电后，再通过斩波电路调节其电压。而实验装置中还需要加入驱动电路，并进行元器件的选择，绘制出合理的电路图，最终在实验室用EWB进行仿真并更正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主要分为三大部分（如图2.1所示），分别为整流电路、驱动电路和斩波电路。整流电路将交流电变为直流电，利用驱动电路将直流电发送给斩波电路，然后进行升降压的选择，使输出直流电压为10～100V可调。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）42.2.2整流电路设计斩波电路的输入直流电压U由低压单相交流电源经单相桥式二极管整流及电感电容滤波后得到。升降压斩波电路由电阻替代，由于二极管不可控，调节变压器的变比，即可控制电阻两端的电压U。电阻两端的电压U即是升降压斩波电路的输入电压，U的大小必须控制在50V以内。在单相桥式二极管整流电路中，每一个导电回路中有两个二极管，即用两个二极管图2.2整流电路图本科生课程设计（论文）5本科生课程设计（论文）62.2.3驱动电路设计11621531441351261171089图2.4驱动电路及SG3525本科生课程设计（论文）7引脚1：误差放大器反向输入端。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