dc-dc變換器電力電子課程設(shè)計報告

1、<p>　　電力電子課程設(shè)計報告</p><p><b>　　DC—DC變換器</b></p><p>　　學(xué) 院： 信息科學(xué)與工程學(xué)院 </p><p>　　班 級： 電氣1201班 </p><p>　　姓 名： </p><p

2、>　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　時 間： 2015.01.20 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　引言…………………………………..………………….….1</p>

3、;<p>　　設(shè)計要求與方案………………..…………………………..2</p><p>　　2.1設(shè)計要求………………………………..……….………….2</p><p>　　2.2 方案確定……………………………………..…………….2</p><p>　　主電路設(shè)計………………………….….…………………..4</p><p&g

4、t;　　3.1 主電路方案………………………………..………..…..….4</p><p>　　3.2 工作原理………………………………………...………....4</p><p>　　3.3 參數(shù)分析………………………………………..……….…6</p><p>　　控制電路設(shè)計……………………….……...………………10</p><p&g

5、t;　　4.1 控制電路方案選擇………………………….……..………10</p><p>　　4.2 工作原理………………………………………...…………10</p><p>　　4.3 控制芯片介紹及參數(shù)選擇………………………………...10</p><p>　　驅(qū)動電路設(shè)計……………………….……………………..15</p><p>　　

6、5.1 驅(qū)動電路方案選擇………………………………………..15</p><p>　　5.2 工作原理…………………………………………...……...15</p><p>　　保護(hù)電路設(shè)計………………………………….…..………18</p><p>　　6.1 過壓保護(hù)電路……………………………….….…………18</p><p>　　6.2

7、過流保護(hù)電路……………………….………...…….…….19</p><p>　　系統(tǒng)仿真及結(jié)論……………………………..…………….21</p><p>　　總電路原理圖………...……………....................................26</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………..…………....…….…………28</p&

8、gt;<p>　　致謝………………………………..……………..…….…..29 </p><p><b>　　引言</b></p><p>　　DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波電路主要用于電子電路的供電電源，也可拖動直流電動機(jī)或帶蓄電池負(fù)載等。BUCK變換器是開關(guān)電源基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中

9、的一種，BUCK變換器又稱降壓變換器，是一種對輸入輸出電壓進(jìn)行降壓變換的直流斬波器，即輸出電壓低于輸入電壓，由于其具有優(yōu)越的變壓功能，因此可以直接用于需要直接降壓的地方。 本次課設(shè)立求設(shè)計出DC-DC變換器實現(xiàn)15V向5V的電壓變換，選取的電路是IGBT降壓斬波電路。 </p><p>　　IGBT降壓斬波電路就是直流斬波中最基本的一種電路，是用IGBT作為全控型器件的降壓斬波電路，用于直流到直流的降壓變換。IG

10、BT是MOSFET與雙極晶體管的復(fù)合器件。它既有MOSFET易驅(qū)動的特點，又具有功率晶體管電壓、電流容量大等優(yōu)點。其頻率特性介于MOSFET與功率晶體管之間，可正常工作于幾十千赫茲頻率范圍內(nèi)，故在較高頻率的大、中功率應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。所以用IGBT作為全控型器件的降壓斬波電路就有了IGBT易驅(qū)動，電壓、電流容量大的優(yōu)點。</p><p>　　IGBT降壓斬波電路由于易驅(qū)動，電壓、電流容量大在電力電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)

11、域中有廣闊的發(fā)展前景，也由于開關(guān)電源向低電壓，大電流和高效率發(fā)展的趨勢，促進(jìn)了IGBT降壓斬波電路的發(fā)展。</p><p><b>　　設(shè)計要求與方案</b></p><p><b>　　2.1 設(shè)計要求</b></p><p>　　1. 任務(wù) 設(shè)計并制作一個DC-DC 變換器（15V 轉(zhuǎn)變成5V）</p>

12、<p><b>　　2. 要求</b></p><p>　　1）輸出電壓 Uo ：5V；</p><p>　　2）最大輸出電流 Iomax ：1A；</p><p>　　3）輸入電壓范圍：12V~18V；</p><p>　　4）輸出電流Io 范圍：0~1A 時;</p><p><

13、;b>　　3.說明</b></p><p>　　1）DC-DC 變換器不允許使用成品模塊，但可使用開關(guān)電源控</p><p><b>　　制芯片。</b></p><p>　　2）電源在最大輸出功率下應(yīng)能連續(xù)安全工作足夠長的時間。</p><p>　　3）設(shè)計報告正文中應(yīng)包括系統(tǒng)總體框圖、核心電路原理圖

14、、</p><p>　　主要流程圖、保護(hù)電路圖</p><p>　　4) 設(shè)計報告中要寫明所有的設(shè)計過程</p><p>　　5) 利用仿真軟件分析電路的工作過程</p><p><b>　　2.2 方案確定</b></p><p>　　電力電子器件在實際應(yīng)用中，一般是由控制電路，驅(qū)動電路，保護(hù)電

15、路和以電力電子器件為核心的主電路組成一個系統(tǒng)。由信息電子電路組成的控制電路按照系統(tǒng)的工作要求形成控制信號，通過驅(qū)動電路去控制主電路中電力電子器件的導(dǎo)通或者關(guān)斷來完成整個系統(tǒng)的功能，當(dāng)控制電路所產(chǎn)生的控制信號能夠足以驅(qū)動電力電子開關(guān)時就無需驅(qū)動電路。</p><p>　　根據(jù)降壓斬波電路設(shè)計任務(wù)要求設(shè)計主電路、控制電路、驅(qū)動及保護(hù)電路，設(shè)計出降壓斬波電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。</p><p>

16、;　　圖1降壓斬波電路結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　在圖1結(jié)構(gòu)框圖中，控制電路是用來產(chǎn)生降壓斬波電路的控制信號，控制電路產(chǎn)生的控制信號傳到驅(qū)動電路，驅(qū)動電路把控制信號轉(zhuǎn)換為加在開關(guān)控制端，可以使其開通或關(guān)斷的信號。通過控制開關(guān)的開通和關(guān)斷來控制降壓斬波電路的主電路工作。保護(hù)電路是用來保護(hù)電路的，防止電路產(chǎn)生過電流現(xiàn)象損害電路設(shè)備，通過從負(fù)載取電壓和電流與基準(zhǔn)值比較。若電壓電流過大，從保護(hù)電路生成反饋信號給控制電路

17、，是其產(chǎn)生動作，調(diào)節(jié)buck主電路的輸出電壓或電流。</p><p><b>　　三、主電路設(shè)計</b></p><p><b>　　3.1 主電路方案</b></p><p>　　根據(jù)所選課題設(shè)計要求設(shè)計一個降壓斬波電路，可運(yùn)用電力電子開關(guān)來控制電路的通斷即改變占空比，從而獲得我們所想要的電壓。這就可以根據(jù)所學(xué)的降壓斬波

18、電路作為主電路，這個方案是較為簡單的方案，直接進(jìn)行直直變換簡化了電路結(jié)構(gòu)。</p><p>　　在降壓斬波電路前，可連接一個單相橋式整流電路，并且經(jīng)過濾波及穩(wěn)壓，最后以220V交流市電轉(zhuǎn)化成15V直流電壓送至buck電路輸入端。</p><p>　　至于開關(guān)的選擇，選用比較熟悉的全控型的IGBT管，而不選半控型的晶閘管，因為IGBT控制較為簡單，且它既具有輸入阻抗高、開關(guān)速度快、驅(qū)動電路簡

19、單等特點，又用通態(tài)壓降小、耐壓高、電流大等優(yōu)點。</p><p><b>　　3.2 工作原理</b></p><p>　　圖2 降壓斬波電路主電路原理圖</p><p>　　t=0時刻驅(qū)動V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓，負(fù)載電流按指數(shù)曲線上升。</p><p>　　時控制V關(guān)斷，二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓近似為零，負(fù)

20、載電流呈指數(shù)曲線下降。通常串接較大電感L使負(fù)載電流連續(xù)且脈動小。</p><p>　　當(dāng)電路工作穩(wěn)定時，負(fù)載電流在一個周期的初值和終值相等，如圖3所示，負(fù)載電壓的平均值為：</p><p>　　式中，為V處于通態(tài)的時間，為V處于斷態(tài)的時間；T為開關(guān)周期；為導(dǎo)通占空比，簡稱占空比或?qū)ū取?lt;/p><p>　　負(fù)載電流的平均值為： </p><p

21、>　　若負(fù)載中L值較小，則在V關(guān)斷后，到了時刻，如圖4所示，負(fù)載電流已衰減至零，會出現(xiàn)負(fù)載電流斷續(xù)的情況。由波形可見，負(fù)載電壓平均值會被抬高，一般不希望出現(xiàn)電流斷續(xù)的情況。</p><p><b>　　3.3 參數(shù)分析</b></p><p>　　單相橋式不可控整流電路如下圖5所示：</p><p><b>　　圖5 整流穩(wěn)壓部

22、分</b></p><p>　　如圖所示，將波動為20%的220V交流市電經(jīng)變壓器降至有效值為22V的交流電壓，匝數(shù)比為10：1。再經(jīng)過LC整流濾波，得到的輸出電壓為0.9=20V。濾波電路中電感和電容的選擇則根據(jù)輸出電壓的脈動系數(shù)來確定。一般要求脈動系數(shù)小于1%。</p><p><b>　　由</b></p><p><b

23、>　　1，，f=50Hz</b></p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　故取</b></p><p>　　L=100mH，C=10mF</p><p><b>　　驗算后得</b></p><p><

24、b>　　S=0.68%</b></p><p>　　欲使輸出電壓為穩(wěn)定的15V，應(yīng)在濾波電路后加穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路由限流電阻與穩(wěn)壓二極管組成，選擇穩(wěn)壓二極管反向擊穿電壓15V，型號ZM4744A, 1W/15V。限流電阻R經(jīng)經(jīng)驗計算，選取200。</p><p>　?。ǘ┲麟娐分行枰_定參數(shù)的元器件有IGBT、二極管、直流電源、電感、電容、電阻值的確定，其參數(shù)確定如下：

25、</p><p><b>　　(1)電源 </b></p><p>　　輸入電壓為15V，經(jīng)220V交流電整流得到</p><p><b>　　(2)電阻 </b></p><p>　　因為當(dāng)輸出電壓為5V時，額定負(fù)載電流為1A，所以由歐姆定律可得負(fù)載電阻值為5。</p><

26、p><b>　?。?）IGBT </b></p><p>　　由圖3易知當(dāng)IGBT截止時，回路通過二極管續(xù)流，此時IGBT兩端承受最大正壓為15V；而當(dāng)=1時，IGBT有最大電流，其值為 </p><p>　　考慮到1.5至2倍的裕量，故需選擇集電極最大連續(xù)電流，反向擊穿電壓

27、的IGBT，一般的IGBT都滿足要求。</p><p><b>　?。?）二極管 </b></p><p>　　其承受最大反壓15V，其承受最大電流趨近于20A，考慮2倍裕量，故需選擇，的二極管。</p><p><b>　?。?）電感 </b></p><p>　　由于正常工作時，（即D）為0.

28、3----0.4之間變化，要電流連續(xù)，則最小負(fù)載電流應(yīng)大于臨界電流，取最小負(fù)載電流。</p><p>　　當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時，有Vi—V0=</p><p>　　如果電路工作在電流連續(xù)和斷續(xù)的臨界狀態(tài)，則應(yīng)取</p><p><b>　　由此可得臨界電感為</b></p><p><b>　　由于</b>

29、</p><p><b>　　且</b></p><p><b>　　可得：</b></p><p>　　取D的最小值0.3，求得，由此可取電感大小為120H的電感。（可選用CD32系列非屏蔽貼片功率電感120H）</p><p><b>　?。?）開關(guān)頻率 </b></

30、p><p>　　選取較大的開關(guān)頻率可使輸出電壓更加穩(wěn)定，故選取 f=20KHz</p><p><b>　?。?）濾波電容 </b></p><p>　　設(shè)計要求輸出電壓紋波小于1%。根據(jù)輸出電壓紋波公式</p><p>　　由此選用200的電容。</p><p>　　取C=200，L=120H，

31、故有：</p><p><b>　　驗算：，滿足要求。</b></p><p><b>　　降壓斬波環(huán)節(jié)原理圖</b></p><p><b>　　四、控制電路設(shè)計</b></p><p>　　4.1 控制電路方案選擇</p><p>　　經(jīng)過查閱網(wǎng)上的

32、控制電路的設(shè)計，主要的思想是通過一片PWM產(chǎn)生裝置作為控制電路，并且加以輔助的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行反饋控制來穩(wěn)壓，其中一種運(yùn)用的比較成熟的方法是使用SG3525+IR2110作為一套控制+驅(qū)動電路。并且SG3525具有一定的過壓保護(hù)和過流保護(hù)的作用，并且可以進(jìn)行拓?fù)鋽U(kuò)展，因此這次設(shè)計選用SG3525A芯片作為主控制芯片。</p><p><b>　　4.2 工作原理</b></p>&

33、lt;p>　　本控制電路是以SG3525A為核心構(gòu)成, SG3525A為美國Silicon General 公司生產(chǎn)的專用，它采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案 ,內(nèi)部包含有精密基準(zhǔn)源,鋸齒波振蕩器,誤差放大器,比較器,分頻器和保護(hù)電路等.調(diào)節(jié)Ur 的大小,在11,14兩端可輸出兩個幅度相等,頻率相等,相位相差,占空比可調(diào)的矩形波(即PWM信號)。然后，將脈沖信號驅(qū)動電路，對微信號進(jìn)行升壓處理，再把經(jīng)過處理的電平信號送往IGBT，對其觸發(fā)

34、，以滿足主電路的要求。</p><p>　　4.3 控制芯片介紹以及參數(shù)確定</p><p>　　電壓調(diào)節(jié)芯片SG3525 具體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示。其中，腳16 為SG3525 的基準(zhǔn)電壓源輸出，精度可以達(dá)到（5.1±1％）V，采用了溫度補(bǔ)償，而且設(shè)有過流保護(hù)電路。腳5，腳6，腳7 內(nèi)有一個雙門限比較器，內(nèi)電容充放電電路，加上外接的電阻電容電路共同構(gòu)成</p>&

35、lt;p>　　SG3525 的振蕩器。振蕩器還設(shè)有外同步輸入端(腳3)。腳1 及腳2 分別為芯片內(nèi)誤差放大器的反相輸入端、同相輸入端。該放大器是一個兩級差分放大器，直流開環(huán)增益為70dB 左右。根據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)、靜態(tài)特性要求，在誤差放大器的輸出腳9 和腳1 之間一般要添加適當(dāng)?shù)姆答佈a(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　圖6 SG3525管腳圖&內(nèi)部框圖</p><p>　　SG35

36、25振蕩器及外部接線原理：</p><p>　　SG3525各引腳的具體功能</p><p>　　1.Inv.input(引腳1)：誤差放大器反向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)中，該引腳接反饋信號。在開環(huán)系統(tǒng)中，該端與補(bǔ)償信號輸入端（引腳9）相連，可構(gòu)成跟隨器。</p><p>　　2.Noninv.input(引腳2)：誤差放大器同向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)中，該端接給定

37、信號。根據(jù)需要，在該端與補(bǔ)償信號輸入端（引腳9）之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型的調(diào)節(jié)器。</p><p>　　3.Sync(引腳3)：振蕩器外接同步信號輸入端。該端接外部同步脈沖信號可實現(xiàn)與外電路同步。 </p><p>　　4.OSC.Output(引腳4)：振蕩器輸出端。</p><p>　　5.CT(引腳5)：振蕩器定時電容接入

38、端。</p><p>　　6.RT（引腳6）：振蕩器定時電阻接入端。</p><p>　　7.Discharge(引腳7)：振蕩器放電端。該端與引腳5之間外接一只放電電阻，構(gòu)成放電回路。 </p><p>　　8.Soft-Start(引腳8)：軟啟動電容接入端。該端通常接一只軟啟動電容。</p><p>　　9.Compensation(引

39、腳9)：PWM比較器補(bǔ)償信號輸入端。在該端與引腳2之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型調(diào)節(jié)器。</p><p>　　10.Shutdown(引腳10)：外部關(guān)斷信號輸入端。該端接高電平時控制器輸出被禁止。該端可與保護(hù)電路相連，以實現(xiàn)故障保護(hù)。</p><p>　　11Output A（引腳11）：輸出端A。引腳11和引腳14是兩路互補(bǔ)輸出端。</p>

40、<p>　　12.Ground(引腳12)：信號地。</p><p>　　13.Vc(引腳13)：輸出級偏置電壓接入端。</p><p>　　14.Output B（引腳14）：輸出端B。引腳14和引腳11是兩路互補(bǔ)輸出端。 </p><p>　　15.Vcc（引腳15）：偏置電源接入端。</p><p>　　16.Vref(引腳

41、16)：基準(zhǔn)電源輸出端。該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極好的基準(zhǔn)電壓。</p><p>　　通過查閱有關(guān)SG3525芯片的Datasheet，部分參數(shù)見圖7，我了解到了SG3525芯片的一些參數(shù)，并且參考數(shù)據(jù)手冊中給出的典型應(yīng)用電路我設(shè)計出了課程設(shè)計所需的硬件圖，見圖8，并且計算了相關(guān)的數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖7 SG3525A Datasheet局部參數(shù)</p><p&

42、gt;　　圖8 控制電路圖 </p><p>　　5V電壓通過2.5歐姆、2歐姆、0.5歐姆電阻分壓后輸入2號引腳；</p><p>　　Vin和Vc分別接入20V的電壓；</p><p><b>　　Sync懸空；</b></p><p>　　Vref通過分壓電阻給eam端分得2.55V的電壓，根據(jù)F=1/[CT*(

43、0.7RT+3RD)],設(shè)定輸出頻率為20KHZ，可以分別算得RT=12K歐，RD=200歐，CT=5.56nF；</p><p>　　soft腳接4.7uF電容，然后接地進(jìn)行軟啟動；</p><p>　　通過1腳和9腳之間的電容，9腳可以將1腳與2腳（基準(zhǔn)電壓2.55V）之間的誤差進(jìn)行積分累加，以此來消除因輸出電壓不穩(wěn)定造成的電壓誤差。在正常情況下1腳的輸入是2.5V，9腳的輸入電壓0.

44、9—3.3V，占空比0%—49%，計算輸出PWM的占空比：</p><p>　　剛好是33%，根據(jù)計算R1=R2=100K歐 ，C1=318pF，可以在一定程度上起到過電壓保護(hù)的作用。</p><p>　　Shutdown端通過外接電路進(jìn)行過電流保護(hù)作用。 </p><p><b>　　五、驅(qū)動電路設(shè)計</b></p><p

45、>　　5.1 驅(qū)動電路方案選擇</p><p>　　IGBT驅(qū)動電路主要有3種典型的電路：</p><p>　　（a） 阻尼濾波門極驅(qū)動電路</p><p>　　為了消除可能的振蕩現(xiàn)象，IGBT的柵射極間接上RC網(wǎng)絡(luò)組成阻尼濾波器且連線采用雙絞線。</p><p>　　（b） 光耦合器門極驅(qū)動電路</p><p>

46、;　　驅(qū)動電路的輸出級采用互補(bǔ)電路的型式以降低驅(qū)動源內(nèi)阻，同時加速IGBT的關(guān)斷過程。</p><p>　?。╟）脈沖變壓器直接驅(qū)動IGBT的電路</p><p>　　由于是電磁隔離方式，驅(qū)動級不需要專門直流電源，簡化了電源結(jié)構(gòu)。</p><p>　　在功率變換裝置中，根據(jù)主電路的結(jié)構(gòu)，起功率開關(guān)器件一般采用直接驅(qū)動和隔離驅(qū)動兩種方式.美國IR公司生產(chǎn)的IR2110

47、驅(qū)動器，兼有光耦隔離和電磁隔離的優(yōu)點，是中小功率變換裝置中驅(qū)動器件的首選?？梢钥闯?，IR2110芯片集成了以上幾種驅(qū)動電路的優(yōu)點。</p><p><b>　　5.2 工作原理</b></p><p>　　圖11 IR2110內(nèi)部框圖</p><p>　　IR2110引腳功能及特點簡介 </p><p>　　LO（引腳1

48、）:低端輸出 </p><p>　　COM（引腳2）:公共端 </p><p>　　Vcc（引腳3）:低端固定電源電壓 </p><p>　　Nc（引腳4）: 空端 </p><p>　　Vs（引腳5）:高端浮置電源偏移電壓 </p><p>　　VB (引腳6):高端浮置電源電壓 </p><p&

49、gt;　　HO（引腳7）:高端輸出 </p><p>　　Nc（引腳8）: 空端 </p><p>　　VDD（引腳9）:邏輯電源電壓 </p><p>　　HIN（引腳10）: 邏輯高端輸入 </p><p>　　SD（引腳11）:關(guān)斷 </p><p>　　LIN（引腳12）:邏輯低端輸入 </p>

50、<p>　　Vss（引腳13）:邏輯電路地電位端，其值可以為0V </p><p>　　Nc（引腳14）:空端 </p><p>　　IR2110的特點： </p><p>　?。?）具有獨立的低端和高端輸入通道。 </p><p>　　（2）懸浮電源采用自舉電路，其高端工作電壓可達(dá)500V。 </p><p&g

51、t;　?。?）輸出的電源端（腳3）的電壓范圍為10—20V。 </p><p>　　（4）邏輯電源的輸入范圍（腳9）5—15V，可方便的與TTL，CMOS電平相匹配，而且邏輯電源地和功率電源地之間允許有 V的便移量。 </p><p>　?。?）工作頻率高，可達(dá)500KHz。 </p><p>　?。?）開通、關(guān)斷延遲小，分別為120ns和94ns。 </p&

52、gt;<p>　?。?）圖騰柱輸出峰值電流2A。 </p><p>　　IR2110的工作原理： </p><p>　　IR2110內(nèi)部功能由三部分組成：邏輯輸入；電平平移及輸出保護(hù)。如上所述IR2110的特點，可以為裝置的設(shè)計帶來許多方便。尤其是高端懸浮自舉電源的設(shè)計，可以大大減少驅(qū)動電源的數(shù)目，即一組電源即可實現(xiàn)對上下端的控制。 </p><p>

53、　　下圖圖12是我設(shè)計的IR2110的框圖 ,根據(jù)查閱IR2110的相關(guān)數(shù)據(jù)手冊和典型電路，對各管腳的接線和元器件的參數(shù)進(jìn)行的排版和計算。VB和VS之間接10uF電容并且通過二極管接電源，VCC和COM之間接10uF電容，VSS和VDD之間接10uF電容然后接電源，HO懸空，LO輸出PWM，SD接地，LIN作為PWM輸入。</p><p>　　圖12 IR2110設(shè)計圖</p><p>&

54、lt;b>　　六、保護(hù)電路設(shè)計</b></p><p>　　6.1 過壓保護(hù)電路</p><p>　　阻容保護(hù)（保護(hù)IGBT）</p><p>　　當(dāng)達(dá)到—定電壓值時，自動開通保護(hù)電路，使過壓通過保護(hù)電路形成通路，消耗過壓儲存的電磁能量，從而使過壓的能量不會加到主開關(guān)器件上，保護(hù)了電力電子器件。為了達(dá)到保護(hù)效果，可以使用阻容保護(hù)電路來實現(xiàn)。<

55、/p><p>　　阻容保護(hù)電路圖13如下：</p><p>　　圖13 阻容保護(hù)電路圖</p><p>　　將電容并聯(lián)在回路中，當(dāng)電路中出現(xiàn)電壓尖峰電壓時，電容兩端電壓不能突變的特性，可以有效地抑制電路中的過壓。與電容串聯(lián)的電阻能消耗掉部分過壓能量，同時抑制電路中的電感與電容產(chǎn)生振蕩。</p><p><b>　　電容選值 &

56、lt;/b></p><p>　　操作過電壓，其實質(zhì)是開關(guān)開端時產(chǎn)生的電磁能量震蕩過程。在回路中沒有保護(hù)器存在時，總電容值很小，導(dǎo)致震蕩頻率f很高。電容的引入，可以大大提高回路總電容值，降低震蕩頻率。最佳的效果應(yīng)是降低頻率正好到工頻（50Hz）。 根據(jù)多年運(yùn)行經(jīng)驗，取電容0.1μF時，一般可以將f限制在150Hz以下，因此0.1μF就成為一個比較通用的值。</p><p>

57、<b>　　電阻選值</b></p><p>　　R不應(yīng)小于其臨界值，否則對降低頻率不利。存在電阻值不應(yīng)小于100Ω的說法。故此處選用200。</p><p><b>　　負(fù)載過壓保護(hù)</b></p><p>　　利用控制電路中的控制芯片SG3525A自帶的功能可實現(xiàn)過壓保護(hù)，即通過比較負(fù)載電壓和基準(zhǔn)電壓，來控制SG352

58、5A輸出的觸發(fā)脈沖的占空比，若占空比下降，則主電路輸出電壓（負(fù)載電壓）就會下降。從而達(dá)到避免出現(xiàn)過壓的現(xiàn)象。此保護(hù)電路具有負(fù)反饋功能，可以自我調(diào)節(jié)，使主電路輸出電壓穩(wěn)定。</p><p>　　6.2 過流保護(hù)電路</p><p><b>　　熔斷器</b></p><p>　　過流保護(hù)的方法比較多，比較簡單的方法是一般采用添加FU熔斷器來限制電

59、流的過大，防止IGBT的破壞和對電路中其他元件的保護(hù)。</p><p><b>　　過流保護(hù)電路</b></p><p>　　過流保護(hù)電路如圖14所示。</p><p>　　圖14 過流保護(hù)電路</p><p>　　如圖14，左側(cè)為放大器，放大器正相端接負(fù)載上的電流反饋（取反饋的方法為：在負(fù)載中串一個小電阻，將電流取樣）

60、，反相串1k電阻接地。反相端電阻R=1k，9k電阻跨接在輸出端與反相端之間。由放大器運(yùn)算公式：，可知信號放大了10倍。放大后的信號與基準(zhǔn)電壓5.1V進(jìn)行比較，若小于等于基準(zhǔn)值，則輸出低電平，若高于基準(zhǔn)值，則輸出高電平。使10端上的信號為高電平，PWM瑣存器將立即動作，禁止SG3525的輸出，同時，軟啟動電容將開始放電。如果該高電平持續(xù)，軟啟動電容將充分放電，直到關(guān)斷信號結(jié)束，才重新進(jìn)入軟啟動過程，使輸出電壓降低，同時降低電流的大小。從而

61、達(dá)到了過電流保護(hù)的效果。</p><p><b>　　七、系統(tǒng)仿真及結(jié)論</b></p><p>　　根據(jù)課程設(shè)計要求，采用matlab中的simulink仿真對此DC-DC變換器進(jìn)行仿真，控制電路及驅(qū)動電路產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖由pulse generator代替，單相橋式不可控電路在此省略。在輸入端加15V直流電壓源。</p><p>　?。?）

62、按原理圖在MATLAB中搭建模塊，搭建好的模型圖15如下 </p><p><b>　　圖15</b></p><p><b>　　調(diào)試與結(jié)果分析 </b></p><p>　　由于對matlab中的simulink并不是那么熟悉，所以剛開始進(jìn)行仿真時遇到了一些問題，如示波器的橫縱坐標(biāo)調(diào)節(jié)、仿真速度過慢、圖像顯示區(qū)域不全等

63、，所幸后來依靠百度以及同學(xué)的幫助都順利解決了。</p><p>　　接下來簡要敘述在simulink中的各類參數(shù)的設(shè)置：</p><p>　　脈沖周期：5e-5（即5*10^-5s）</p><p><b>　　仿真時間：5e-3</b></p><p><b>　　DC：15</b></p&

64、gt;<p><b>　　R：5</b></p><p><b>　　L：1.2e-4</b></p><p><b>　　C：2.0e-4</b></p><p>　　IGBT：正向壓降為1V</p><p>　　1、以下是占空比為33%時的各個波形圖：<

65、/p><p>　　因為觸發(fā)脈沖波形為矩形波，scope1測得的電壓為二極管兩段電壓，考慮到IGBT正向?qū)ㄓ?V的壓降，二極管正向?qū)〞r有0.8V的壓降，故IGBT開通時，此電壓值為14V，IGBT關(guān)斷時，此電壓值為 -0.8V，波形如下所示。</p><p>　　由上至下，依次為二極管電流，電感電流，電容電流，負(fù)載電流。波形與書本理論值一致。</p><p>　　接下

66、來是輸出電壓的波形圖</p><p>　　2、調(diào)節(jié)占空比為39%時</p><p>　　由占空比為33%的輸出波形圖可以看出，此時的輸出電壓大致為4V左右，與我們預(yù)想的5V仍然是有差距的，也可能是由于計算中的誤差、晶體管中的緩沖電阻緩沖電容等、儀表電阻等各類因素造成的，所以造成了較大的誤差。通過不斷地從33%起增大占空比直至39%，此時輸出的電壓才為5V，實驗數(shù)據(jù)如圖所示。</p&g

67、t;<p><b>　　總電路原理圖</b></p><p>　　（由于橫版圖片太小，故放上了豎版）</p><p><b>　　九、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1].王兆安.電力電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2009 </p><p>　　[2].羅桂娥.模擬電子

68、技術(shù)基礎(chǔ)[M].長沙：中南大學(xué)出版社，2004</p><p>　　[3].羅桂娥.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].長沙：中南大學(xué)出版社，2004</p><p>　　[4].鐘炎平.電力電子電路設(shè)計[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2010</p><p>　　[5].黃京.電工原理的MATLAB實現(xiàn)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2012</p><p