降压斩波电路1Word格式文档下载.docx
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电枢电流:
0.55A励磁电流:
0.32A
图1-1降压斩波电路的原理图
图1-1降压斩波电路图中各器件选型为:
MOS管型号:
IRF510A(100V/5.6A)续流二极管D:
DR200(50V/2A)
L:
取39mHC:
36uF
2、隔离驱动
图1-2是一种采用光耦合隔离的由V2、V3组成的驱动电路。
当控制脉冲使光耦关断时,光耦输出低电平,使V2截至,V3导通,MOSFET在DZ1反偏作用下关断。
当控制脉冲使光耦导通时,光耦输出高电平,使V2导通,V3截至,经VCC、V2、RG产生的正向驱动电压使MOS管开通。
光耦选择高速光耦6N137。
电源+VCC可由DC/DC芯片提供。
图1-2驱动电路图
V2:
9013V3:
9012
3、模拟控制
降压斩波电路的模拟控制采用PWM控制芯片SG3525组成的PWM发生电路输出PWM控制信号,控制MOS管的导通和关断。
图1-3给出了该芯片的引脚功能及应用电路。
(a)SG3525的引脚
(b)SG3525的应用电路
图1-3PWM控制芯片SG3525
4.PWM脉冲调制器电路原理图
(1)当UR=0V时的波形图(占空比为50%)
图1-4
(2)当UR变化,则占空比必然变化,UR增大,Uo1变宽。
5.UR电压的产生
(1)由题目要求决定,例如手动产生UR电压,可用电阻分压器给出。
(2)若给定UR是一个波形,则应设计相应的积分电路控制给出上图波形。
(3)二者兼容,可用纽子开关手动选择。
图1-5
6.模拟反馈控制
图1-6为降压斩波电路双闭环反馈控制电路图。
其中内环为电流环,外环为电压环。
图1-6降压斩波电路双闭环反馈控制电路图
电压取样:
在强电中一般使用电压变送器或传感器加调理电路,低电压一般用分压电阻取样。
电流取样:
在强电中一般用电流变送器或传感器,低电压中一般用串联电阻取样。
7.数字控制
(1)一般在使DSP芯片时由于速度快,可选带有PWM产生的芯片;
(2)MSP430也可以直接产生PWM波形,即由A/D采集主回路电压、电流后,直接运算后产生PWM波形;
(3)如果使用MCS-51芯片,可采用A/D采集主回路的电压和电流信号,然后经运算后由D/A输出UR送到SG3525产生闭环的PWM波形。
而电流短路保护则应硬件直接封锁PWM波,限流保护仍由单片机承担。
鉴于学生的知识结构,选择模式(3),选择传感器或变送器采样方式。
图1-7给出了采用数字控制方式的降压斩波电路双闭环反馈控制电路图。
MCS-51单片机与上位机通过RS232串口连接,可在线调试。
图1-7降压斩波电路双闭环反馈控制电路图
二、升压斩波电路
升压斩波电路(BoostChopper)
升压斩波电路(BoostChopper)的原理图如图2-1所示。
输入电压
取0~15V直流电压,输出直流电压15~36V,电流2A。
图2-1Boost升压斩波电路原理图
图2-1中各器件选型:
8.2mHC1、C2:
36uF
Boost升压斩波电路有电感电流连续和电感电流断续两种工作状态,当电路工作于电感电流连续模式时,电路的工作波形如图2-2所示。
图2-2Boost升压斩波电路电感电流连续工作时的波形
如上图所示,Boost升压斩波电路工作于电感电流连续模式时,电路在一个开关周期内相继经历了两个开关状态,其各时段的工作状态描述如下:
-
时段:
开关MOS管导通,电压
向电感L充电,电感电流不断增大,续流二极管D此时处于关断状态,同时电容C2上的电压向负载供电。
开关MOS管关断,续流二极管D导通,整流电压
和电感L通过续流二极管D共同向电容C2充电,并向负载提供能量,电感电流不断减小。
Boost升压斩波电路工作于电感电流连续模式时有:
(2-1)式中:
T——MOS管的一个开关周期;
——MOS管在一个开关周期内处于通态的时间;
——MOS管在一个开关周期内处于断态的时间;
D——占空比,
。
由式(2-9)可知,当占空比
时,
,所以应避免占空比D过于接近1,以免斩波电路输出电压过高造成电路损坏。
当Boost升压斩波电路工作于电感电流断续模式时,电路的工作波形如图2-6所示。
图2-3Boost升压斩波电路电感电流断续工作时的波形
如上图所示,Boost升压斩波电路工作于电感电流断续模式时,电路在一个开关周期内相继经历了三个开关状态,其各时段的工作状态描述如下:
开关MOS管导通,整流电压
开关MOS管仍处于断态,在
时刻电感电流减小到0;
续流二极管D关断,电感电流将保持零值到
时刻,且电感两端的电压也为零,在这一时段,开关MOS管两端的电压等于输入的直流电压
,同时负载由电容C2提供能量。
Boost升压斩波电路工作于电感电流断续模式时有:
(2-2)
式中:
(2-3)
升压斩波电路与降压斩波电路相比,只有主电路结构不同,而隔离驱动、模拟控制及数字控制电路与降压斩波电路相同。
三、大功率开关电源
1、全桥DC-DC隔离型
图3-1给出了全桥隔离型大功率开关电源电路。
输入为36V直流电压。
变压器变比为N。
当滤波电感电流连续时,有
(3-1)
为变压器变比,T为开关周期,
为开关导通时间。
如果输出电感电流不连续,输出电压将高于式(3-1)的计算值,并随负载减小而升高,在负载电流为零的极限情况下,有
(3-2)
图3-1全桥DC-DC隔离型电源
全桥隔离型大功率开关电源电路中的开关器件都选用MOS管,图3-1中各器件选型:
IRF510A(100V/5.6A)C1、C2:
电抗器L:
2mH
2、驱动电路
采用两片IR2110浮地驱动,图3-1中的同一个桥臂的上下两个MOS管由一片IR2110驱动。
美国IR公司生产的IR2110驱动器。
它兼有光耦隔离(体积小)和电磁隔离(速度快)的优点,是中小功率变换装置中驱动器件的首选品种。
IR2110采用HVIC和闩锁抗干扰CMOS制造工艺,DIP14脚封装。
具有独立的低端和高端输入通道;
悬浮电源采用自举电路,其高端工作电压可达500V,dv/dt=±
50V/ns,15V下静态功耗仅116mW;
输出的电源端(脚3,即功率器件的栅极驱动电压)电压范围10~20V;
逻辑电源电压范围(脚9)5~15V,可方便地与TTL,CMOS电平相匹配,而且逻辑电源地和功率地之间允许有±
5V的偏移量;
工作频率高,可达500kHz;
开通、关断延迟小,分别为120ns和94ns;
图腾柱输出峰值电流为2A。
IR2110驱动电路如图3-2所示。
图3-2IR2110驱动电路
IR2110本身不带死区,需要加死区延时控制电路,如图3-3所示。
RDC死区电路可以使信号的上升沿延时,而下降沿不变,从而产生死区时间。
图3-3死区延时控制电路
图3-1中drv1与drv4的控制信号为PWM1_OUT,drv3与drv2的控制信号为PWM2_OUT。
全桥DC/DC隔离型开关电源双闭环模拟控制电路如图3-4所示。
内环为电流环,电流取输出滤波电感的电流,外环为电压环,电压取输出电压。
图3-4全桥DC/DC隔离型开关电源双闭环模拟控制电路
4、数字控制
采用MCS-51单片机,纯软件可省去SG3525,采用桥控硬件延时电路。
全桥DC/DC隔离型开关电源双闭环数字控制电路如图3-5所示。
图3-5全桥DC/DC隔离型开关电源双闭环数字控制电路
四、全桥整流/逆变型电源
全桥逆变电路如图4-1所示。
输入为36V直流电压,可分为正弦波恒压输出和正弦波恒流输出两种。
图4-1全桥逆变电路
全桥逆变电路中的开关器件都选用MOS管,型号为:
IRF510A(100V/5.6A)。
2mHC1:
36uFC2:
12uF
2、驱动电路(IR2110)
IR2110的驱动电路及死区延时控制电路见图3-2与图3-3所示。
图4-1中drv1与drv4的控制信号为图3-3中的PWM1_OUT,drv3与drv2的控制信号为PWM2_OUT。
3、数字控制
采用MCS-51单片机,纯软件省去SG3525,闭环数字控制电路分为正弦波恒压输出和正弦波恒流输出两种,如图4-2和图4-3所示。
正弦波恒压输出采用电压闭环反馈控制方式,正弦波恒流输出采用电流闭环反馈控制方式。
电压电流值均采用变送器测得,然后经过电压跟随,送入AD。
单片机读取AD获得的电压电流值,经过相应的算法程序运算,输出PWM波给驱动电路,控制MOS管的通断状态,获得希望的输出电压电流波形。
图4-2全桥整流/逆变型电源正弦波恒压输出时的闭环控制电路
图4-3全桥整流/逆变型电源正弦波恒流输出时的闭环控制电路
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