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降压斩波电路课程设计 湖南工程学院

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一:整体设计思路:
电力电子器件在实际应用中,主要包括控制电路、驱动电路、主电路以及必要的保护电路组成的一个 系统。由信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号,通过驱动电路去控制主电路中 电力电子器件的开通与关断完成整个电路的功能,当控制电路所产生的控制信号足以驱动电力电子开关工 作后就无需驱动电路。(主电路核心器件为 MOSFET V,利用控制电路的控制信号来控制其开通关断,获得 不同的占空比从而得到所需的电压;控制电路核心元件为 SG3525,该元件可产生占空比可调的矩形波,用 以控制 MOSFET V 的通断;驱动电路主要是光电耦合电路,连接控制部分和主电路的桥梁。)
根据降压斩波电路设计要求设计出主电路、控制电路、驱动电路框图如下所示:

整流电路 路

控制电路 驱动电路 主电路

二:电路的设计
1:主电路的设计
直流降压斩波电路主电路使用一个全控型器件 IGBT 控制导通,利用控制电路和驱动电路来控制 IGBT 的通断,当 t=0 时,驱动 IGBT 导通,电源向负载供电,负载电压为电源电压时,负载电流 io 按指数曲线 上升。当 t=t1 时刻控制 IGBT 关断负载电流经二极管续流,负载电压 uo *似为零,负载电流呈指数曲线下 降。其中电感 L 值较大。至一个周期结束,在驱动 IGBT 导通,重复上述过程当电路工作稳定时,负载电 压的*均值为
Uo=Ton*E/Ton+Toff=Ton*E/T=α E =
(加书上 120 页 B 图) 式中,Ton 为 IGBT 开通时间,Toff 为 IGBT 关断时间,α 为导通占空比,简称占空比或导通比。α 的减小

Uo 随之减小,因此该电路称为降压斩波电路(buck 电路)。 直流降压斩波主电路图如下所示:
MOSFET V 的 G 和 S 端与驱动电路连接
2:控制电路设计
控制电路需要实现的功能是产生控制信号,用于控制斩波电路中主功率器件的通断,通过对占空比的 调节达到控制输出电压大小的目的。
斩波电路的控制方式包括脉冲宽度调制、频率调制(调频型)和混合型三种,此处用到的是PWM(脉 冲宽度调制)来控制IGBT的通断。PWM控制就是对脉冲宽度进行调制的技术,通过改变脉冲的占空比来 获得所需的输出电压。
选用SG3525芯片来输出PWM波,SG3525A产生脉冲波形的各引脚和外接电路如图3所示,15脚接高电 *,8脚接低电*,16脚为基准电压一般为5.1V。5,6,7脚接震荡电路,利用电阻,电感,电容。形成震 荡电路,调整电位器使其产生占空比适中的脉冲波形输出。
震荡电路中C, R 的选取,起震荡频率应接*或大于开*德剩士裳∪=0.01uf,R=5.1k的电阻, 使其产生占空比为0.5-0.75的方波脉冲信号;
降压斩波电路控制电路图如下所示:
其中11和14脚通过二极管接到一起,与驱动电路相连接

SG3525 引脚及功能如下图所示,
1. 引脚功能 1. Inv.input(引脚 1):误差放大器反向输入端。在闭环系统中,该引脚接反馈信号。在开环系统中,该 端与补偿信号输入端(引脚 9)相连,可构成跟随器。 2.Noninv.input(引脚 2):误差放大器同向输入端。在闭环系统和开环系统中,该端接给定信号。根据需 要,在该端与补偿信号输入端(引脚 9)之间接入不同类型的反馈网络,可以构成比例、比例积分和 积分等类型的调节器。 3.Sync(引脚 3):振荡器外接同步信号输入端。该端接外部同步脉冲信号可实现与外电路同步。 4.OSC.Output(引脚 4):振荡器输出端。 5.CT(引脚 5):振荡器定时电容接入端。 6.RT(引脚 6):振荡器定时电阻接入端。 7.Discharge(引脚 7):振荡器放电端。该端与引脚 5 之间外接一只放电电阻,构成放电回路。 8.Soft-Start(引脚 8):软启动电容接入端。该端通常接一只 5 的软启动电容。 9.Compensation(引脚 9):PWM 比较器补偿信号输入端。在该端与引脚 2 之间接入不同类型的反馈网络, 可以构成比例、比例积分和积分等类型调节器。 10.Shutdown(引脚 10):外部关断信号输入端。该端接高电*时控制器输出被禁止。该端可与保护电路 相连,以实现故障保护。 11.Output A(引脚 11):输出端 A。引脚 11 和引脚 14 是两路互补输出端。 12.Ground(引脚 12):信号地。 13.Vc(引脚 13):输出级偏置电压接入端。 14.Output B(引脚 14):输出端 B。引脚 14 和引脚 11 是两路互补输出端。 15.Vcc(引脚 15):偏置电源接入端。 16.Vref(引脚 16):基准电源输出端。该端可输出一温度稳定性极好的基准电压。

2. 工作原理:
SG3525 内置了 5.1V 精密基准电源,微调至 1.0%,在误差放大器共模输入电压范围内,无须外接 分压电组。SG3525 还增加了同步功能,可以工作在主从模式,也可以与外部系统时钟信号同步,为设 计提供了极大的灵活性。在 CT 引脚和 Discharge 引脚之间加入一个电阻就可以实现对死区时间的调节 功能。由于 SG3525 内部集成了软启动电路,因此只需要一个外接定时电容。 SG3525 的软启动接入端(引脚 8)上通常接一个 5 的软启动电容。上电过程中,由于电容两端的电压 不能突变,因此与软启动电容接入端相连的 PWM 比较器反向输入端处于低电*,PWM 比较器输出高 电*。此时,PWM 琐存器的输出也为高电*,该高电*通过两个或非门加到输出晶体管上,使之无法 导通。只有软启动电容充电至其上的电压使引脚 8 处于高电*时,SG3525 才开始工作。由于实际中, 基准电压通常是接在误差放大器的同相输入端上,而输出电压的采样电压则加在误差放大器的反相输 入端上。当输出电压因输入电压的升高或负载的变化而升高时,误差放大器的输出将减小,这将导致 PWM 比较器输出为正的时间变长,PWM 琐存器输出高电*的时间也变长,因此输出晶体管的导通时 间将最终变短,从而使输出电压回落到额定值,实现了稳态。反之亦然。 外接关断信号对输出级和软启动电路都起作用。当 Shutdown(引脚 10)上的信号为高电*时,PWM 琐存器将立即动作,禁止 SG3525 的输出,同时,软启动电容将开始放电。如果该高电*持续,软启 动电容将充分放电,直到关断信号结束,才重新进入软启动过程。注意,Shutdown 引脚不能悬空,应 通过接地电阻可靠接地,以防止外部干扰信号耦合而影响 SG3525 的正常工作。 欠电压锁定功能同样作用于输出级和软启动电路。如果输入电压过低,在 SG3525 的输出被关断同时, 软启动电容将开始放电。 此外,SG3525 还具有以下功能,即无论因为什么原因造成 PWM 脉冲中止,输出都将被中止,直到下 一个时钟信号到来,PWM 琐存器才被复位。
3:驱动电路设计
IGBT 是电力电子器件,控制电路产生的控制信号难以直接驱动 IGBT,因此需要信号放大的电路。 另外直流斩波电路会产生电磁干扰,会影响控制电路正常工作甚至导致电力电子器件的损坏,因而还需待 电气隔离部分。驱动电路是连接控制电路和主电路的桥梁。
采用光耦隔离式驱动电路,岂提供的脉冲宽度不受限制,较易检测 IGBT 的电压和电流状态,对外送 出电流信号,使用方便稳定性能较好,驱动电路采用的光耦电路(光耦合器由发光二极管和光敏电阻晶体 管组成)进行主电路和控制电路隔离,再加一级推挽电路放大驱动信号使之足以驱动 IGBT。为得到最佳波 形,在调试的过程中对光耦两端的电阻要进行合理搭配。
驱动电路图如下所示:

用于连接主电路和控制电路的桥梁,用到光耦隔离起到电气隔离的作用;推免电路起到放大控制信号以驱 动主电路.
三:整体电路图
整体电路图如下所示:

四:总结与体会
经过两周的电力电子课程设计,真的受益匪浅,




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