电力电子技术课程设计
院系： 信息科学工程学院
题目： 升压斩波电路设计
专业： 电气工程动化
班级： 学号： 姓名：
班级： 学号： 姓名：
班级： 学号： 姓名：
指导老师：
20142015学年 第学期
目录
引言 3
二设计目求方案 3
21设计目 3
22设计求 3
23设计方案 4
三电路设计 5
31电路方案 5
32元器件参数选择计算 6
321功率开关V选择 6
322二极VD选择 7
323储电感L选择 8
324输出滤波电容C选择 8
325参数计算 9
四控制驱动电路设计 10
41控制电路设计 10
411 SG3525工作原理 10
412控制电路方案选择 11
42驱动电路设计 13
421 TLP521资料 13
422驱动电路方案选择 14
五保护电路设计 15
51流保护电路 15
52压保护电路 16
53热保护电路 17
六部分仿真波形 18
七方案改进 20
71改进型升压斩波电路 20
72缓电路设计 20
73利单片机设计控制电路 21
八设计总结 22
九附录 23
91元器件清单 23
92参考文献 24
93附图 25
引言
直流直流交流电路固定直流电压变换成变直流电压称直流斩波作直流变压器直流斩波电路(DC Chopper)般指直接直流变成直流情况包括直流交流直流情况直流斩波电路种类包括6种基木斩波电路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Zeta斩波电路前两种基电路设计升压斩波电路Boost Chopper升压斩波电路该电路目前典型应直流电动机传动二作单相功率数校正(Power Factor Correction PFC)电路三交直流电源中设计设计升压斩波电路求输入定直流电压升压斩波电路实现定范围调直流电压输出
二设计目求方案
21设计目
1）培养文献检索力特利Internet检索需文献资料
2）培养综合分析问题发现问题解决问题力
3）培养运知识力工程设计力
4）提高课程设计报告撰写水
22设计求
课题：升压斩波电路设计
求：1输入直流电压：Ud40V
2开关频率100KHz
3输出电压范围80V~120V
4输出电压纹波：1
5输出电流：5A
6具流保护功动作电流：6A
7具稳压功
23设计方案
升压斩波电路意调直流电转换稳定直流电压稳定直流电压转换调范围输出根题目求电路采Boost Chopper通合适取电阻电感采调节占空方法调节输出电压通合适选取电容值达纹波指标时稳定输出电压外加合适流保护电路防止器件损坏
电力电子器件实际应中般控制电路驱动电路保护电路电力电子器件核心电路组成系统信息电子电路组成控制电路系统工作求形成控制信号通驱动电路控制电路中电力电子器件导通者关断完成整系统功控制电路产生控制信号够足驱动电力电子开关时需驱动电路根升压斩波电路设计务求需设计电路控制电路驱动保护电路
方案原理框图：
滤波整流电路
升压斩波电路（电路）
保护电路
控制电路
驱动电路
根原理框图学知识设计致电路原理图：（包含具体控制电路驱动电路保护电路）
三电路设计
31电路方案
设计构思：根设计求需设计升压斩波电路根学知识运基斩波电路Boost Chopper作电路方案通直流电变固定电压调电压直流电电路整体较简单种方案直流变流电路中增加交流环节先直流变交流交流变直流方案该简单电路变更加复杂综合述选择前者方案电路
图电路原理图：
0
iGE
0
io
I1
升压斩波电路工作原理
假设电路中电感L值电容C值V处接通态时电源E电感L充电充电电流基恒定I1时电容c电压负载R供电C值基保持输出电压恒定值记Uo设V处接通态时间ton阶段电感L积蓄量E·Il·ton处断开时EL电容C充电负载R提供量设V处断开时间tof时间电感L释放量电路工作处静态时周期T中电感L积蓄量释放量相等
化简：
式中输出电压高电源电压称升压斩波电路升压斩波电路电力电子工程中变换器式中表示升压通常调节改变输出电压Uo调节方法控制始终1保持 实际电路中通电容C作输出电压认保持变电容C值足够时误差基忽略点说升压斩波电路成直流变压器
电感电流连续断续电流电压波形图
32元器件参数选择计算
321功率开关V选择
功率开关选择首先应该根输入条件输入电压电流工作场合负载特性等确定常全控型器件IGBTMOSFETGTR等确定功率类型型号选择应该遵循原：
1）功率开关V导通饱压降Uces越越
2）功率开关V截时反漏电流Ico越越
3）功率开关V高频特性
4）功率开关V开关时间短转换速度快
5）功率开关V基极驱动功率
6）功率开关V集电极电压额定值需足够
IGBT升降压斩波电路直流斩波中基种电路IGBT作全控型器件升降压斩波电路直流直流降压升压变换IGBT（绝缘栅双极晶体）典型全控型器件兼MOSFET高输入阻抗GTR低导通压降两方面优点GTR饱压降低载流密度驱动电流较MOSFET驱动功率开关速度快导通压降载流密度IGBT综合两种器件优点驱动功率饱压降低功率开关V选择IGBT
（1） 集电极电压Uceo：
原理图知V承受电压截电压Ui考虑输入电压具10波动储电感L反峰尖刺电压额定值20V承受电压实际11*12Ui＝132Ui通常选择功率开关留定富余量选80额定电压值132Ui＝08Uceo根输出电压输入电源关系Uo＝Ui·1(1D)
（2） 集电极电流Ic：
功率开关V导通期间流功率开关V电流期间流储电感L中电流输入电流Ii考虑电路中功率损耗IiIo·UoUi选择功率开关V集电极电流选择集电极电压样留定余量般工作电流取80％额定电流值公式应 08IcIi＝Io·UoUiIo·1(1D)
322二极VD选择
（1）反耐压Ud：
功率开关V导通期间二极VD反偏置截止时二极VD承受电压输出电压Uo(功率开关V正饱电压忽略)外二极耐压值般应留20％富余量二极VD反耐压Ud应：
（2）正导通电流Id：
功率开关V截止期间二极VD正偏置导通时流二极VD电流Id正电流Ii流储电感L电流IiIiIo·UoUi通常选择二极VD正工作电流时应留较富余量降低正常工作时热量通常富余量50％解式出二极VD正导通电流Id 2Io·UoUi2Io(1D)
（3）正导通功率损耗Pd：
功率开关V截止期间二极VD正偏置导通电流Id设二极VD正导通压降Us二极VD正导通功率损耗Pd式计算
式中出想降低二极VD正常工作时热量面说选择正导通电流Id时留较富余量外减二极VD正导通压降Us非常
效方法具非常低正导通压降肖特基二极（SBD）首选象
Roost Chopper变换中升压二极反恢复会限制开关频率提高时引起较反恢复损耗高didt产生电磁干扰肖特基二极器件短载流子寿命减反恢复电流峰值缩短关断时间素IGBT普通二极组合中IGBT开通时会出现开通电流峰值达24 A开通损耗较时IGBT达稳态电流时间较长系统频率受限制IGBT肖特基二极组合电流升基没电流现象峰值5AIGBT普通二极组合中二极关断时会出现反关断电流峰值达18 A关断损耗较IGBTSBD组合中二极反恢复电流峰值约1A选择肖特基二极仅降低二极VD工作时热量效减反恢复电流峰值缩短关断时间减损耗（SIC肖特基二极升压斩波电路中应分析雷海峰温家良金锐刘明光 1北京交通学北京100044 2中国电力科学研究院北京100192）
323储电感L选择
功率开关V导通Ton期间储电感L电流增加量应功率开关V截止Toff期间储电感L电流减少量相等 △Il(+)△Il() 式中(+)表示增加量()表示减少量储电感L电流转换周期变化峰峰值：
实际设计应中储电感L峰峰值电流Ii+△Il／2应均电流20避免储电感L磁饱达限制功率开关V峰值电流峰值电压功率损耗目般选择△Il14Ii
求稳压电源转换效率输出电流Io占空D工作频率F关计算储电感L实际公式作推导已知稳压电源转换效率输入功率Ui·Ii输出功率Io·Uo间关系式
整理储电感L实际计算公式：
里然推导出升压斩波电路中储电感L较实实际计算公式实际应调试中存着储电感L电感量应界电感量Lc问题保证负载电流电路够连续实际电感量应取界电感量Lc Uo·D(1D) ²（2·f·Io）
324输出滤波电容C选择
(1)电容容量：
输出电压稳定设计恒定电压值Uo时输出电流Io功率开关V导通期间负载电阻R全部电流Io滤波电容C提供时滤波电容C电流等稳压电源输出电流Io滤波电容C电压变化量输出电压纹波电压值△Uo时关系式：
解：
DUo(Uo+Ui)f1T代入
(2)耐压值Uc：
功率开关V截止期间加滤波电容C两端电压输入电压Ui功率开关V导通期间加滤波电容C两端电压输出电压Uo(储电感I电压降二极VD正导通压降Us里均忽略掉)外升压斩波电路说特性输出电压Uo输入电压Ui高里取输出电压Uo确定输出滤波电容C标称值时应留50％富余量输出滤波电容C耐压标称值应式确定：05·UcUoUc2·Uo
325参数计算
器件选择原根设计求确定电源功率开关IGBT二极电容电感电阻等相关参数
已知参数：输入电压40V输出电压80120V计算占空D050667取输出电流015AR241200Ω取R40Ω开关频率F100KHz效率70输出电压波纹1：△Uo04V
功率开关IGBT：Uceo132*400866VIc125A反击穿电压200V
二极VD：Ud125*120150VId20A
输出电容C：根公式算C278uFUc2*Uo240V取C100uF验证：C100uF输出波纹电压△Uo025V<001*Uo12V符合设计输出电压波纹求
储电感L：保证电流连续根公式计算界电感Lc25uH取L200uH
四控制驱动电路设计
斩波电路工作原理中降压型升压型电路工作功率开关V栅极驱动信号功率开关V启动导通关闭工作导通截止功率转换状态中样输出端功率转换程中加取样电路输出电流Io输出电压Uo变化量取出放处理较形成输出电流Io输出电压Uo关够动控制调节驱动信号占空D驱动信号控制驱动功率开关V工作求控制驱动电路进行设计
41控制电路设计
411 SG3525工作原理
SG3525脚16基准电压源输出精度达(51士1) V采温度补偿设流保护电路脚6脚7双门限较器设电容充放电电路加外接电阻电容电路构成SG3525振荡器时振荡器设外步输入端(脚3)脚1脚2分芯片部误差放器反相输入端相输入端该放器两级差分放器通电阻电容结合SG3525产生锯齿波输入SG3525振荡器通调节OUT A OUT B两端输出两幅度相等频率相等相位相差180度占空调矩形波(PWM信号)
SG3525引脚图结构框图
SG3525脚功介绍：
1 脚： 误差放器反相输入端
2 脚： 误差放器相输入端
3 脚： 步信号输入端步脉频率应振荡器频率fs低
4 脚： 振荡器输出
5 脚： 振荡器外接定时电阻RT端RT值2～150 kΩ
6 脚： 振荡器外接电容CT端振荡器频率fs＝1／CT（07RT+3R0） R0⑤脚⑦脚间跨接电阻调节死区时间定时电容CT范围0001～01μF
7 脚： 振荡器放电端外接电阻控制死区时间电阻范围0～500Ω
8 脚： 软启动端外接软启动电容该电容部Uref50μA恒流源充电
9 脚： 误差放器输出端
10 脚：PWM信号封锁端该脚高电时输出驱动脉信号封锁该脚障保护
11 脚： A路驱动信号输出
12脚： 接
13 脚： 输出集电极电压
14 脚： B路驱动信号输出
15 脚： 电源范围8～35 V
16脚： 部＋5 V基准电压
SG3525特点：
1．工作电压范围宽：8—35V
2．51（士1）V微调基准电源
3．振荡器工作频率范围宽：100Hz—400KHz
4．具振荡器外部步功
5．死区时间调
6．置软启动电路
7．具输入欠电压锁定功
8．具PWM锁存功禁止脉逐脉关断
9．双路输出（灌电流拉电流）：500mA(峰值)
412控制电路方案选择
控制电路实现功产生控制信号控制斩波电路中功率器件通断时够通占空调节达控制输出电压目根输出电压均值进行调制方式斩波电路三种控制方式
1)保持开关周期T变调节开关导通时间Ton称脉宽度调制(PWM)脉调宽型
2)保持开关导通时间Ton变改变开关周期T称频率调制调频型
3) TonT调占空改变称混合型
中第1种应设计采PWM控制PWM控制脉宽度进行调制技术通系列脉宽度进行调制等效获需波形(含形状幅值)种电路直流电压斩成系列脉改变脉占空获需输出电压改变脉占空脉宽度进行调制输入电压需输出电压直流电压脉等幅等宽仅仅脉占空进行控制
设计中控制电路SG3525核心构成SG3525美国SiliGan General公司生产专PWM控制集成电路采恒频脉宽调制控制方案适合种开关电源斩波器控制SG3525部包含精密基准源锯齿波振荡器误差放器较器分频器等实现PWM控制需基电路含保护电路
PWM控制电路图图示：
工作原理：通Rt Rd Ct结合SG3525产生锯齿波输入SG3525振荡器产生PWM信号OUT AOUT B输出调节R4改变占空输出末级采推挽输出电路驱动场效应功率时关断速度更快11脚14脚相位相差180°拉电流灌电流峰值达200mA存开闭滞输出吸收间出现重迭导通重迭处电流尖脉起持续时间约100ns13脚处接约01uf电容滤电压尖峰电路具信号稳定安全等优点适中容量PWM斩波电路
参数计算：SG3525振荡频率表示 ：
式中 分脚5脚6相连振荡器电容电阻取值范围0001uF01uF取值范围2k150k脚7相连放电端电阻值取值范围0欧500欧电阻值较形成锯齿波波形较陡根务求需频率100kHz式取0001μF 震荡频率2倍输出脉频率开关频率f2024kHz2≈100kHz符合设计求
稳压环节：
图示输出电压VoR3R8分压作采样信号输入SG3525脚1（误差放器反相输入端）误差放器正相输入端接51V调基准电压输出电压设电压时时采样电压便调基准电压时误差放器正相反相输入端间电压差放器放调节输出电压SG3525输出信号占空变输出电压减终输出电压稳定设定电压值实现稳压功根设计求输出电压80120V计算出采样电阻R335kR82k（滑动变阻器）
42驱动电路设计
421 TLP521资料
TLP521控制光电耦合器件光电耦合器广泛作电脑终端机控硅系统设备测量仪器影印机动售票家电器风扇加热器等电路间信号传输前端负载完全隔离目增加安全性减电路干扰减化电路设计常东芝TLP521－1－2－4组成砷化镓红外发光二极耦合光三极
集电极发射极电压：55V（值）
常转移例： 50％（）
隔离电压： 2500 Vrms （）
422驱动电路方案选择
减少电源间相互干扰SG3525输出PWM光电耦合送驱动电路IGBT电力电子器件控制电路产生控制信号般难直接驱动IGBT需外加驱动电路驱动电路连接控制部分电路桥梁驱动电路稳定性直接影响着整系统变流成败具体讲IGBT驱动求动态驱动力强IGBT栅极提供具陡峭前驱动脉否IGBT会开通关断延时时保证IGBT损坏时驱动电路中元件会损坏次IGBT提供适正反栅压般取+15 V左右正栅压较恰取5V反栅压IGBT截止具栅压限幅电路保护栅极击穿IGBT栅极极限电压般±20V驱动信号超出范围破坏栅极IGBT处负载短路流状态时IGBT允许时间通逐渐降低栅压动抑制障电流实现IGBT软关断驱动电路软关断程应输入信号消失受影响
设计中直接采光电耦合式驱动电路该电路双侧电源提供脉宽度受限制较易检测IGBT电压电流状态外送出流信号外较方便稳定性较
图出电力MOSFET种驱动电路控制电路输出PWM信号通TLP5211光耦合器实现电气隔离推挽电路进行放输出控制信号放驱动IGBT佳波形调试程中光耦两端电阻进行合理搭配
升压电路全控型晶闸IGBT电压型驱动器件栅射极间数千皮法左右极间电容快速建立驱动电压求驱动电路较输出电阻IGBT开通栅射极间驱动电压般取15—20V样关断时施加定幅值负驱动电压（5—15V)利减关断时间关断损耗栅极串入低值电阻减寄生振荡该电阻阻值应驱动器件电流额定值增减设计中取50Ω
图中正驱动电压+15V负驱动电压15VQ1型号D44H8Q2型号D45H8D44H8D45H8Uce值60V该驱动电路中驱动电压15V+15VQ1Q2选择述型号较安全
五保护电路设计
电路工作时果输出端者负载电路出现短路造成流现象者原造成输出端压现象施加功率开关V基极驱动信号便功率开关V时关断处截止状态开关稳压电源停止工作样保护开关稳压电源电路身免遭损坏保护负载电路损坏接讲流压热等保护电路原理具体设计
51流保护电路
电力电子电路运行正常者发生障时会发生电流器件击穿短路触发电路控制电路发生障出现载直流侧短路逆传动系统产生环流逆变失败交流电源电压高低缺相等均引起流电力电子器件电流载力相较差必须变换器进行适流保护流保护方法较较简单方法般采添加FU熔断器限制电流防止IGBT破坏电路中元件保护电路串接快速熔断丝
种方法图示电路负载端串接取样电阻R11R10R15取基准电压电阻基准电压加较器反端R9R14取样电压通较器基准电压较输出端接控制电路中SG3525芯片10脚
R13*I02*612V R11R16分压U412*R16（R11+R16）1V R111K R165K
R10R15取基准电压U515*R17（R12+R17）096V R1235K R1051K
52压保护电路
输入达—定电压值时动开通保护电路压通保护电路形成通路消耗压储存电磁量压量会加开关器件保护电力电子器件压保护采阻容保护电阻电容联保护器件抑制电网中尖峰电压波尖峰波时电容电压变尖峰波电压会直接加电容串联电阻尖峰波量消耗电阻立降低尖峰波电压幅度
阻容值选取查资料知
联二极电容值般：取5A电容值45pf~91pf取C75pf联二极电阻值般：电阻值58~1166Ω取R＝510Ω
负载压保护采负载端联取样电阻取样输入运算放器相端反相端输入基准电压取样电压基准电压时候运算放器输出高电高电加SG3525芯片10脚时输出驱动脉封锁达障保护作关断信号结束芯片重新启动
Vmax120V U10Vcc*R4（R2+R4）306V R2115K R43K
U1151*R5（R1+R5）306V R12K R53K
流压保护两二极组成门接352510脚样压流时起保护作
53热保护电路
热保护电路保护开关稳压电源电路中功率开关续流二极开关稳压电源满负荷工作时间太长超负荷工作功率开关续流二极散热面积足散热条件变差等原导致功率开关续流二极温度迅速升超规定温度限度时热保护电路够功率开关关断稳压电源停止工作输出该热关断电路温度降低正常工作
Vcc稳定直流电压正常时V*R2(R1+R2) ≤07V
RT7负温系数热敏电阻
C1取容量电解电容目防止外界干扰动作
Vref芯片基准脚
Q1三极
VCC15V温度45度时RT49K根公式R8250ΩC1取10uf
述保护电路外欠压保护电路开机软启动保护电路等设计中没相关设计说明
六部分仿真波形
根设计电路图利multisim软件电路进行仿真中驱动信号Ug占空设置50波形：
七方案改进
71改进型升压斩波电路
拓宽输出电压调节范围效改善输入电流畸变出图改进型升压斩波电路
电容C1C2电源进行分压采2开关元件进行电感蓄释放控制相周期充电电流变化周期缩1倍效提高升压范围减输入电流高次谐波（种改进型升压斩波电路王志达侯云海 沈阳工程学院学报 第4卷第2期2008年4月）
72缓电路设计
缓电路电容C1电阻RL开关K1 K2组成目升压电路提供相恒定直流电压防止击电压击电流功率器件造成损坏K1闭合直流电源接通起初输入侧滤波电容器电压0V接通瞬间产生击电压击电流功率电路造成损坏电源输入滤波器间接入限流电阻R L滤波器充电电流限制定范围滤波电容器充电完毕K2闭合限流电阻RL短接限流电阻RL取值20kΩ程中K3开
电容C1起滤波作滤直流电压中脉动成分该电容般说容量越越考虑体积成限制根验选50000uf电解电容电阻R系统停止工作电容C1提供放电回路K3闭合C1提供放电回路电阻R取值10KΩ（基SG3525直流升压电源设计仿真 王川川赵锦成邢娅浪 ·电气开关·2010No3)
增加缓电路电路图
73利单片机设计控制电路
STC12C5410AD单片机深圳宏晶生产种单片机宏晶1T8051单片机该型单片机4路PWM输出8路10位AD转换满足该电路需
输出电压采样信号调理送STC12C5410AD单片机STC12C5410AD单片机具8通道10位取样保持电路A D转换器输山PWMI驱动信号功满足该电路需需外设计A D转换电路PWM驱动信号产生电路通调PI算法计算调整次传送控制信号形成反馈回路实现宽电压输入稳压输出功利单片机丰富IO口A D转换通道结合针DC2DC升压系统设计保护电路构成完善保护功(基单片机升压电路设计仿真刘毅王聪 ·机械电子· 2011年第7期 ）
八设计总结
周半电力电子课程设计学更认识理实际结合重性理知识够知道着社会发展电力电子技术应范围断扩电类专业学生说够掌握电力电子技术仅会提高竞争力专业学更帮助开始课题手通查找资料梳理出电路部分开始分电路控制电路驱动电路保护电路进行分析着设计进行发现问题越越加深电力电子技术门专业基础课认识理解
部分电路设计通种渠道包括图书馆阅书籍网检索文献资料获取需信息收集材料信息进行筛选计算分析然选出佳方案定参数时碰问题时会先组进行讨然请教老师解决问题课程设计培养综合运学知识发现提出分析解决实际问题力学会通广泛检索文献资料帮助设计完成前先做电子课设Protel99AD软件较熟悉画原理图时未遇什问题次课程设计分工合作参电路设计中仅加深课知识理解提高家沟通合作力总言受益匪浅
九附录
91元器件清单
器件名称
规格型号
数量（单位）
运算放器
LM1458
1
电压较器
LM339
1
电感
200uH
1
电容
75pF
1
电容
100uF240V
1
电容
002uF
2
电容
0001uF
2
电解电容
10uF 100uF
1
电容
01uF
1
IGBT
200V20A
1
电阻
25k15k2k011k
1
电阻
3k
3
电阻
40Ω50Ω51k115k
1
电阻
200Ω
4
电阻
62k35k5k35k
1
电阻
39K10k250
1
温敏电阻
45度 49k
1
芯片
SG3525
1片
滑动变阻器
10K2k
1
二极
IN4148
5
肖特基二极
SR10150CS150V
1
晶体
NPN
2
晶体
PNP
1
快速熔断丝
6A40V
1
光耦
TLP5211
1
92参考文献
1．王兆安刘进军 电力电子技术第5版：机械工业出版社2009
2．程汉湘 电力电子技术 北京：科学出版社2007
3．蒋渭忠 电力电子技术应教程 北京：电子工业出版社2009
4．李 宏 电力电子设备器件集成电路应指南（1～4册）北京：机械工业出版社2001
5．叶 斌电力电子应技术装置北京：铁道出版社1999
6 华成英模拟电子技术基教程北京：清华学出版社200602
7 王水史俊杰田庆安 开关稳压电源—原理设计实电路西安：西安电子科技学出版社2005
8SIC肖特基二极升压斩波电路中应分析雷海峰温家良金锐刘明光 1北京交通学北京100044 2中国电力科学研究院北京100192
9种改进型升压斩波电路王志达侯云海 沈阳工程学院学报 第4卷第2期2008年4月
10基单片机升压电路设计仿真刘毅王聪 ·机械电子· 2011年第7期
11基SG3525直流升压电源设计仿真 王川川赵锦成邢娅浪 ·电气开关·2010No3
93附图
文档香网(httpswwwxiangdangnet)户传
《香当网》用户分享的内容，不代表《香当网》观点或立场，请自行判断内容的真实性和可靠性！
该内容是文档的文本内容，更好的格式请下载文档
院系： 信息科学工程学院
题目： 升压斩波电路设计
专业： 电气工程动化
班级： 学号： 姓名：
班级： 学号： 姓名：
班级： 学号： 姓名：
指导老师：
20142015学年 第学期
目录
引言 3
二设计目求方案 3
21设计目 3
22设计求 3
23设计方案 4
三电路设计 5
31电路方案 5
32元器件参数选择计算 6
321功率开关V选择 6
322二极VD选择 7
323储电感L选择 8
324输出滤波电容C选择 8
325参数计算 9
四控制驱动电路设计 10
41控制电路设计 10
411 SG3525工作原理 10
412控制电路方案选择 11
42驱动电路设计 13
421 TLP521资料 13
422驱动电路方案选择 14
五保护电路设计 15
51流保护电路 15
52压保护电路 16
53热保护电路 17
六部分仿真波形 18
七方案改进 20
71改进型升压斩波电路 20
72缓电路设计 20
73利单片机设计控制电路 21
八设计总结 22
九附录 23
91元器件清单 23
92参考文献 24
93附图 25
引言
直流直流交流电路固定直流电压变换成变直流电压称直流斩波作直流变压器直流斩波电路(DC Chopper)般指直接直流变成直流情况包括直流交流直流情况直流斩波电路种类包括6种基木斩波电路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Zeta斩波电路前两种基电路设计升压斩波电路Boost Chopper升压斩波电路该电路目前典型应直流电动机传动二作单相功率数校正(Power Factor Correction PFC)电路三交直流电源中设计设计升压斩波电路求输入定直流电压升压斩波电路实现定范围调直流电压输出
二设计目求方案
21设计目
1）培养文献检索力特利Internet检索需文献资料
2）培养综合分析问题发现问题解决问题力
3）培养运知识力工程设计力
4）提高课程设计报告撰写水
22设计求
课题：升压斩波电路设计
求：1输入直流电压：Ud40V
2开关频率100KHz
3输出电压范围80V~120V
4输出电压纹波：1
5输出电流：5A
6具流保护功动作电流：6A
7具稳压功
23设计方案
升压斩波电路意调直流电转换稳定直流电压稳定直流电压转换调范围输出根题目求电路采Boost Chopper通合适取电阻电感采调节占空方法调节输出电压通合适选取电容值达纹波指标时稳定输出电压外加合适流保护电路防止器件损坏
电力电子器件实际应中般控制电路驱动电路保护电路电力电子器件核心电路组成系统信息电子电路组成控制电路系统工作求形成控制信号通驱动电路控制电路中电力电子器件导通者关断完成整系统功控制电路产生控制信号够足驱动电力电子开关时需驱动电路根升压斩波电路设计务求需设计电路控制电路驱动保护电路
方案原理框图：
滤波整流电路
升压斩波电路（电路）
保护电路
控制电路
驱动电路
根原理框图学知识设计致电路原理图：（包含具体控制电路驱动电路保护电路）
三电路设计
31电路方案
设计构思：根设计求需设计升压斩波电路根学知识运基斩波电路Boost Chopper作电路方案通直流电变固定电压调电压直流电电路整体较简单种方案直流变流电路中增加交流环节先直流变交流交流变直流方案该简单电路变更加复杂综合述选择前者方案电路
图电路原理图：
0
iGE
0
io
I1
升压斩波电路工作原理
假设电路中电感L值电容C值V处接通态时电源E电感L充电充电电流基恒定I1时电容c电压负载R供电C值基保持输出电压恒定值记Uo设V处接通态时间ton阶段电感L积蓄量E·Il·ton处断开时EL电容C充电负载R提供量设V处断开时间tof时间电感L释放量电路工作处静态时周期T中电感L积蓄量释放量相等
化简：
式中输出电压高电源电压称升压斩波电路升压斩波电路电力电子工程中变换器式中表示升压通常调节改变输出电压Uo调节方法控制始终1保持 实际电路中通电容C作输出电压认保持变电容C值足够时误差基忽略点说升压斩波电路成直流变压器
电感电流连续断续电流电压波形图
32元器件参数选择计算
321功率开关V选择
功率开关选择首先应该根输入条件输入电压电流工作场合负载特性等确定常全控型器件IGBTMOSFETGTR等确定功率类型型号选择应该遵循原：
1）功率开关V导通饱压降Uces越越
2）功率开关V截时反漏电流Ico越越
3）功率开关V高频特性
4）功率开关V开关时间短转换速度快
5）功率开关V基极驱动功率
6）功率开关V集电极电压额定值需足够
IGBT升降压斩波电路直流斩波中基种电路IGBT作全控型器件升降压斩波电路直流直流降压升压变换IGBT（绝缘栅双极晶体）典型全控型器件兼MOSFET高输入阻抗GTR低导通压降两方面优点GTR饱压降低载流密度驱动电流较MOSFET驱动功率开关速度快导通压降载流密度IGBT综合两种器件优点驱动功率饱压降低功率开关V选择IGBT
（1） 集电极电压Uceo：
原理图知V承受电压截电压Ui考虑输入电压具10波动储电感L反峰尖刺电压额定值20V承受电压实际11*12Ui＝132Ui通常选择功率开关留定富余量选80额定电压值132Ui＝08Uceo根输出电压输入电源关系Uo＝Ui·1(1D)
（2） 集电极电流Ic：
功率开关V导通期间流功率开关V电流期间流储电感L中电流输入电流Ii考虑电路中功率损耗IiIo·UoUi选择功率开关V集电极电流选择集电极电压样留定余量般工作电流取80％额定电流值公式应 08IcIi＝Io·UoUiIo·1(1D)
322二极VD选择
（1）反耐压Ud：
功率开关V导通期间二极VD反偏置截止时二极VD承受电压输出电压Uo(功率开关V正饱电压忽略)外二极耐压值般应留20％富余量二极VD反耐压Ud应：
（2）正导通电流Id：
功率开关V截止期间二极VD正偏置导通时流二极VD电流Id正电流Ii流储电感L电流IiIiIo·UoUi通常选择二极VD正工作电流时应留较富余量降低正常工作时热量通常富余量50％解式出二极VD正导通电流Id 2Io·UoUi2Io(1D)
（3）正导通功率损耗Pd：
功率开关V截止期间二极VD正偏置导通电流Id设二极VD正导通压降Us二极VD正导通功率损耗Pd式计算
式中出想降低二极VD正常工作时热量面说选择正导通电流Id时留较富余量外减二极VD正导通压降Us非常
效方法具非常低正导通压降肖特基二极（SBD）首选象
Roost Chopper变换中升压二极反恢复会限制开关频率提高时引起较反恢复损耗高didt产生电磁干扰肖特基二极器件短载流子寿命减反恢复电流峰值缩短关断时间素IGBT普通二极组合中IGBT开通时会出现开通电流峰值达24 A开通损耗较时IGBT达稳态电流时间较长系统频率受限制IGBT肖特基二极组合电流升基没电流现象峰值5AIGBT普通二极组合中二极关断时会出现反关断电流峰值达18 A关断损耗较IGBTSBD组合中二极反恢复电流峰值约1A选择肖特基二极仅降低二极VD工作时热量效减反恢复电流峰值缩短关断时间减损耗（SIC肖特基二极升压斩波电路中应分析雷海峰温家良金锐刘明光 1北京交通学北京100044 2中国电力科学研究院北京100192）
323储电感L选择
功率开关V导通Ton期间储电感L电流增加量应功率开关V截止Toff期间储电感L电流减少量相等 △Il(+)△Il() 式中(+)表示增加量()表示减少量储电感L电流转换周期变化峰峰值：
实际设计应中储电感L峰峰值电流Ii+△Il／2应均电流20避免储电感L磁饱达限制功率开关V峰值电流峰值电压功率损耗目般选择△Il14Ii
求稳压电源转换效率输出电流Io占空D工作频率F关计算储电感L实际公式作推导已知稳压电源转换效率输入功率Ui·Ii输出功率Io·Uo间关系式
整理储电感L实际计算公式：
里然推导出升压斩波电路中储电感L较实实际计算公式实际应调试中存着储电感L电感量应界电感量Lc问题保证负载电流电路够连续实际电感量应取界电感量Lc Uo·D(1D) ²（2·f·Io）
324输出滤波电容C选择
(1)电容容量：
输出电压稳定设计恒定电压值Uo时输出电流Io功率开关V导通期间负载电阻R全部电流Io滤波电容C提供时滤波电容C电流等稳压电源输出电流Io滤波电容C电压变化量输出电压纹波电压值△Uo时关系式：
解：
DUo(Uo+Ui)f1T代入
(2)耐压值Uc：
功率开关V截止期间加滤波电容C两端电压输入电压Ui功率开关V导通期间加滤波电容C两端电压输出电压Uo(储电感I电压降二极VD正导通压降Us里均忽略掉)外升压斩波电路说特性输出电压Uo输入电压Ui高里取输出电压Uo确定输出滤波电容C标称值时应留50％富余量输出滤波电容C耐压标称值应式确定：05·UcUoUc2·Uo
325参数计算
器件选择原根设计求确定电源功率开关IGBT二极电容电感电阻等相关参数
已知参数：输入电压40V输出电压80120V计算占空D050667取输出电流015AR241200Ω取R40Ω开关频率F100KHz效率70输出电压波纹1：△Uo04V
功率开关IGBT：Uceo132*400866VIc125A反击穿电压200V
二极VD：Ud125*120150VId20A
输出电容C：根公式算C278uFUc2*Uo240V取C100uF验证：C100uF输出波纹电压△Uo025V<001*Uo12V符合设计输出电压波纹求
储电感L：保证电流连续根公式计算界电感Lc25uH取L200uH
四控制驱动电路设计
斩波电路工作原理中降压型升压型电路工作功率开关V栅极驱动信号功率开关V启动导通关闭工作导通截止功率转换状态中样输出端功率转换程中加取样电路输出电流Io输出电压Uo变化量取出放处理较形成输出电流Io输出电压Uo关够动控制调节驱动信号占空D驱动信号控制驱动功率开关V工作求控制驱动电路进行设计
41控制电路设计
411 SG3525工作原理
SG3525脚16基准电压源输出精度达(51士1) V采温度补偿设流保护电路脚6脚7双门限较器设电容充放电电路加外接电阻电容电路构成SG3525振荡器时振荡器设外步输入端(脚3)脚1脚2分芯片部误差放器反相输入端相输入端该放器两级差分放器通电阻电容结合SG3525产生锯齿波输入SG3525振荡器通调节OUT A OUT B两端输出两幅度相等频率相等相位相差180度占空调矩形波(PWM信号)
SG3525引脚图结构框图
SG3525脚功介绍：
1 脚： 误差放器反相输入端
2 脚： 误差放器相输入端
3 脚： 步信号输入端步脉频率应振荡器频率fs低
4 脚： 振荡器输出
5 脚： 振荡器外接定时电阻RT端RT值2～150 kΩ
6 脚： 振荡器外接电容CT端振荡器频率fs＝1／CT（07RT+3R0） R0⑤脚⑦脚间跨接电阻调节死区时间定时电容CT范围0001～01μF
7 脚： 振荡器放电端外接电阻控制死区时间电阻范围0～500Ω
8 脚： 软启动端外接软启动电容该电容部Uref50μA恒流源充电
9 脚： 误差放器输出端
10 脚：PWM信号封锁端该脚高电时输出驱动脉信号封锁该脚障保护
11 脚： A路驱动信号输出
12脚： 接
13 脚： 输出集电极电压
14 脚： B路驱动信号输出
15 脚： 电源范围8～35 V
16脚： 部＋5 V基准电压
SG3525特点：
1．工作电压范围宽：8—35V
2．51（士1）V微调基准电源
3．振荡器工作频率范围宽：100Hz—400KHz
4．具振荡器外部步功
5．死区时间调
6．置软启动电路
7．具输入欠电压锁定功
8．具PWM锁存功禁止脉逐脉关断
9．双路输出（灌电流拉电流）：500mA(峰值)
412控制电路方案选择
控制电路实现功产生控制信号控制斩波电路中功率器件通断时够通占空调节达控制输出电压目根输出电压均值进行调制方式斩波电路三种控制方式
1)保持开关周期T变调节开关导通时间Ton称脉宽度调制(PWM)脉调宽型
2)保持开关导通时间Ton变改变开关周期T称频率调制调频型
3) TonT调占空改变称混合型
中第1种应设计采PWM控制PWM控制脉宽度进行调制技术通系列脉宽度进行调制等效获需波形(含形状幅值)种电路直流电压斩成系列脉改变脉占空获需输出电压改变脉占空脉宽度进行调制输入电压需输出电压直流电压脉等幅等宽仅仅脉占空进行控制
设计中控制电路SG3525核心构成SG3525美国SiliGan General公司生产专PWM控制集成电路采恒频脉宽调制控制方案适合种开关电源斩波器控制SG3525部包含精密基准源锯齿波振荡器误差放器较器分频器等实现PWM控制需基电路含保护电路
PWM控制电路图图示：
工作原理：通Rt Rd Ct结合SG3525产生锯齿波输入SG3525振荡器产生PWM信号OUT AOUT B输出调节R4改变占空输出末级采推挽输出电路驱动场效应功率时关断速度更快11脚14脚相位相差180°拉电流灌电流峰值达200mA存开闭滞输出吸收间出现重迭导通重迭处电流尖脉起持续时间约100ns13脚处接约01uf电容滤电压尖峰电路具信号稳定安全等优点适中容量PWM斩波电路
参数计算：SG3525振荡频率表示 ：
式中 分脚5脚6相连振荡器电容电阻取值范围0001uF01uF取值范围2k150k脚7相连放电端电阻值取值范围0欧500欧电阻值较形成锯齿波波形较陡根务求需频率100kHz式取0001μF 震荡频率2倍输出脉频率开关频率f2024kHz2≈100kHz符合设计求
稳压环节：
图示输出电压VoR3R8分压作采样信号输入SG3525脚1（误差放器反相输入端）误差放器正相输入端接51V调基准电压输出电压设电压时时采样电压便调基准电压时误差放器正相反相输入端间电压差放器放调节输出电压SG3525输出信号占空变输出电压减终输出电压稳定设定电压值实现稳压功根设计求输出电压80120V计算出采样电阻R335kR82k（滑动变阻器）
42驱动电路设计
421 TLP521资料
TLP521控制光电耦合器件光电耦合器广泛作电脑终端机控硅系统设备测量仪器影印机动售票家电器风扇加热器等电路间信号传输前端负载完全隔离目增加安全性减电路干扰减化电路设计常东芝TLP521－1－2－4组成砷化镓红外发光二极耦合光三极
集电极发射极电压：55V（值）
常转移例： 50％（）
隔离电压： 2500 Vrms （）
422驱动电路方案选择
减少电源间相互干扰SG3525输出PWM光电耦合送驱动电路IGBT电力电子器件控制电路产生控制信号般难直接驱动IGBT需外加驱动电路驱动电路连接控制部分电路桥梁驱动电路稳定性直接影响着整系统变流成败具体讲IGBT驱动求动态驱动力强IGBT栅极提供具陡峭前驱动脉否IGBT会开通关断延时时保证IGBT损坏时驱动电路中元件会损坏次IGBT提供适正反栅压般取+15 V左右正栅压较恰取5V反栅压IGBT截止具栅压限幅电路保护栅极击穿IGBT栅极极限电压般±20V驱动信号超出范围破坏栅极IGBT处负载短路流状态时IGBT允许时间通逐渐降低栅压动抑制障电流实现IGBT软关断驱动电路软关断程应输入信号消失受影响
设计中直接采光电耦合式驱动电路该电路双侧电源提供脉宽度受限制较易检测IGBT电压电流状态外送出流信号外较方便稳定性较
图出电力MOSFET种驱动电路控制电路输出PWM信号通TLP5211光耦合器实现电气隔离推挽电路进行放输出控制信号放驱动IGBT佳波形调试程中光耦两端电阻进行合理搭配
升压电路全控型晶闸IGBT电压型驱动器件栅射极间数千皮法左右极间电容快速建立驱动电压求驱动电路较输出电阻IGBT开通栅射极间驱动电压般取15—20V样关断时施加定幅值负驱动电压（5—15V)利减关断时间关断损耗栅极串入低值电阻减寄生振荡该电阻阻值应驱动器件电流额定值增减设计中取50Ω
图中正驱动电压+15V负驱动电压15VQ1型号D44H8Q2型号D45H8D44H8D45H8Uce值60V该驱动电路中驱动电压15V+15VQ1Q2选择述型号较安全
五保护电路设计
电路工作时果输出端者负载电路出现短路造成流现象者原造成输出端压现象施加功率开关V基极驱动信号便功率开关V时关断处截止状态开关稳压电源停止工作样保护开关稳压电源电路身免遭损坏保护负载电路损坏接讲流压热等保护电路原理具体设计
51流保护电路
电力电子电路运行正常者发生障时会发生电流器件击穿短路触发电路控制电路发生障出现载直流侧短路逆传动系统产生环流逆变失败交流电源电压高低缺相等均引起流电力电子器件电流载力相较差必须变换器进行适流保护流保护方法较较简单方法般采添加FU熔断器限制电流防止IGBT破坏电路中元件保护电路串接快速熔断丝
种方法图示电路负载端串接取样电阻R11R10R15取基准电压电阻基准电压加较器反端R9R14取样电压通较器基准电压较输出端接控制电路中SG3525芯片10脚
R13*I02*612V R11R16分压U412*R16（R11+R16）1V R111K R165K
R10R15取基准电压U515*R17（R12+R17）096V R1235K R1051K
52压保护电路
输入达—定电压值时动开通保护电路压通保护电路形成通路消耗压储存电磁量压量会加开关器件保护电力电子器件压保护采阻容保护电阻电容联保护器件抑制电网中尖峰电压波尖峰波时电容电压变尖峰波电压会直接加电容串联电阻尖峰波量消耗电阻立降低尖峰波电压幅度
阻容值选取查资料知
联二极电容值般：取5A电容值45pf~91pf取C75pf联二极电阻值般：电阻值58~1166Ω取R＝510Ω
负载压保护采负载端联取样电阻取样输入运算放器相端反相端输入基准电压取样电压基准电压时候运算放器输出高电高电加SG3525芯片10脚时输出驱动脉封锁达障保护作关断信号结束芯片重新启动
Vmax120V U10Vcc*R4（R2+R4）306V R2115K R43K
U1151*R5（R1+R5）306V R12K R53K
流压保护两二极组成门接352510脚样压流时起保护作
53热保护电路
热保护电路保护开关稳压电源电路中功率开关续流二极开关稳压电源满负荷工作时间太长超负荷工作功率开关续流二极散热面积足散热条件变差等原导致功率开关续流二极温度迅速升超规定温度限度时热保护电路够功率开关关断稳压电源停止工作输出该热关断电路温度降低正常工作
Vcc稳定直流电压正常时V*R2(R1+R2) ≤07V
RT7负温系数热敏电阻
C1取容量电解电容目防止外界干扰动作
Vref芯片基准脚
Q1三极
VCC15V温度45度时RT49K根公式R8250ΩC1取10uf
述保护电路外欠压保护电路开机软启动保护电路等设计中没相关设计说明
六部分仿真波形
根设计电路图利multisim软件电路进行仿真中驱动信号Ug占空设置50波形：
七方案改进
71改进型升压斩波电路
拓宽输出电压调节范围效改善输入电流畸变出图改进型升压斩波电路
电容C1C2电源进行分压采2开关元件进行电感蓄释放控制相周期充电电流变化周期缩1倍效提高升压范围减输入电流高次谐波（种改进型升压斩波电路王志达侯云海 沈阳工程学院学报 第4卷第2期2008年4月）
72缓电路设计
缓电路电容C1电阻RL开关K1 K2组成目升压电路提供相恒定直流电压防止击电压击电流功率器件造成损坏K1闭合直流电源接通起初输入侧滤波电容器电压0V接通瞬间产生击电压击电流功率电路造成损坏电源输入滤波器间接入限流电阻R L滤波器充电电流限制定范围滤波电容器充电完毕K2闭合限流电阻RL短接限流电阻RL取值20kΩ程中K3开
电容C1起滤波作滤直流电压中脉动成分该电容般说容量越越考虑体积成限制根验选50000uf电解电容电阻R系统停止工作电容C1提供放电回路K3闭合C1提供放电回路电阻R取值10KΩ（基SG3525直流升压电源设计仿真 王川川赵锦成邢娅浪 ·电气开关·2010No3)
增加缓电路电路图
73利单片机设计控制电路
STC12C5410AD单片机深圳宏晶生产种单片机宏晶1T8051单片机该型单片机4路PWM输出8路10位AD转换满足该电路需
输出电压采样信号调理送STC12C5410AD单片机STC12C5410AD单片机具8通道10位取样保持电路A D转换器输山PWMI驱动信号功满足该电路需需外设计A D转换电路PWM驱动信号产生电路通调PI算法计算调整次传送控制信号形成反馈回路实现宽电压输入稳压输出功利单片机丰富IO口A D转换通道结合针DC2DC升压系统设计保护电路构成完善保护功(基单片机升压电路设计仿真刘毅王聪 ·机械电子· 2011年第7期 ）
八设计总结
周半电力电子课程设计学更认识理实际结合重性理知识够知道着社会发展电力电子技术应范围断扩电类专业学生说够掌握电力电子技术仅会提高竞争力专业学更帮助开始课题手通查找资料梳理出电路部分开始分电路控制电路驱动电路保护电路进行分析着设计进行发现问题越越加深电力电子技术门专业基础课认识理解
部分电路设计通种渠道包括图书馆阅书籍网检索文献资料获取需信息收集材料信息进行筛选计算分析然选出佳方案定参数时碰问题时会先组进行讨然请教老师解决问题课程设计培养综合运学知识发现提出分析解决实际问题力学会通广泛检索文献资料帮助设计完成前先做电子课设Protel99AD软件较熟悉画原理图时未遇什问题次课程设计分工合作参电路设计中仅加深课知识理解提高家沟通合作力总言受益匪浅
九附录
91元器件清单
器件名称
规格型号
数量（单位）
运算放器
LM1458
1
电压较器
LM339
1
电感
200uH
1
电容
75pF
1
电容
100uF240V
1
电容
002uF
2
电容
0001uF
2
电解电容
10uF 100uF
1
电容
01uF
1
IGBT
200V20A
1
电阻
25k15k2k011k
1
电阻
3k
3
电阻
40Ω50Ω51k115k
1
电阻
200Ω
4
电阻
62k35k5k35k
1
电阻
39K10k250
1
温敏电阻
45度 49k
1
芯片
SG3525
1片
滑动变阻器
10K2k
1
二极
IN4148
5
肖特基二极
SR10150CS150V
1
晶体
NPN
2
晶体
PNP
1
快速熔断丝
6A40V
1
光耦
TLP5211
1
92参考文献
1．王兆安刘进军 电力电子技术第5版：机械工业出版社2009
2．程汉湘 电力电子技术 北京：科学出版社2007
3．蒋渭忠 电力电子技术应教程 北京：电子工业出版社2009
4．李 宏 电力电子设备器件集成电路应指南（1～4册）北京：机械工业出版社2001
5．叶 斌电力电子应技术装置北京：铁道出版社1999
6 华成英模拟电子技术基教程北京：清华学出版社200602
7 王水史俊杰田庆安 开关稳压电源—原理设计实电路西安：西安电子科技学出版社2005
8SIC肖特基二极升压斩波电路中应分析雷海峰温家良金锐刘明光 1北京交通学北京100044 2中国电力科学研究院北京100192
9种改进型升压斩波电路王志达侯云海 沈阳工程学院学报 第4卷第2期2008年4月
10基单片机升压电路设计仿真刘毅王聪 ·机械电子· 2011年第7期
11基SG3525直流升压电源设计仿真 王川川赵锦成邢娅浪 ·电气开关·2010No3
93附图
文档香网(httpswwwxiangdangnet)户传
《香当网》用户分享的内容，不代表《香当网》观点或立场，请自行判断内容的真实性和可靠性！
该内容是文档的文本内容，更好的格式请下载文档
