升压斩波电路设计说明

电力电子系统设计报告

（2014—2015学年第二学期）

系别信息与控制工程系

题目升压斩波电路设计

专业电气自动化

班级 1203

学号 3121010330

姓名彭中杰

指导教师孟显娇

完成时间

评定成绩

升压斩波电路（Boost Chopper）设计

摘要

本设计是基于SG3525芯片为核心控制的PWM升压斩波电路（Boost chopper）.设计由Matlab仿真和Protel两大部分构成。Matlab主要是理论分析，借助其强大的数学计算和仿真功能可也很直观的看到PWM控制输出电压的曲线图。通过设置参数分析输出与电路参数和控制量的关系，最后进行了GUI编程，利用图形可视化界面的直观易懂的特点，使设计摒弃了繁琐难懂的单一波形和控制方式，从而具有友好界面，非常方便的就可进行控制参数输入，和输出图像显示。第二部分是电路板，它可以通过BluePrint、Kicad 、Protel等软件设计完成，其中Protel原理图设计系统以其分层次的设计环境，强大的元件及元件库的组织功能，方便易用的连线工具，强大的编辑功能设计检验，与印制电路板设计系统的紧密连接，自定义原理图模板高质量的输出等等优点，和丰富的设计法则，易用的编辑环境，轻松的交互性手动布线，简便的封装形式的编辑及组织，高智能的基于形状的自定布线功能，万无一失的设计检验等印制电路板设计系统的优点，使其在我们学生选用PCB电路板设计软件中占了绝大部分比重。本设计也采用Protel设计原理图，和进行PCB板布线。它是本设计从理论到实际制作的必进途径，通过设定相应的规则，足以满足设计所要求的规定。

关键字升压斩波; SG3525 ;

（2014—2015学年第二学期） (1)

1．概述 (4)

2．课程设计任务及要求 (5)

2.1设计任务 (5)

2.2设计要求 (5)

2.3设计主流程图 (5)

3.设计理论 (6)

3.1 升压斩波工作原理 (6)

主电路工作原理 (6)

3.2数量关系 (7)

4.硬件设计 (8)

4.1 升压直流变换器电路总设计概述 (8)

4.2储能电感L的选择 (8)

4.2输出滤波电容的选择 (9)

4.3驱动电路选择 (9)

4.4保护电路原理介绍 (10)

4.5保护电路的芯片介绍 (11)

5.具体电路设计 (13)

6.心得体会 (14)

7.附录 (15)

8.参考文献 (16)

［1］王兆安,黄俊.电力电子技术(第四版).[北京]: 机械工业,2000 (16)

[3] 乃国．电源技术．北京：中国电力，1998 (16)

[6]汝全．电子技术常用器件应用手册．机械工业 (16)

1．概述

直流斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的 DC-DC 变换器 ,在直流传动系统、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用.随之出现了诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路 . 直流斩波技术已被广泛用于开关电源及直流电动机驱动中，使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波等领域得到了广泛的应用。但以 IGBT为功率器件的直流斩波电路在实际应用中需要注意以下问题:（1）系统损耗的问；（2）栅极电阻；（3）驱动电路实现过流过压保护的问题。

2．课程设计任务及要求

2.1设计任务

理论设计：了解掌握Boost电路的工作原理，设计Boost电路的主电路和控制电路。包括：IGBT电流、电压额定的选择；驱动、保护电路的设计；画出完整的主电路原理图和控制电路原理图。

2.2设计要求

对Boost电路的主电路和控制电路进行设计。分两组参数，每组参数如下：（1）直流电压E=50V，负载中R=20Ω，L、C值极大。

（2）直流电压E=200V，负载中R=20Ω，L、C值极大。

2.3设计主流程图

根据所要实现的功能，设计电路的主程序流程如图所示。

3.设计理论

3.1 升压斩波工作原理

主电路工作原理

图一

假设L 值、C 值很大，V 通时，E 向L 充电，充电电流恒为I1，同时C 的电

压向负载供电，因C 值很大，输出电压uo 为恒值,记为Uo 。设V 通的时间为ton ，

此阶段L 上积蓄的能量为E I 1t o n

V 断时，E 和L 共同向C 充电并向负载R 供电。设V 断的时间为toff ，则

此期间电感L 释放能量为

稳态时，一个周期T 中L 积蓄能量与释放能量相等

化简得：

1/≥off t T ，输出电压高于电源电压，故称升压斩波电路。也称之为boost

chooper 变换器。

E t T E t t t U off off off on o =+=

()off

o on t I E U t EI 11-=( ) off o t I E U 1

-

off

t T /——升压比，调节其即可改变Uo 。将升压比的倒数记作β，即T t off

=β。

和导通占空比，有如下关系：

1=+βα

因此，可表示为

升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因：

① L 储能之后具有使电压泵升的作用

② 电容C 可将输出电压保持住

3.2数量关系

设IGBT 通态的时间为ton ，此阶段L 上积存的能量为：EI1ton

设IGBT 断态的时间为toff ，则此段时间电感L 释放能量为：（

U0-E ）I1t

稳态时，一个周期时间中L 积存的能量与释放的能量相等：

T/t off >1，输出电压高于电源电压，故为升压斩波电路。

T/t off －升压比;升压比的倒数记为β，即β=

toff /T 。又因为α+β=1。

所以： 电压升高得原因：电感L 储能使电压泵升的作用，电容可将输出电压保持

住

E E U o αβ-==111