【设计】桥式可逆斩波电路的设计.docx

桥式可逆斩波电路的设计桥式可逆斩波电路的设计1设计任务1. 方案设计2. 完成主电路的原理分析, 各主要元器件的挑选3. 驱动电路的设计4. 绘制系统硬件图5. 利用 matlab 仿真软件建模并仿真，猎取输出电压电流波形，并对结果进行分析2初始条件设计一桥式可逆斩波电路（ IGBT），已知电源电压为400V，反电动势负载，其中 R的值为 5Ω、L 的值为 1 mH、E=50V；pemM；b3设计思路第一明确什么是斩波电路，明白其定义、分类与应用后知桥式可逆斩波电路是利用不同的基本斩波电路进行组合而构成的复合斩波电路，那么，就必需, 并从最基本的斩波电路着手，循序渐进地分析，最终设计出桥式可逆斩波电路利用 matlab 软件得到正确的波形；JOV4W；4设计过程直流- 直流变流电路（ DC-DC Converter ）的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路；直接直流变流电路也称斩波电路（ DC Chopper），它的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，一般是指直接将直流电变为另始终流电，这种情况下输入与输出不隔离；6vgUo；直流斩波电路的种类较多，最基本的电路是降压斩波电路和升压斩波电路，利用它们进行组合可构成复合斩波电路，如电流可逆斩波电路，桥式可逆桥式可逆斩波电路的设计斩波电路，而桥式可逆斩波电路又可看做是电流可逆斩波电路的升级版或由两个电流可逆斩波电路组合而成；bzxqp；4.1 降压斩波电路斩波电路的典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载，两种情EM所示；降压斩波电路的原理图及工作况下负载中均会显现反电动势，如图中1 所示； Jh28W；波形如图Li oRV+M-i Gu oEVDE Ma)i GtofftonOi otTi 1i 2I 20t 1I 10tOu oEOi Gtb)t offt onOi oi GtTtxi 1i2Ou ot 2t 1tI 20EEOtEMc)1 降压斩波电路的原理图及工作波形图a) 电路图b)电留恋续时的波形 c) 电流断续时的波形：t =0 时刻驱动 V 导通，电源 E 向负载供电，负载电压uo =E，负载电工作原理it =t1 时刻掌握 V 关断，负载电流经二极管VD续流，负载流 o 按指数曲线上升；桥式可逆斩波电路的设计电压 uo 近似为零，负载电流呈指数曲线下降；为了使负载电留恋续且脉动小通常使串接的电感 L 值较大；ErRQg；数量关系：电留恋续时，负载电压平均值是t ontoffton TUEEEotonttoff —— V 断的时间， a-- 导通占空比on—— V 通的时间，Uo 最大为E，减小占空比 a，Uo 随之减小，因此称为降压斩波电路；负载电流平均值是U o EMRIo电流断续时， Uo 被抬高，一般不期望显现；4.2升压斩波电路2 所示；VD升压斩波电路的原理图及工作波形如图Lii 1ou oEVCRi Ga)i GOi otI 1Otb)升压斩波电路原理及其工作波形图 2a) 电路图 b) 波形工作原理：假设 L 值很大， C 值也很大； V导通时， 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 可以看做为恒值，记EI 1tonU oEI 1toff桥式可逆斩波电路的设计为 Uo；设 V 通的时间为 t on，此阶段 L 上积蓄的能量为；V 断时， E 是 L 共同向 C充电并向负载R供电；设 V 断的时间为 t off ，就此期间电感L 释放能量T 中L 积蓄能量与释放能量相等；即为；稳态时，一个周期有: bEN6y；EI 1tonU oEI 1toff化简得：tontoffTtoffUEEotoff, 也称之为 boost 变换器；输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路T / t offUo 大小；将升压比的倒数记作——升压比，调剂其大小即可转变β，就β和导通占空比 a 有如下关系：1因此11UEEo1升压斩波电路的典型应用：一是用于直流电动机传动，二是用作单相功率因数校正（ PFC）电路，三是用于其他交直流电源中；用于直流电动机回馈能量的升3 所示； SQdY；K压斩波电路及其波形如图LVDMuoEVEM桥式可逆斩波电路的设计图 3 用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形a)电路图 b) 电留恋续时 c) 电流断续时用于直流电动机传动时，通常是用于直流电动机再生制动时把电能回馈给直流电源；实际电路中电感 L 值不行能为无穷大，因此该电路和降压斩波电路一样，也有电动机电枢电留恋续和断续两种工作状态；此时电机的反电动势相当于 图 2 电路中的电源，而此时的直流电源相当于图2 中电路中的负载；由于直流电源的电压基本是恒定的，因此不必并联电容；JIL0E ；4.3 电流可逆斩波电路斩波电路用于拖动直流电动机时，常要使电动机既可电动运行，又可再生1 所示，电动机工作于第1 象制动；降压斩波电路拖动直流电动机时，如图限；图 3 所示升压斩波电路中，电动机工作于第2 象限；电流可逆斩波电路：降压斩波电路与升压斩波电路组合，拖动直流电动机时，电动机的电枢电流可1 象限和第 2 象限；其电路正可负，但电压只能是一种极性，故其可工作于第4 所示； v5eGa；及其波形如图uoV1VD2ELRioV2Oioti V1iD1VD1uoMEM桥式可逆斩波电路的设计图 4 电流可逆斩波电路及其波形a)电路图 b) 波形工作原理： V1 和 VD1 构成降压斩波电路，由电源向直流电动机供电，电动机为电动运行，工作于第 1 象限； V2 和 VD2 构成升压斩波电路，把直流电动机的动能转2 象限；要引起注变为电能反馈到电源，使电动机作再生制动运行，工作于第意的是必需防止 V1 和 V2 同时导通而导致的电源短路；只作降压斩波器运行时，V2 和 VD2 总处于断态，只作升压斩波器运行时，就V1 和 VD1 总处于断态；第3 种工作方式：一个周期内交替地作为降压斩波电路和升压斩波电路工作；当降压斩波电路或升压斩波电路的电流断续而为零时，使另一个斩波电路工作，让电图 4 为例说明；在一个流反方向流过，这样电动机电枢回路总有电流流过；以周期内，电枢电流沿正、负两个方向流通，电流不断，所以响应很快；agErY；局限性：电流可逆斩波电路：电枢电流可逆，两象限运行，但电压极性是单向的；由此思路设计出桥式可逆斩波电路；1gZkD；4.4 桥式可逆斩波电路当需要电动机进行正、反转以及可电动又可制动的场合，须将两个电流可逆斩波电路组合起来，分别向电动机供应正向和反向电压，成为桥式可逆斩波5 所示； yuJBc；电路，如图V3V1uoVDVD2i4LERoMV2+-VD1VD3E桥式可逆斩波电路的设计图 5 桥式可逆斩波电路工作原理：当使 V4 保持通态时，该斩波电路就等效为图4 所示的电流可逆斩波1、2 象限，即正转电动和正电路，向电动机供应正电压，可使电动机工作于第转再生制动状态；此时，需防止 V3 导通造成电源短路；当使V2 保持为通态时，V3、VD3、V4 、VD4 等效为又一组电流可逆斩波电路，向电动机供应负电压，可使电动机工作于第 3、4 象限；其中 V3 和 VD3 构成降压斩波电路，向电动机供电使其工作于第 3 象限即反转电动状态，而V4 和 VD4 构成升压斩波电路，可使电动机工作于第 4 象限即反转再生制动状态；7vyij ；工作方式：双极性工作方式，单极性工作方式，受限单极性工作方式；4.4.1双极性工作方式V1 与 V4 同时通断， V2 与 V3 同时通断； V1 与 V2 通断互补， V3 与 V4通6 所示； K5AVy；断互补；输出电压波形中电压有正有负，故称双极性，如图u oa)0t桥式可逆斩波电路的设计图 6 桥式可逆斩波电路双极性工作方式波形a)输出电压 b) 电留恋续时 c) 电流断续时4.4.2单极性工作方式V1 与 V2 不断调制， V3 与 V4 全通或全断； V1 与 V2 通断互补，V3 与 V47 所示；通断互补；输出电压波形中电压只有正或只有负，故称单极性，如图v1o9E；uo0ta)io12b)0iot12c)340t图 7桥式可逆斩波电路单极性工作方式波形a)输出电压 b) 电留恋续时 c) 电流断续时桥式可逆斩波电路的设计4.4.3受限单极性工作方式V1 不断调制， V4 全通， V3 与 V2 全断或 V2 不断调制， V3 全通， V1 与 V4全断；输出电压波形中电压只有正或只有负，且轻载时电流也断续，故称受限8 所示； Zzfat单极性，如图；uo0ta)io12b)0iot12c)0t图 8桥式可逆斩波电路受限单极性工作方式波形a)b)c) 电流断续时输出电压电留恋续时5仿真结果用 matlab 仿真桥式可逆斩波电路，第一得设计出用于触发四个IGBT的脉V1冲发生器，在此只仿真桥式可逆斩波电路工作于双极性工作方式的情形，即与 V4 同时通断， V2 与 V3 同时通断； V1与 V2通断互补， V3 与 V4 通断互补；9 所示； HE7hP；脉冲发生器如图桥式可逆斩波电路的设计图 9 脉冲发生器对掌握四个 IGBT通断的两个脉冲发生器的设置如下：对掌握V1、V4 的脉冲发生器设置如图 10，对掌握 V2、V3 的脉冲发生器的设置如图11 所示；设置后需保证90 度，桥式可逆斩波电路工作在双极性状态，就两组脉冲发生器的相位应相差即半个周期；0ADO；E图 10对掌握 V1、V4 的脉冲发生器的设置图 11对掌握 V2、V3 的脉冲发生器的设置桥式可逆斩波电路的设计设计最终的主电路图如图 12 所示；图 12 主电路图仿真后得到的波形图如图 13 所示，上图为电压波形，。