直流斩波电路的性能研究

目录

一、 buck斩波电路工作原理 .................................................. 1 二、硬件调试 .............................................................................. 3 2.1、电源电路 ...................................................................... 3 2.1.1 工作原理： ............................................................. 3 2.2 buck斩波电路 ............................................................... 5 2.3、 控制电路 .................................................................... 6 2.4、 驱动电路 .................................................................... 7 2.5 过压保护电路 ................................................................. 9 2.5.1 主电路器件保护 ..................................................... 9 2.5.2 负载过压保护 ....................................................... 9 2.5.3 过流保护电路 ....................................................... 10 2.6 元器件列表 ................................................................. 12 三、总结 .................................................................................... 12 四、参考文献 ............................................................................ 13

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一、 buck斩波电路工作原理

直流斩波电路（DC Chopper）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，也称为直接直流-直流变换器（DC/DC Converter）。直流斩波电路一般是指直接将直流电变为另一直流电的情况，不包括直流-交流-直流的情况。 习惯上，DC-DC变换器包括以上两种情况。

直流斩波电路的种类较多，包括6种基本斩波电路：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斩波电路和Zeta斩波电路，其中前两种是最基本的电路。一方面，这两种电路应用最为广泛，另一方面，理解了这两种电路可为理解其他的电路打下基础。

利用不同的基本斩波电路进行组合，可构成复合斩波电路，如电流可逆斩波电路、桥式可逆斩波电路等。利用相同结构的基本斩波电路进行组合，可构成多相多重斩波电路。

直流斩波电路广泛应用于直流传动和开关电源领域，是电力电子领域的热点。全控型器件选择绝缘栅双极晶体管（IGBT）综合了GTR和电力MOSFET的优点，具有良好的特性。目前已取代了原来GTR和一部分电力MOSFET的市场，应用领域迅速扩展，成为中小功率电力电子设备的主导器件。

所以，此课程设计选题为：设计使用全控型器件为电力MOSFET的降压斩波电路。主要讨论电源电路、降压斩波主电路、控制电路、驱动电路和保护电路的原理与设计。

1.1主电路工作原理

图1.1 BUCK斩波电路电路图

直流降压斩波主电路使用一个Power MOSFET IRF640N控制导通。用控制电路和驱动电路来控制IRF640N的通断，当t=0时，驱动IRF640N导通，电源E向

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负载供电，负载电压u0=E，负载电流i0按指数曲线上升。电路工作时波形图如图１.2所示：

图1.2 电流持续时波形图

当t?t1时刻，控制IRF640N关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压u0近似为零，负载电流指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小，故串联L值较大的电感。至一个周期T结束，再驱动IRF640N导通，重复上一周期的过程。当电力工作于稳态时负载电流在一个周期的初值和终值相等，负载电压的平均值为：

U0??E 在图中，ton为电力MOSFET处于通态的时间；toff为其处于断态的时间；T为开关周期；α为导通占空比。通过调节占空比α来调节输出电压Em。当α=1时，输出到负载的电压平均值U0最大为E，若减小占空比α，则U0随之减小。此电路采用PWM方式控制IRF640N的通断。

1.2 控制电路选择

在实现对Power MOSFET IRF640N进行控制的控制电路中，考虑采用脉冲发生器TL494或者SG3525。二者区别如下：

1．SG3525,驱动电路简单,但其驱动电流小,适合于500W以下逆变器,比如直接驱动8个IRF3205,IC会发热高,TL494驱动能力强,合适驱动1000W以下机子,如果要更大功率,两IC都要抗流来增大驱动能力；

2．工作电压在15V左右,SG3525要比TL494能更稳定工作,但电压上到20V,TL494稳定性更强．SG3525不能直接用于24V电压,而TL494在30V的条件下依然能稳定运行,所以在24V电路中,TL494更简单；

3．在低频逆变中,从理论上说,TL494更能稳定50HZ输出,但电路设计得当,TL494在50HZ上也易实现,由于TL494死驱受控于5,7脚间电阻,所以对于AC

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输出电压变换比不上TL494实用。

综合以上原因，在控制电路部分，我们采用抗干扰能力强、结构简单、可靠性高以及价格便宜TL494作为脉冲触发器。

二、硬件调试

2.1、电源电路

本设计采用电容滤波的二极管不可控整流电路获得所需的直流电源。

2.1.1 工作原理：

图1.1 整流电路原理图

用变压器降压后，由四个二极管组成一个全桥整流电路，由于整流电路出来的电压含有较大的纹波，电压质量不太好，故需要进行滤波。本电路采用RC滤波器,因为电容滤波的直流输出电压U0与变压器副边电压U2的比值比较大，而且适用于小电流、整流管的冲击电流比较大的电路中，因此本电路选用电容滤波。

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图1.2 电源电路图

输入端接220V/50Hz的交流电，经过变压器T1（变压比为240/12*2）后输出24V/50Hz。当同名端为正时，D1、D4导通，D2、D3截止，电压上正下负；当同名端为负时，D1、D4截止，D2、D3导通，电压同样是上正下负，从而实现整流。电容具有电压不能突变，通交流阻直流特性，因此并联一个大电容可以滤除杂波，减小纹波。组成上图整流电路，可以得到比较理想的直流电压。

仿真测量结果如下：

图1.4 整流电路仿真电路图

整流桥二极管的选择:在桥式整流电路中，每只二极管只在输入电压的半个周期内导通，因此二极管的平均电流只有负载电阻上平均电流的一半，即

ID(AV)=I0(AV)/2=0.45U2/R。

在二极管不导通期间，承受反压的最大值就是变压器二次测电压U2的最大

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