1、電力電子升壓斬波電路的設計電力電子技術課程設計院系：信息科學與工程學院題目升壓斬波電路設計專業：電氣工程與其自動化班級：1201學號：3120203102姓名：陳昱含班級：1201學號：3120203105姓名：鄭華宇班級：1201學號：3120203106姓名：葉榮指導老師：黃靖、劉華姿2014-2015 學年第一學期電力電子升壓斬波電路的設計目錄一、引言 錯.誤. !未指定書簽二、設計目的要求與方案 錯.誤!未指定書簽2.1 設計目的 錯誤!未指定書簽2.2 設計要求 錯誤!未指定書簽2.3 設計方案 錯誤!未指定書簽三、主電路的設計 錯誤!未指定書簽3.1 主電路方案 錯誤!未指定書簽3

2、.2 元器件參數選擇與計算 錯. 誤!未指定書簽3.2.1 功率開關 V 的選擇 錯. 誤!未指定書簽3.2.2 二極管的選擇 錯.誤!未指定書簽3.2.3 儲能電感 L 的選擇 錯. 誤!未指定書簽3.2.4 輸出濾波電容 C 的選擇 錯. 誤!未指定書簽3.2.5 參數計算 錯誤!未指定書簽四、控制和驅動電路的設計 錯.誤!未指定書簽4.1 控制電路設計 錯誤!未指定書簽4.1.1 3525 的工作原理 錯. 誤!未指定書簽4.1.2 控制電路方案選擇 錯. 誤!未指定書簽4.2 驅動電路設計 錯誤!未指定書簽4.2.1 521 資料 錯誤!未指定書簽4.2.2 驅動電路方案選擇 錯. 誤

3、!未指定書簽電力電子升壓斬波電路的設計五、保護電路設計 錯誤!未指定書簽5.1 過流保護電路 錯誤!未指定書簽5.2 過壓保護電路 錯誤!未指定書簽5.3 過熱保護電路 錯誤!未指定書簽六、部分仿真波形 錯誤!未指定書簽七、方案改進 錯誤!未指定書簽7.1 改進型升壓斬波電路 錯.誤!未指定書簽7.2 緩沖電路的設計 錯誤!未指定書簽7.3 利用單片機設計控制電路 錯. 誤!未指定書簽八、設計總結 錯誤!未指定書簽九、附錄 錯.誤. !未指定書簽9.1 元器件清單 錯誤!未指定書簽9.2 參考文獻 錯誤!未指定書簽9.3 附圖 錯.誤. !未指定書簽一、引言直流 - 直流交流電路是將固定的直流

4、電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬 波，可以看作一個直流變壓器。 直流斬波電路 ( )一般是指直接將直流變成直流的情況， 不包括直流 -交流-直流的情況 ;直流斬波電路的種類很多， 包括 6 種基木斬波電路 :降壓 斬波電路，升壓斬波電路，升降壓斬波電路，斬波電路，斬波電路，斬波電路，前兩 種是最基本的電路。本設計為升壓斬波電路 升壓斬波電路，該電路目前的典型應用， 一是用于直流電動機傳動，二是用作單相功率因數校正 ( , )電路，三是用于其它交直 流電源中。本設計主要是設計一個升壓斬波電路，要求輸入一定的直流電壓，經過升電力電子升壓斬波電路的設計壓斬波電路實現一定范圍內可調的直流電壓的輸

5、出。二、設計目的要求與方案2.1 設計目的1 ）培養文獻檢索的能力，特別是如何利用檢索需要的文獻資料。2 ）培養綜合分析問題、發現問題和解決問題的能力。3 ）培養運用知識的能力和工程設計的能力。4 ）提高課程設計報告撰寫水平。2.2 設計要求課題：升壓斬波電路設計要求： 1、輸入直流電壓： 40V2 、開關頻率 1003 、輸出電壓范圍 80120V4 、輸出電壓紋波：小于 1%5 、最大輸出電流： 5A6 、具有過流保護功能，動作電流： 6A7 、具有穩壓功能2.3 設計方案由于升壓斬波電路可以將任意可調的直流電轉換為穩定的另一直流電壓，也可以 將任一穩定的直流電壓轉換為可調范圍輸出， 根據

6、題目要求， 主電路采用 通過合適的 取電阻和電感的大小并采用調節占空比的方法調節輸出電壓的人小;通過合適的選取電容的值達到紋波指標，同時穩定輸出的電壓。另外加上合適的過流保護電路防止器 件的損壞。電力電子器件在實際應用中，一般是由控制電路，驅動電路，保護電路和以電力 電子器件為核心的主電路組成一個系統。由信息電子電路組成的控制電路按照系統的電力電子升壓斬波電路的設計工作要求形成控制信號，通過驅動電路去控制主電路中電力電子器件的導通或者關斷 來完成整個系統的功能，當控制電路所產生的控制信號能夠足以驅動電力電子幵關時 就無需驅動電路。根據升壓斬波電路設計任務要求則需設計主電路、控制電路、驅動 與保

7、護電路。以下為方案原理框圖：濾波整流電路升壓斬波電路（主電路）控制電路驅動電路保護電路根據原理框圖與所學知識設計大致電路原理圖：（不包含具體控制電路、驅動電路與保護電路）220V/50Hz整流濾波電路Uirvwx1 咿 v f PWM控制 i /L 與娶動電酢| yr吐與曼動電痔瞰樣反m 神制電賂三、主電路的設計3.1主電路方案設計構思：根據設計要求需設計一個升壓斬波電路，根據所學知識可以運用基本5 / 29電力電子升壓斬波電路的設計斬波電路 作為主電路，此方案是通過直流電變為固定電壓或可調電壓的直流電，電路整體較為簡單。另一種方案是在直流變流電路中增加交流環節，即先把直流變交流， 再把交流變

8、直流，此方案把本該簡單的電路變為更加復雜。綜合所述，選擇前者方案 為主電路。下圖為主電路原理圖:升壓斬波電路的 工作原理如下:411114111|11 Ti111ci1ii11假設電路中電感L值很大，電容C值也很 大。當V處于接通態時，電源 E向電感L充 電，充電電流基本恒定為11,，同時電容c上 的電壓向負載R供電，因C值很大，基本保 持輸出電壓為恒定值，記為。設V處于接通態的時間為，此階段電感L上積蓄的能量為E 處于斷幵時E和L共同向電容C充電，并向負載，R提供能量。設 V處于斷幵的時間為，則在此時間電感L釋放的能量為''。當電路工作處于靜態時，一個周期T中電感L積蓄的能量

9、與釋放的能量相等，即EI 1ton U o E 1 1toffug = -e = e化簡得：'% 如上式中的，輸出電壓高于電源電壓，故稱之為升壓斬波電路。升壓斬波電路在電力 電子工程中也叫變換器，式中的表示升壓比，通常調節其大小，即可改變輸出電壓的 大小。其調節的方法就是控制始終大于 1，也就是保持二匯。在實際電路中，要使 通過電容C作用使得輸出電壓認為保持不變， 其當電容C的值足夠大時，其誤差是很電力電子升壓斬波電路的設計小的，基本可以忽略。從這一點上說，升壓斬波電路可以看成是直流變壓器電感電流連續與斷續電流電壓波形圖3.2元器件參數選擇與計算321功率幵關V的選擇功率幵關的選擇首先

10、應該根據輸入條件和輸入電壓、電流、工作場合、負載特性 等來確定，常用的全控型器件為，等。在確定功率管的類型后，型號的選擇應該遵 循以下幾個原則：1）功率幵關V的導通飽和壓降越小越好。2）功率幵關V截至時的反向漏電流越小越好。3）功率幵關V的高頻特性要好。4 ）功率幵關V的幵關時間要短，也就是轉換速度要快。5）功率幵關V的基極驅動功率要小。6）功率幵關V集電極電壓的額定值需要足夠大。升降壓斬波電路是直流斬波中最基本的一種電路，是用作為全控型器件的升降壓電力電子升壓斬波電路的設計斬波電路，用于直流到直流的降壓或升壓的變換。(絕緣柵雙極晶體管)是典型的全 控型器件，兼有的高輸入阻抗和的低導通壓降兩方

11、面的優點。飽和壓降低，載流密度 大，但驅動電流較大；驅動功率很小，幵關速度快，但導通壓降大，載流密度小。綜 合了以上兩種器件的優點，驅動功率小而飽和壓降低。故功率幵關V選擇。(1) 集電極電壓：由原理圖可知V承受的最大電壓就是截至電壓，考慮輸入電壓具有 10%的波動， 儲能電感L上的反峰尖刺電壓為額定值的 20%，因此V承受的電壓實際為= 1.32。通常選擇功率幵關要留有一定的富余量，故選80%為額定電壓值，則 1.32 =0.8。根據輸出電壓有輸入電源關系，亦可得=1/(1)。(2) 集電極電流：在功率幵關V導通期間，流過功率幵關 V的電流也就是在此期間流過儲能電感 L 中的電流，即輸入電流

12、。如不考慮電路中的其他功率損耗，就有。選擇功率幵關V的集電極電流和選擇集電極電壓一樣， 也要留有一定的余量。 一般工作電流取為80 %的 額定電流值，公式就應為 0.8 =-1/(1) o二極管的選擇(1)反向耐壓：在功率幵關V導通期間，二極管因反向偏置而截止，此時二極管上所承受的電壓 為輸出電壓(功率幵關V的正向飽和電壓被忽略)。此外，二極管耐壓值一般應留有 20 % 的富余量，故二極管反向耐壓應為：:Ud 鼻 r-J * Uo = L25 Uz1 04 £(2 )正向導通電流:在功率幵關V截止期間，二極管因正向偏置而導通，此時流過二極管上的電流正 好就是電流，也就是流過儲能電感L

13、上的電流。因此通常在選擇二極管的正向工作電流時應留有較大的富余量，以降低其正常工作時的熱量，通常富余量為50 %，因而就有解上式可得出二極管正向導通電流 :2 2(1).(3) 正向導通功率損耗:在功率幵關V截止期間，二極管因正向偏置而導通的電流。設二極管的正向導通 管壓降為，二極管正向導通功率損耗可由下式計算電力電子升壓斬波電路的設計從上式中我們可以看出，要想降低二極管正常工作時的熱量，除上面所說的 在選擇正向導通電流時要留有較大的富余量以外，減小二極管正向導通管壓降也是一 個非常 有效的方法。因此，具有非常低的正向導通管壓降的肖特基二極管()是首選對象。而且在變換中，升壓二極管的反向恢復會

14、限制幵關頻率的提高，同時引起較大反向恢復損耗、過高而產生電磁干擾。肖特基二極管器件的短載流子壽命是減小反向恢 復電流峰值和縮短關斷時間的一個主要因素。在和普通二極管組合中，幵通時會出現 很大的幵通電流過沖，其峰值可達24 A，幵通損耗較大，同時因為達到穩態的電流時間較長也使系統的頻率受到限制；而和肖特基二極管組合電流上升基本沒有過電流現 象，其峰值為5A。和普通二極管組合中的二極管在關斷時會出現很大的反向關斷電流， 其峰值可達18 A，關斷損耗較大；而和組合中二極管反向恢復電流卻很小，其峰值約 為1A。選擇肖特基二極管，不僅能降低二極管工作時的熱量，還可以有效的減小反向恢復電流峰值和縮短關斷時

15、間，以減小損耗。(肖特基二極管在升壓斬波電路中的應用分析雷海峰，溫家良，金銳，劉明光1.北京交通大學，北京100044; 2中國電力科學研究院，北京100192)323儲能電感L的選擇在功率幵關V導通的期間內，儲能電感L上電流的增加量應與在功率幵關 V截止 的期間內儲能電感I電流的減少量相等。因此就有 +)= -)式中，(+)表示增加 量，(-)表示減少量。儲能電感 L上電流在一個轉換周期內變化的峰峰值為：Ml alK-F 一 all(-) Mil + AI12=¥ Ton + 半 * ToKUi Tcn+Uo Tcff口-在實際設計和應用中，儲能電感L上的峰峰值電流/ 2不應大于最

16、大平均電流的 20%，這可以避免儲能電感L的磁飽和，也能達到限制功率幵關 V的峰值電流、峰值 電壓和功率損耗的目的。一般選擇1.4 o為了求得與穩壓電源轉換效率輸出電流、占空比 D和工作頻率F有關的計算儲能電感L的實際公式，作如下推導。已知穩壓電源轉換效率"與輸入功率和輸出功率之間的關系式為因此就有10 ； 1_10 > <1 -DJ整理，可得儲能電感L的實際計算公式為：宀 '這里雖然推導出了升壓斬波電路中儲能電感L的較為實用的實際計算公式，在實際的應用和調試中，也存在著儲能電感 L的電感量應大于臨界電感量的問題。為了保 證負載最小電流電路能夠連續，實際電感量應取

17、大于臨界電感量D(1) 2/ ( 2f ).電力電子升壓斬波電路的設計324輸出濾波電容C的選擇(1)電容容量:輸出電壓穩定在所設計的恒定電壓值上，這時的輸出電流為。由于在功率幵關V導通期間負載電阻R上的全部電流都是由濾波電容 C提供的，所以這時濾波電容 C上 的電流就等于穩壓電源的輸出電流，并且濾波電容C上電壓的變化量為輸出電壓的紋波電壓值，此時就有如下的關系式：可解得：C AUo " AUo將()，1代入，由可得_ lo-UoF * AUo - (Uo + Ui)(2)耐壓值：在功率幵關V截止期間，加在濾波電容 C兩端的電壓為輸入電壓；在功率幵關V導通期間，加在濾波電容C兩端的電

18、壓為輸出電壓(儲能電感I上的電壓降和二極管的 正向導通管壓降在這里均被忽略掉 )。另外，對于升壓斬波電路來說，它的主要特性就 是輸出電壓比輸入電壓高，這里就取輸出電壓。在確定輸出濾波電容C的標稱值時應留有50 %的富余量，因此輸出濾波電容 C的耐壓標稱值應由下式來確定：0.5 即2 參數計算按照以上的器件選擇原則，根據設計要求，確定電源、功率幵關、二極管、電容、 電感、電阻等相關參數。已知參數：輸入電壓為 40V ;輸出電壓80-120V，可計算占空比0.5-0.667，取 輸出電流為0.1-5A，24-1200 Q，可取40 Q。幵關頻率100，效率大于70%，輸出 電壓波紋1% : 0.4

19、V。功率幵關：1.32*40/0.8=66V，12.5A，反向擊穿電壓 200V。二極管：1.25*120=150V，20A。輸出電容C:根據公式算得27.8，2*240V。取100。驗證：當100，輸出波紋電 壓，符合設計輸出電壓波紋要求。儲能電感L:保證電流連續，根據公式計算臨界電感25，取200 o四、控制和驅動電路的設計在斬波電路的工作原理中，不管是降壓型還是升壓型電路，它們的工作都是依靠 功率開關 V 柵極的驅動信號使功率開關 V 啟動、 導通和關閉， 而工作于導通和截止的 功率轉換狀態中的。這樣我們就可以在輸出端或功率轉換過程中加一取樣電路，將輸 出的電流和輸出電壓的變化量取出，再

20、經過放大、處理和比較后，形成一個與輸出的 電流和輸出電壓有關的， 也就是能夠自動控制和調節驅動信號占空比 D 的驅動信號來 控制和驅動功率開關 V 的工作，這就要求對控制和驅動電路進行設計。4.1 控制電路設計4.1.1 3525 的工作原理3525 的腳 16 為基準電壓源輸出，精度可以達到 （5.1 士 1%） V, 采用了溫度補償， 而且設有過流保護電路。腳 6 、腳 7 內有一個雙門限比較器，內設電容充放電電路， 加上外接的電阻電容電路共同構成 3525 的振蕩器，同時振蕩器還設有外同步輸入端 （腳 3） 。腳 1 與腳 2 分別為芯片內部誤差放大器的反相輸入端、同相輸入端，該放大 器

21、是一個兩級差分放大器。通過電阻電容結合 3525 產生鋸齒波輸入到 3525 的振蕩 器。通過調節，可在 A, B 兩端輸出兩個幅度相等，頻率相等，相位相差180 度 ,占空比可調的矩形波 （即信號 ）。松l«WKBtHfil * i Ki n和>Mitt 入MAIAiaTnrrAe> i* 嗇舟 iw is»申4)ttmsi3525引腳圖與結構框圖y_TL! hK A ；"j"U3525各腳功能介紹: 1腳：誤差放大器的反相輸入端；2腳：誤差放大器的同相輸入端；3腳：同步信號輸入端，同步脈沖的頻率應比振蕩器頻率要低一些；4腳：振蕩器輸出；5

22、腳：振蕩器外接定時電阻端，值為 2150 k Q;6腳：振蕩器外接電容端，振蕩器頻率=1 /(0.73R0 ) , R0為腳與腳之間跨接的電阻，用來調節死區時間，定時電容范圍為0.0010.1卩F；7腳：振蕩器放電端，用外接電阻來控制死區時間，電阻范圍為0500 Q;8腳：軟啟動端，外接軟啟動電容，該電容由內部的50恒流源充電；9腳：誤差放大器的輸出端；10腳：信號封鎖端，當該腳為高電平時，輸出驅動脈沖信號被封鎖，該腳主要用于12 / 29故障、保護；11 腳： A 路驅動信號輸出；12 腳： 接地；13 腳： 輸出集電極電壓；14 腳： B 路驅動信號輸出；15腳：電源，其范圍為835 V

23、;16 腳： 內部5 V 基準電壓。3525 特點：1 工作電壓范圍寬： 835V。2 . 5.1 （士 1% ） V微調基準電源。3 振蕩器工作頻率范圍寬： 1 00 400 。4 具有振蕩器外部同步功能。5 死區時間可調。6 內置軟啟動電路。7 具有輸入欠電壓鎖定功能。8 具有鎖存功能，禁止多脈沖，逐個脈沖關斷。 9雙路輸出（灌電流 / 拉電流）： 500（ 峰值 ）4.1.2 控制電路方案選擇控制電路主要實現的功能是產生控制信號，用于控制斬波電路中主功率器件的通 斷，同時能夠通過對占空比的調節達到控制輸出電壓大小的目的。根據對輸出電壓平 均值進行調制的方式不同，斬波電路可有三種控制方式

24、:1）保持開關周期 T 不變，調節開關導通時間 ,稱為脈沖寬度調制 （）或脈沖調寬型；2）保持幵關導通時間不變，改變幵關周期 T,稱為頻率調制或調頻型；3）和 T 都可調，使占空比改變，稱為混合型。其中，以第 1 種應用最多，故本設計也采用控制。控制就是對脈沖寬度進行調制 的技術， 即通過對一系列脈沖的寬度進行調制， 來等效地獲得所需要的波形 （含形狀和 幅值） 。這種電路把直流電壓“斬”成一系列脈沖，改變脈沖的占空比來獲得所需的輸 出電壓。改變脈沖的占空比就是對脈沖寬度進行調制，只是因為輸入電壓和所需要的 輸出電壓都是直流電壓，因此脈沖既是等幅的，也是等寬的，僅僅是對脈沖的占空比 進行控制。

25、電力電子升壓斬波電路的設計本設計中，控制電路以 3525為核心構成。3525為美國 公司生產的專用控制集 成電路，它采用恒頻脈寬調制控制方案，適合于各種幵關電源、斬波器的控制。3525其內部包含精密基準源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比較器、分頻器等，實現控制 所需的基本電路，并含有保護電路。控制電路圖如圖所示：由A、 B輸出，調節R4可以改變占空比。輸出末級采用推挽輸出電路，驅動場效應 功率管時關斷速度更快。11腳和14腳相位相差180。，拉電流和灌電流峰值達200 由于存在幵閉滯后，使輸出和吸收間出現重迭導通。在重迭處有一個電流尖脈沖，起 持續時間約為100。于是在13腳處接一個約0.1的電

26、容濾去電壓尖峰。此電路具有 信號穩定，安全可靠等優點。因此它適用于中小容量的斬波電路。參數計算：由于3525的振蕩頻率可表示為式中:Ct，Rt分別是與腳5、腳6相連的振蕩器的電容和電阻，Ct取值范圍為0.001 到0.1，Rt取值范圍為2k到150k，Rd是與腳7相連的放電端電阻值； 尺取值范圍為 0歐到500歐，電阻值較小，形成的鋸齒波波形后沿較陡。根據任務要求需要頻率為100，所以由上式可取 Ct =0.001訴，R= 6.2k Rd 200。因為其震蕩頻率=2倍輸出 脈沖頻率即幵關頻率202.42 "100，符合設計要求。穩壓環節：如圖所示，輸出電壓經 R3與R8分壓后作為采樣

27、信號，輸入 3525腳1 （誤差放 大器的反相輸入端）。誤差放大器的正相輸入端接5.1V可調的基準電壓。輸出電壓大于所設電壓時，此時采樣電壓便大于所調的基準電壓時，誤差放大器正相和反相輸入 端之間的電壓差經放大器放大后，調節輸出電壓，使得3525的輸出信號的占空比變小，輸出電壓減小，最終使輸出電壓穩定在設定的電壓值，實現穩壓功能。根據設計要求，輸出電壓為80-120V，可計算出采樣電阻 R3=35k , R8=2k （滑動變阻器）4.2驅動電路設計4.2.1 521 資料521是可控制的光電耦合器件，光電耦合器廣泛作用在電腦終端機，可控硅系統設備，測量儀器，影印機，自動售票，家用電器，如風扇，

28、加熱器等電路之間的信號 傳輸，使之前端與負載完全隔離，目的在于增加安全性，減小電路干擾，減化電路設計。常用的為東芝521 1rLPSM-12 - Caynode3 Emitter4 :2和-4組成的砷化鎵紅外發光二極管耦合光三極管集電極-發射極電壓：55V （最小值） 經常轉移的比例：50 % （最小） 隔離電壓：2500 （最小）驅動電路方案選擇為了減少不同電源之間的相互干擾，3525輸出的經過光電耦合之后才送到驅動電路。是電力電子器件，控制電路產生的控制信號一般難以直接驅動，因此需要外加驅動電路。驅動電路是連接控制部分和主電路的橋梁，驅動電路的穩定與可靠性直接影響 著整個系統變流的成敗，具

29、體來講的驅動要求動態驅動能力強，能為柵極提供具有陡電力電子升壓斬波電路的設計峭前后沿的驅動脈沖。否則會在幵通與關斷延時，同時要保證當損壞時驅動電路中的其他元件不會被損壞。其次能向提供適當的正向和反向柵壓，一般取+15 V左右的正向柵壓比較恰當，取-5V反向柵壓能讓可靠截止。而且要具有柵壓限幅電路，保護柵 極不被擊穿。柵極極限電壓一般為土 20V,驅動信號超出此范圍可能破壞柵極。最后當處于負載短路或過流狀態時，能在允許時間內通過逐漸降低柵壓自動抑制故障電流，實現的軟關斷。驅動電路的軟關斷過程不應隨輸入信號的消失而受到影響。在本設計中，直接采用光電耦合式驅動電路，該電路雙側都有電源。其提供的脈沖寬

30、度不受限制，較易檢測的電壓和電流的狀態，對外送出過流信號。另外它使用比 較方便，穩定性比較好。上圖給出了電力一種驅動電路，控制電路所輸出的信號通過521-1光耦合器實現電氣隔離，再經過推挽電路進行放大，從而把輸出的控制信號放大以驅動。為得到最 佳的波形，在調試的過程中對光耦兩端的電阻要進行合理的搭配。升壓電路所用全控型晶閘管是電壓型驅動器件，其柵射極之間有數千皮法左右的 極間電容，為快速建立驅動電壓，要求驅動電路其有較小的輸出電阻。使幵通的柵射 極間的驅動電壓一般取15 20V。同樣，關斷時施加一定幅值的負驅動電壓(-5 -15V)有利于減小關斷時間和關斷損耗。在柵極串入一只低值電阻可以減小寄

31、生振蕩， 該電阻阻值應隨被驅動器件電流額定值的增大而減小。本設計中取50 Q。所以上圖中，正驅動電壓為 +15V，負驅動電壓為-15V，Q1的型號是D44H8， Q2的型號是 D45H8 。D44H8 與D45H8 的最大值為 60V，因為該驅動電路中的驅 動電壓為-15V，+15V，Q1、Q2選擇上述型號較為安全。五、保護電路設計電力電子升壓斬波電路的設計在主電路工作時，如果輸出端或者負載電路出現短路而造成過流現象，或者由于其他原因造成輸出端過壓現象，施加于功率幵關V基極的驅動信號便可將功率幵關 V與時地關斷，并使其處于截止狀態，即使幵關穩壓電源停止工作。這樣既保護了幵關穩壓電源電路本身免遭

32、損壞， 又保護了負載電路不被損壞。 這就是接下來要講的過流、 過壓、過熱等保護電路的原理與具體設計。5.1過流保護電路當電力電子電路運行不正常或者發生故障時，可能會發生過電流。當器件擊穿或 短路、觸發電路或控制電路發生故障、出現過載、直流側短路、可逆傳動系統產生環 流或逆變失敗，以與交流電源電壓過高或過低、缺相等，均可引起過流。由于電力電 子器件的電流過載能力相對較差，必須對變換器進行適當的過流保護。過流保護的方 法比較多，比較簡單的方法是一般采用添加熔斷器來限制電流的過大，防止的破壞和 對電路中其他元件的保護。如在主電路串接一個快速熔斷絲。還有一種方法如下圖所示，在主電路的負載端串接一個很小

33、取樣電阻R11，R10和R15是用來取基準電壓的電阻，把基準電壓加到比較器的反向端，R9和R14取樣的電壓通過比較器與基準電壓比較，將輸出端接到控制電路中3525芯片的10腳。R13*0.2*6=1.2VR11，R16 分壓得 U4=1.2*R16/（ R1116）=1VR11=1KR16=5K1?FlDiodeQ?N1 JTub kt7.5pfI11使R (2 4) 535)/Id5.2過壓保護電路當輸入達到一定電壓值時， 自動幵通保護電路, 過壓通過保護電路形成通路，消耗過壓儲存的電磁能 量，從而使過壓的能量不會加到主幵關器件上，保護 了電力電子器件。過壓保護我們采用阻容保護，將電 阻電容

34、并聯在保護器件上，抑制電網中的尖峰電壓波, 當尖峰波來時，因電容上的電壓不變，尖峰波的電壓 會直接加在與電容串聯的電阻上，尖峰波的能量被消 耗在電阻上，從而立即降低尖峰波的電壓幅度。阻容值的選取，查資料知:8并聯在二極管上的電容值一般為：C (2.55) 10 If，If 0.367ld，在此Id取5A，得電容值為4591，我們取75。并聯在二極管的電阻值一般為: 得電阻值為581166 Q,我們取R= 510 Q負載的過壓保護采用在負載端并聯取樣電阻，取樣輸入運算放大器同相端， 在反相端輸入基準電壓，當取樣電壓大于基準電壓的時候運算放大器輸出高電平，并將高電 平給加到3525芯片的10腳，此

35、時輸出驅動脈沖被封鎖，達到故障保護的作用。當關斷信號結束，芯片重新啟動。120VU10*R4/(R24) =3.06VR2=115K R4=3KU11=5.1*R5/(R15) =3.06VR1=2KR5=3K過流和過壓保護經過兩個二極管組成的或門一同接到 3525 的 10 腳，這樣無論過 壓或過流時都能起到保護作用。5.3過熱保護電路過熱保護電路主要是用來保護幵關穩壓電源電路中的功率幵關 和續流二極管的。當幵關穩壓電源滿負荷工作時間太長，或超負荷 工作，或功率幵關和續流二極管的散熱面積不足，或散熱條件變差 等原因而導致功率幵關和續流二極管的溫度迅速上升，并且超過所 規定的最大溫度限度時，過

36、熱保護電路能夠將功率幵關關斷而使穩 壓電源停止工作無輸出。該過熱關斷電路，溫度降低以后正常工作:穩定的直流電壓，正常時 V*R2/(R12) O.7V7:為負溫系數的熱敏電阻C1：取小容量電解電容，目的是防止外界干擾動作 :為芯片的基準腳。Q1:為三極管15V.當溫度為45度時4.9K，根據公式的 R8=250 Q，C1取10。除了以上所述的保護電路之外，還有欠壓保護電路，幵機軟啟動保護電路等，由 于本設計中沒有相關的設計，故不再說明。六、部分仿真波形根據所設計的電路圖，利用軟件主電路進行了仿真。其中驅動信號占空比設置為50%，波形如下:ug166AAAA11 7 -67 -1.7A325即1

37、1K9|1Ir36.9H475J1r168即79科電力電子升壓斬波電路的設計ILlv七、方案改進7.1改進型升壓斬波電路為拓寬輸出電壓調節范圍且有效地改善輸入電流的畸變，給出如圖的改進型升壓斬波電路:IGBT!卒】GRT2叫UTaO £ I由電容C1 , C2對電源進行分壓，采用 2個幵關元件進行對電感的蓄能和釋放的 控制，使得在相同周期內，對充電電流的變化周期縮小 1倍，可有效地提高升壓范圍， 并減小輸入電流的高次諧波。（一種改進型升壓斬波電路王志達，侯云海沈陽工程學院學報 第4卷第2期2008年4月）7.2緩沖電路的設計緩沖電路由電容 C1、電阻、幵關K1 , K2組成，目的是為

38、了給升壓電路提供相對 恒定的直流電壓，防止沖擊電壓和沖擊電流對功率器件造成損壞。K1閉合，直流電源接通，起初輸入側濾波電容器上的電壓為0V,接通瞬間產生的沖擊電壓和沖擊電流可能對主功率電路造成損壞。因此，在電源輸入和濾波器之間接入限流電阻R L,，將濾波器的充電電流限制在一定范圍內。當濾波電容器充電完畢后，K2閉合，將限流電阻短接。限流電阻的取值為 20k Q。在以上過程中，K3是打幵的。大電容C1也可起到濾波作用，濾去直流電壓中的脈動成分。該電容一般來說容 量越大越好，但考慮到體積和成本的限制，根據經驗可選50000的電解電容。電阻R為系統停止工作后大電容 C1提供放電回路，將K3閉合，即可

39、為C1提供放電回路。 電阻R取值為10K Q。（基于3525的直流升壓電源的設計與仿真王川川，趙錦成，邢婭浪電氣幵關7103）7.3利用單片機設計控制電路12C5410單片機是深圳宏晶生產的一種單片機，是宏晶仃8051單片機。該型單片機有4路輸出、8路10位轉換，能滿足該電路的需要。輸出電壓經采樣與信號調理以后，送至12C5410單片機，由于12C5410單片機具有8通道10位和取樣保持電路的 A轉換器，且有輸山驅動信號的功能，能滿足該 電路的需要，故無需另外設計A轉換電路與驅動信號產生電路。通過調用算法計算調整下次傳送的控制信號，形成反饋回路，實現寬電壓輸入、穩壓輸出的功能利用單片 機豐富的口和A轉換通道，結合針對2升壓系統設計的保護電路， 可以構成完善的保 護功能。（基于單片機的升壓電路設計與仿真劉毅、王聰機械與電子 2011年第7期）八、設計總結經過一周半的電力電子課程設計，學到了很多，更認識到了理論與實際結合的重