1、學生課外學術科技作品競賽技術報告摘 要：2系統結構31.1系統概述31.2整體結構圖片4電路設計52.1升壓斬波電路的工作原理52.1升壓斬波電路的工作原理52.2級聯方式可切換型Boost變換器工作原理62.3 IGBT驅動電路8軟件設計10實驗結果11附錄12摘 要：多重化技術是一種將原有的拓撲結構通過并聯、串聯或者級聯等方式重構出新的變換器拓撲形式，從而降低單個電路單元所承擔的傳輸功率，提高系統整體的功率等級的變流技術。傳統多重化Boost斬波變換器受結構因素影響，難以獲得較高的升壓比，因此，本技術報告針對一種級聯方式可切換型Boost變換器進行研究與改進。該變換器通過采用多重化結構不僅

2、降低了單個組成單元的功率傳輸等級，而且通過改變連接各單元間IGBT的通斷狀態，調整單個Boost電路單元輸出端電壓。與傳統的采用并聯或串聯方式構成的多重化Boost斬波變換器相比，該種變換器具有較大的升壓比。關鍵詞：多重化Boost變換器，級聯方式可切換，較大升壓比。1 系統結構1.1系統概述該系統包括主電路與控制電路兩個部分，其中主電路由兩個Boost電路通過兩個并聯二極管和一個串聯IGBT組合而成，控制電路包括以TMS320F28335為核心的主控板、外部供電路以及邏輯電路。圖1為整體系統的結構框圖。圖1.1系統的結構框圖1.2整體結構圖片圖1.2整體結構2 電路設計2.1升壓斬波電路的工

3、作原理升壓斬波電路的原理圖如圖2.1所示。該電路也是使用一個全控型器件。圖2.1 Boost升壓斬波電路分析升壓斬波電路的工作原理時，首先假設電路中電感L值很大，電容C也很大。當可控開關T處于通態時，電源E向電感L充電，充電電流基本恒定為，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Uo恒定。設V處于通態時間為，此階段電感L上積蓄的能量為。設T處于斷態時E和L共同向電容C充電并向負載R提供能量。設T處于斷態時間為，則在此期間電感L釋放的能量為 。當電路工作于穩態時，一個周期T中電感L積蓄的能量與釋放的能量相等，即，式中，輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波。也有的文獻中直

4、接采用其英文名稱，稱之為boost變換器（Boost Converter）。上式中表示升壓比，調節其大小，即可改變輸出電壓的大小，占空比也可以用來進行表示，將升壓比的倒數記作，即。則和占空比有如下關系 +=1。因此，輸入電壓與輸出電壓的關系可表示為。2.2級聯方式可切換型Boost變換器工作原理級聯方式可切換型Boost變換器的結構如圖2.2所示。圖2.2 多重升壓斬波電路由圖2.2可以看出，當T3導通時實現兩個Boost電路的串聯，電流回路如圖2.3所示。圖2.3工作在串聯模式下的電流回路此時輸入輸出電壓的數學關系如下：式中，Ton為通斷時長，T為IGBT開關頻率。當T3斷開時實現兩個Boo

5、st電路的并聯。電流回路如圖2.4。圖2.4 工作在并聯模式下的電流回路此時輸出電壓數學公式如下：2.3 IGBT驅動電路該作品中使用采用M57962L作為核心的驅動芯片，該芯片是一種專用的驅動厚膜電路，有如下特點：（1）采用光耦實現電氣隔離，光耦是快速型的適合于高頻運行，光耦的原邊在設計時就已經串入了電阻，可以把+5V電壓直接加到輸入端。（2）信號傳輸延遲時間短，低電平高電平的傳輸時間以及高電平低電平的傳輸時間都在1.5us以下。（3） 具有過流保護功能。M57962L通過檢測IGBT的飽和壓降來判斷IGBT是否過流，一旦過流，M57962L將對IGBT實施軟關斷，并輸出故障電流。本作品所應

6、用的電路是M57962L的典型電路，所采用的是單電源供電，只給驅動器的輔助電源VCC端供給24V 電壓, 驅動器輔助電源的VEE端聯到了VCC的接地端。在輸入信號的前端，使用了光纖來傳遞信號，這樣做有以下的優點，傳輸損耗小，通頻帶寬，可以達到數kHz級別，還有就是光纖是絕緣體，因而不受電磁干擾。除此還有一點就是隔離了控制器，除了上一級別的光耦外，又增加了一層保護，做到了雙重保險，保護了控制器的安全工作。驅動電路中所采用的是單電源供電，只給驅動器的輔助電源VCC端供給24V 電壓, 驅動器輔助電源的VEE端聯到了VCC的接地端。VD4是雙向限幅器，穩壓管VD1對D1起到保護作用，防止D1被擊穿，

7、R1起到門極限流作用。工作過程：Vi引腳接輸入信號，這時引腳輸出正電壓使IGBT正常工作，同時，檢測引腳檢測信號正常，一切電路正常工作。當發生短路或過載時，IGBT的集電極電壓超過30V，從而D1截止，檢測引腳檢測到故障信號，同時引腳輸出負壓使IGBT迅速可靠關斷。這里在輸入端以前的電路引用了與非門芯片SN55451,目的就是要求DSP施發的邏輯狀態和的電壓高低狀態嚴格一致，從而避免了有可能在先啟動升壓模塊而后啟動控制模塊時造成短路電流。具體電路如圖2.5圖2.5 基于M57962L的IGBT驅動電路3 軟件設計在DSP編程中主要用到了兩個模塊，PWM模塊，AD采樣模塊。在PWM模塊中要求產生三路PWM信號，作為IGBT的驅動信號，其占空比會隨需求改變而變化，具體變化從20%到80%可調。AD采樣環節采取五路信號，分別是boost電路輸入端一路的電壓、電流，輸入端二路的電壓、電流和boost電路輸出端的電壓。再在此基礎上應用經典PI算法來實現閉環控制，在可允許誤差范圍內達到我們的設定值。