降压斩波电路课程设计汇总

应用电子电路

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描述

降压斩波电路课程设计(一)

一、主电路设计

根据所选课题设计要求设计一个降压斩波电路,可运用电力电子开关来控制电路的通断即改变占空比,从而获得我们所想要的电压。这就可以根据所学的buck降压电路作为主电路,这个方案是较为简单的方案,直接进行直直变换简化了电路结构。而另一种方案是先把直流变交流降压,再把交流变直流,这种方案把本该简单的电路复杂化,不可取。至于开关的选择,选用比较熟悉的全控型的IGBT管,而不选半控型的晶闸管,因为IGBT控制较为简单,且它既具有输入阻抗高、开关速度快、驱动电路简单等特点,又用通态压降小、耐压高、电流大等优点。

工作原理

根据所学的知识,直流降压斩波主电路如下图所示:

降压斩波电路

直流降压斩波主电路使用一个全控器件IGBT控制导通。用控制电路和驱动电路来控制IGBT的通断,当t=0时,驱动IGBT导通,电源E向负载供电,负载电压0u=E,负载电流0i按指数曲线上升。电路工作时波形图如下图所示。

降压斩波电路

当t=t1时刻,控制IGBT关断,负载电流经二极管DV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IGBT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

降压斩波电路

参数分析

主电路中需要确定参数的元器件有IGBT、二极管、直流电源、电感、电阻值的确定,其参数确定如下:

实验材料为L=1mH,R=30欧。

计算电感断续与连续时的临界频率。

降压斩波电路

降压斩波电路

二、电路设计方案

控制芯片为STC89C52。此控制芯片没有内置AD采样电路,所以需要自己添加采样电路,我们选取ADC0809作为采样芯片,考虑需要显示3位数字,四位八段共阴极数码管足够满足要求。驱动芯片选取IR2103半桥功放,因为驱动芯片的地与主电路的地需要隔开,所以加一个光耦进行隔离。如下图:

降压斩波电路

三、驱动电路设计

IR2103是半桥驱动器,也可以用两个组成H桥驱动。HIN输入高电平HO就输出高电平,但这个电平是相对Vs而言的;LIN输入低电平LO就输出低电平,但这个电平是相对COM而言的。

自举电容的作用是提供高端驱动的电源VB,高端驱动输出TC是高频振荡的,当上管导通时是高压端电压,当下管导通时是低电平,当TC为低电平时,由Vcc经二极管给自举电容充电之接近Vcc电压,Vcc同时给VB供电,当TC为高电平时,二极管截至,自举电容放电给VB供电。自举电容只有在高频振荡时才能起作用。

因为我们只需要驱动一个MOS管,所以我们简化电路采用低边输出,将二极管和电容去掉,HIN接地。光耦选取4N25,因为单片机的驱动能力有限,光电二极管采用上拉电阻与单片机接口连接。如下图:

降压斩波电路

四、采样模块设计

ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道,8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关,它可以根据地址码锁存译码后的信号,只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。分辨率为8位,具有转换起停控制端,转换时间为100μs(时钟为640KHz时),130μs(时钟为500KHz时),单个+5V电源供电。模拟输入电压范围0~+5V,不需零点和满刻度校准。工作温度范围为-40~+85摄氏度,低功耗约15mW。原理图与引脚图如下所示:

降压斩波电路

降压斩波电路

五、显示电路设计

STC89C52单片机可以直接驱动八段数码管,因为是共阴极数码管,则高电平点亮段选。低电平选中位选。如下图:

降压斩波电路

六、单片机程序

/* 名称:ADC0809 数模转换与显示

说明:ADC0809 采样通道0 输入的模拟量,转换后的结果显示在数码管上。

*/

#include《reg52.h》

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int //各数字的数码管段码(共阴)

uchar code table[]=

{ 0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x7, 0x7f,0x6f}; //正常数码

uchar code table1[]=

{ 0xbf,0x86,0xdb,0xcf, 0xe6,0xed,0xfd,0x87, 0xff,0xef}; //带小数点的数码

/*uchar code wela[]=

{ 0xfe,0xfc,0xfb,0xf7};

*/

sbit CLK=P0^4; //时钟信号

sbit ST=P0^3; //启动信号

sbit EOC=P0^2; //转换结束信号

sbit OE=P0^1; //输出使能

sbit PWM=P0^0; //输出使能

uchar num,ii,aa=0; //延时

void DelayMS(uint ms)

{ uchar i;

while(ms--) for(i=0;i《120;i++);

} //显示转换结果

void Display_Result(uchar d)

{ num=d*0.39;

d=num%10;

ii=num/10%10;

P2=0xf7;// 第1 个数码管显示整数

P1=table1[ii];

DelayMS(9);

P2=0xfb;// 第2 个数码管显示小数

P1=table[d];

DelayMS(9);

} //主程序

void main()

{ TMOD=0x02; //T1 工作模式2

TH0=0x14;

TL0=0x00;

IE=0x82;

TR0=1;

while(1) {

ST=0;ST=1;ST=0; //启动A/D 转换

while(EOC==0)

Display_Result(aa); //等待转换完成

OE=1;

aa=P3;

OE=0;

} } //T0 定时器中断给

ADC0808 提供时钟信号

void Timer0_INT() interrupt 1

{ CLK=~CLK;

PWM=~PWM; }

降压斩波电路课程设计(二)

一.设计要求

1)完成buck降压斩波器的设计、仿真;

2)设计要求:输入:DC100V 输出:DC60V

二.题目分析

Buck降压斩波电路,通过控制晶闸管开通关断的时间达到降压的目的。

1:t=0时,晶闸管开通,100v直流电源向右边的负载供电,使得负载电压U0=E,负载电流按照指数曲线上升。

2:在t=30us时晶闸管关断,负载电流经过续流二极管续流,负载电压U0近似为零,电感使得负载电流曲线连续且脉动小。

3:在经过20us一个周期结束,再次驱使晶闸管导通,重复前面的周期过程。

电路工作趋于稳定时,负载电流在一个周期的初值和终值相等,电压的平均值为U0= αE,仿真中α为3/5,周期为50us,开通时间为30us,关断时间为20。当输入为100v时,按照这个占空比α3/5时,输出的电压为60v。

三.主电路设计、元器件选型及计算:

1:当t=0时,驱动IGBT导通,电源E向负载供电,负载电压0u=αE,负载电流0i按指数曲线上升。电路工作时波形图如下图:

降压斩波电路

2:当1tt=30s时,控制晶闸管关断,负载电流经二极管DV续流,负载电压0u近似为零,负载电流指数曲线下降。

3:至一个周期T结束,再驱动晶闸管导通,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:

降压斩波电路

4.ton:IGBT处于通态的时间;

toff:处于断态的时间;

T:开关周期;

α:导通占空比。

5.由于占空比为开通时间小于周期时间,必定使得占空比小于1,所以buck输出的电压小于输入的电压。即:为降压斩波电路。

6.器件参数:

(1)电源:要求输入电压为100V。

(2)电阻:为20欧姆。

(3)IGBT:当IGBT截止时,回路通过二极管续流,此时IGBT两端承受最大正压为100V;而当=1时,IGBT有最大电流,其值为5A。故需选择集电极最大连续电流cI=A10,反向击穿电压VBvceo200的IGBT,而一般的IGBT都满足要求。

(4)二极管:其承受最大反压100V,其承受最大电流趋近于5A,考虑2倍裕量,故需选择VUN200,AIN10的二极管。

(5)电感:按照WL》》R,W=2πf,得到电感为2mH。

(6)开关频率:f=20kHz。

(7)电容:按照1/(wc)》》R,得到c为5uf。

四.主电路仿真分析

1.降压斩波电路图:

降压斩波电路

2.开通时间、周期时间设置以及得到的电压波形:

降压斩波电路

图2

降压斩波电路

图3

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