1、 网络教育学院 电源技术 课 程 设 计题 目： 大功率开关电源的研究 学习中心： 层 次： 高起专 专 业： 年 级： 年 春/秋 季 学 号： 学 生： 指导教师： 完成日期： 年 月 日目 录1 设计简介及要求 32 Buck 型开关变换器的工作原理 .42.1 Buck 型开关电路的组成 42.2 Buck 型开关电路工作工程分析 53 Buck 型开关逆变器的工作原理及器件介绍 .73.1 Buck 型开关逆变器电路图 73.2 Buck 型开关变换电路的控制规律 83.3 电路图中的器件介绍 .83.3.1 IGBT 的简单介绍 93.3.2 IGBT 的驱动 10总结 101 设
2、计简介及要求我们都已知对于一个逆变电路来说都需要一个直流电压源，而如果想设计一个好的逆变电路的话就必须有一个稳定性好的直流电压源。然而随着当今工业的发展，各种各样的用电设备不断涌现，人们的用电量也在不断增加，单个设备的用电量从几瓦到几千瓦再到几兆瓦不等，于是人们就需要不同功率等级的直流电压源来给逆变器供电。当然了如果我们得到的直流电压源只是应用于小功率场合的话，那么我们对于直流电压源的主要要求就是有较好的稳定性，这样可以减少逆变器所承受的负担。然而在大功率场合，电源本身消耗的功率也已经不能忽视，因为随着变换器功率等级的提高，其本身的消耗也会成倍增加，这样对于我们当今这个能源危机的年代是不可行的
3、。我们都已知线性稳压电路具有结构简单、调节方便、输出电压稳定性强、纹波电压小等优点。但是，由于调整管集电极功耗为 ，)(OILCEUIP因而始终消耗功耗，特别是在大功率应用场合，其负载电流较大则调整管自身的功耗很大。也就是说，线性稳压电路的效率很低，我们在实际应用中的线性稳压电路的效率仅为 3040%，同时因为调整管的功耗过大，调整管的散热也成为一个让人头疼的问题。然我们又知道功率管在导通和截止状态时其消耗的功率很小，这样其散热的问题就自然的消失了，于是我们可以设想，如果调整管工作在开关状态，然后让输出保持稳定就可以得到功耗小的直流电源，于是开关型直流稳压电源应运而生，虽然开关型变换器也存在输
4、出电压纹波大等缺点，但它以其很小的功率消耗而广泛应用于大功率场合。获取完整 word格式文档或者论文代写请联系：QQ 248173788电话 13933636770我们是在校研究生，同时也一直写各个专业的奥鹏论文，直接跟我们联系，省去了找他们代写网站上的受他们剥削，所以我们代写价格最便宜，我们承诺您可以通过之后再付款2 Buck 型开关变换器的工作原理2.1 Buck 型开关电路的组成Buck 型变换器是一种单开关非隔离变换器。其电路组成如图 2-1 所示：+-U sSV - p u l s eV DLCR图 2-1 Buck 型开关变换器电路它由一个电子开关 ，二极管 ，电感 ，电容 和一个
5、基本负载电阻SVLC构成。如果让开关 周期性通断，对输入电压 进行斩波，在二极管的两端R sU可以得到一连串方波电压(图 2-2)。经过串联电感滤波电路的滤波，在输出端就可以得到平稳的直流输出电压 了。控制开关 开通和关断的比例，就可以对oS输出电压 的高低进行控制。oV获取完整 word格式文档或者论文代写请联系：QQ 248173788电话 13933636770我们是在校研究生，同时也一直写各个专业的奥鹏论文，直接跟我们联系，省去了找他们代写网站上的受他们剥削，所以我们代写价格最便宜，我们承诺您可以通过之后再付款图 2-2 BUCK 变换器稳态二极管两端电压2.2 Buck 型开关电路工
6、作工程分析Buck 型开关变换器的整个工作过程可以分为动态阶段和稳态阶段两个部分。其中动态阶段又可以细分为两个过程。设初始状态为零，即：电容的电压为零，电感的电流为零，开关以一定的占空比周期地工作。当开关 闭合后，输出电压 完全加在二极管 的两端，上正下负，二SsUVD极管被反偏截止。由于此时电容 的初始电压为零( ，即输出电压为零)，Cco电容电压不能突变，所以输入电压完全加在电感 L 之上，形成经开关 、电感S、电容 和电阻 构成的回路建立起初始电流。随着开关闭合时间的增加，LCR电感电流逐渐增加，这个电感电流的一部分供给电阻 成为输出电流，另一部R分对电容充电使电容两端的电压逐步升高。由
7、于电容电压从零开始建立，在开关 闭合期间电感电流的增量相对较大，而输出给 的负载电流与电容电压成S正比，故开始阶段电容的充电电流最大，电容电压上升的最快。当开关 断开后，由于电感电流不能突变，失去外加激励趋于下降的电感电流在电感 两端产生右正左负的感应电势，这一感应电势将克服电容器电压L使二极管 承受正偏导通，形成 的续流回路。VDLVDRCL、在开始阶段的若干个周期内由于电容电压尚处于一个比较低的数值，输出的负载电流不大，因此电感电流的大部分仍将作为充电电流对电容充电，使得电容电压继续升高。不过由于以后的每一个周期里电容的初始电压总是比前一个周期的电压值高，开关闭合期间电感电流的增量在不断减
8、小而负载电流在不断增加，因此电容的充电电流在逐渐减小，电容电压上升的速度逐渐变缓(尽管电容充电电流在减小但始终大于零)。这种情况将持续若干个周期，这一阶段称为动态过程的第一个阶段，也是动态过程的初始阶段。这一阶段的特点是：不论开关的状态如何，电容的充电电流由大变小，但电容的充电电流始终大于零。电容电压是在不断升高，输出电流也在不断增加。在其后的若干周期里，开关闭合期间电感电流仍将增加，并同时给负载电阻 和电容 提供电流。但是由于输出电压 的不断升高，使得输出的负载电RCoV流也在不断增大，因此给电容充电的电流将逐渐减小。另一方面由于电容电压的增加，开关闭合期内电感电流的增加量将变得更小(加在电
9、感器上的激励电压为 )，所以在开关断开期间，电容的充电电流将由原来始终大于零逐渐变osVU化为一段时间里大于零，一段时间里小于零。即：随着电感电流的逐渐下降，由原来的电感除了能提供足够的负载电流之外还始终能给电容提供一部分充电电流逐渐变为电感电流不仅不能给电容提供充电电流，而且负载所需要的电流的一部分还要靠电容的放电电流维持。这个过程的每一个周期内，电容的充电电荷量仍将大于放电电荷量。虽然电容电压会出现时而上升时而下降的现象，但总体上讲电容电压仍然保持上升的趋势。这是动态过渡过程的第二阶段，也是后期阶段。这个阶段的特点是：随着输出电压的不断升高，电感电流的增量在逐渐减小，电容的充电电流由始终大
10、于零变为时而大于零，时而小于零而总的趋势仍然是输出电压不断升高。当一个开关周期内电容的充、放电电荷相等时电路进入了稳态。开关闭合时电感电流增加，开关断开时电感电流下降，电容的充、放电电流在一个周期内的平均值等于零，即：在电容的充电电流大于零时电容电压上升， “充电”电流小于零时电容电压下降。因此输出电压的平均值保持不变，输出电压存在脉动成分。此时电路进入稳态工作阶段。这个阶段的特点是：电容的充、放电电流在一个周期内的平均值等于零，输出电压的平均值保持不变，输出电压存在因电容充、放电形成的脉动成分。由上述分析可知：1)零初始条件下固定占空比工作时，变换器经历动态过程和稳态过程两大阶段。动态阶段的
11、特点是电容电压逐步升高，一个周期内电感电流的平均值大于负载电流，电容的充电电荷大于放电电荷；稳态阶段的特点是一个周期内电感电流的平均值等于负载电流值，电容的充、放电电荷相等，输出电压平均值不变。2)输出占空比 D 可以改变输出电压的大小。3)稳态时，输出电压的平均值虽然保持不变，但输出电压存在因电容充放电引起的脉动。4)电感电流和电容电流均呈现脉动形式，在开关闭合时电感电流和电容电流增加，开关断开时电感电流和电容电流下降。5)为了使变换器电路能具有由占空比 D 来控制输出电压的能力，电路中必须接入一个基本负载 R。这一点不难理解：如果没有基本负载，那么无论占空比多么小或怎样变换，一方面由于每个
12、周期内所建立起来的电感电流将完全成为电容的充电电流。于是经过若干个周期后电容电压的稳态值必然是 Us，不能实现对输出电压控制的目的。另一方面接入一个电阻就形成一个基本的负载电流，保证后边的串联电感滤波器工作在电流连续状态，使输出具有可调节的平坦特性，这也与实际使用的情形一致。3 Buck 型开关逆变器的工作原理及器件介绍3.1 Buck 型开关逆变器电路图下图 3-1 即为用于大功率开关型逆变器的电路拓扑形式：获取完整 word格式文档或者论文代写请联系：QQ 248173788电话 13933636770我们是在校研究生，同时也一直写各个专业的奥鹏论文，直接跟我们联系，省去了找他们代写网站上
13、的受他们剥削，所以我们代写价格最便宜，我们承诺您可以通过之后再付款图 3-1 开关型逆变电路基于开关型变换的新型逆变电路如图 3-1 所示,它由 Buck 型变换电路和逆变器输出电压极性变换电路两部分组成：其中 Buck 型变换电路采用 Buck 拓扑形式，输入电压 Us 即为通过二极管不控整流后经电容滤波后的电压源，现要求高频开关 S 的占空比以正弦半波规律缓慢变换，则输出电压 Vo 将是正弦半波的形式；而输出电压极性变换电路是一个与给定电压同步的桥式电路，其开关管工作在低频状态，仅在电压过零点进行极性变换，为零电压转换，开关损耗很小。3.2 Buck 型开关变换电路的控制规律图 3-2 B
14、uck 型开关逆变器的输出波形3.3 电路图中的器件介绍在以上 3-1 的电路图中，包括运算放大器、反相器、开关管、二极管、电阻、电容、电感等电子和电力电子器件。对于运算放大器、电阻等器件我们都比较熟悉，这里就不在详细介绍。然而为了让我们能进一步了解该电路的工作过程，在此我们有必要对应用 IGBT 的开关管作一简单介绍并简单的介绍一下其驱动控制芯片，以其对你工作过程有一个概况性的认识。3.3.1 IGBT 的简单介绍3.3.2 IGBT 的驱动获取完整 word格式文档或者论文代写请联系：QQ 248173788电话 13933636770我们是在校研究生，同时也一直写各个专业的奥鹏论文，直接
15、跟我们联系，省去了找他们代写网站上的受他们剥削，所以我们代写价格最便宜，我们承诺您可以通过之后再付款总结本文在尽量接近实际的思想指导下，考虑到大功率的情况下变换器的损耗大，发热高，不适用与当今能源危机的需求。为了解决在大功率应用场合能耗、散热等令人头疼的问题时，提出了在以改进的 Buck 开关型变换器为研究对象的大功率开关电源。本文设计了 Buck 型开关变换器加桥式反相器的大功率逆变电路。并对该电路进行了仔细的分析，验证了其实际的可行性。当然由于对本 Buck 型开关变换器的分析只是限于开环环节，如要想应用于实际则需要进行闭环设计。但由于本人的知识匮乏，无法完全解读，更不要说自己设计。因此，期望以后在补充到应有的知识之后能继续完成后面需要改进的环节。然而本论文限于对大功率开关电源的研究，主要解决了大功率应用场合为什么不能采用线性电源，又以此为基础发展了开关电源的过程，以其加深大家（包括自己）对开关电源的认识，为以后进一步进行开关电源的改进工作打下一个较为坚固的基础。
