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BUCI变换器的研究与设计 1 总体分析与解决方案 问题的提出与简述 电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展 , 新技术的出现又会使许 多应用产品更新换代 ,还会开拓更多更新的应用领域。 开关电源高频化、 模块化、 数字化、绿色化等的实现 , 将标志着这些技术的成熟 , 实现高效率用电和高品质用 电相结合。 伴随着人们对开关电源的进一步升级， 低电压，大电流和高效率的开 关电源成为研究趋势。 电子设备的小型化和低成本化使电源向轻， 薄，小和高效 率方向发展。 开关电源因其体积小， 重量轻和效率高的优点而在各种电子信息设 备中得到广泛的应用。 直流斩波电路(DCChopper)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/DCConverter )。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，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。 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。 其中IGBT降压斩波电路就是直流斩波中最基本的一种电路，是用 IGBT作 为全控型器件的降压斩波电路，用于直流到直流的降压变换。 IGBT是MOSFE与 GTR的复合器件。它既有 MOSFE易驱动的特点，输入阻抗高，又具有功率晶体 管电压、电流容量大等优点。其频率特性介于 MOSFE与功率晶体管之间，可正 常工作于几十千赫兹频率范围内， 故在较高频率的大、 中功率应用中占据了主导 地位。所以用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路就有了 IGBT易驱动，电压、 电流容量大的优点，因此发展很快。 直流降压斩波电路主要分为三个部分， 分别为主电路模块， 控制电路模块， 驱动电路模块，除了上述主要模块之外， 还必须考虑电路中电力电子器件的保护， 以及控制电路与主电路的电气隔离。 IGBT 降压斩波电路由于易驱动，电压、电 流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔的发展前景， 也由于开关电源向低电 压，大电流和高效率发展的趋势， 促进了 IGBT 降压斩波电路的发展。 但以 IGBT 为功率器件的直流斩波电路在实际应用中需要注意以下问题 :（ 1）系统损耗的问； 2）栅极电阻；（3）驱动电路实现过流过压保护的问题。此斩波电路中 IGBT 的驱 动信号由集成脉宽调制控制器 SG3525产生，由于它简单可靠及使用方便灵活， 大大简化了脉宽调制器的设计及调试。 设计目的及解决方案 任务的要求是需要设计一个输出为 20~30V的直流稳压电源，此部分内容由 以前所学模拟电路知识可以解决。 然后对降压斩波主电路进行设计， 所涉及电力 电子原理知识的直流斩波部分， 可以参见所学课本第三章， 所选着的全控型器件 为IGBT。任务还需要通过PWF方式来控制IGBT的通断，查阅相关资料，需要使 用脉宽调制器SG3525来产生PWM控制信号。电路需要使输出电压恒定为 15V, 采用电压闭环，将输出电压反馈给控制端，由输出电压与载波信号比较产生 PWM 信号，达到负反馈稳定控制的目的。得到电路的原理框图如下： 图1 图1总电路原理框图 2直流稳压电源设计 2.1电源设计原理 小功率稳压电源由电源变压器、 整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组 成，其原理框图如下所示： 图2直流稳压电源原理框图图3 图2直流稳压电源原理框图 图3直流稳压波形图 电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压U1变换为整流电路所需要的交流电压U2电源变压器的效率为： p，其中：P2是变压器副边的功率, P1 Pl是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表 1所示： 表1小型变压器效率 副边功率￡ <wrA 30 - 8OK4 80 - 200fvl 效率q 0.6 07 0.8 0.85 因此，当算出了副边功率P2后，就可以根据上表算出原边功率 R 在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路， 整流电路的作用是将交 流电压U2变换成脉动的直流电压U3滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动 直流电压U3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压UI°UI与交流电 压U2的有效值的关系为：的最大反向电压为：Urm.2U 2 ； 压U2的有效值的关系为： 的最大反向电压为：Urm .2U 2 ；流过每只二极管的平均电为: Ir 0.45U2 ~2 R~ 其中：R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C提供放电通路，放电时间常数RC 应满足：RC (3,~5)T 其中：T = 20ms是