降壓斬波電路課程設(shè)計（一）

一、主電路設(shè)計

根據(jù)所選課題設(shè)計要求設(shè)計一個降壓斬波電路，可運用電力電子開關(guān)來控制電路的通斷即改變占空比，從而獲得我們所想要的電壓。這就可以根據(jù)所學(xué)的buck降壓電路作為主電路，這個方案是較為簡單的方案，直接進(jìn)行直直變換簡化了電路結(jié)構(gòu)。而另一種方案是先把直流變交流降壓，再把交流變直流，這種方案把本該簡單的電路復(fù)雜化，不可取。至于開關(guān)的選擇，選用比較熟悉的全控型的IGBT管，而不選半控型的晶閘管，因為IGBT控制較為簡單，且它既具有輸入阻抗高、開關(guān)速度快、驅(qū)動電路簡單等特點，又用通態(tài)壓降小、耐壓高、電流大等優(yōu)點。

工作原理

根據(jù)所學(xué)的知識，直流降壓斬波主電路如下圖所示：

直流降壓斬波主電路使用一個全控器件IGBT控制導(dǎo)通。用控制電路和驅(qū)動電路來控制IGBT的通斷，當(dāng)t=0時，驅(qū)動IGBT導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓0u=E，負(fù)載電流0i按指數(shù)曲線上升。電路工作時波形圖如下圖所示。

當(dāng)t=t1時刻，控制IGBT關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)二極管DV續(xù)流，負(fù)載電壓U0近似為零，負(fù)載電流指數(shù)曲線下降。為了使負(fù)載電流連續(xù)且脈動小，故串聯(lián)L值較大的電感。至一個周期T結(jié)束，再驅(qū)動IGBT導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過程。當(dāng)電力工作于穩(wěn)態(tài)時負(fù)載電流在一個周期的初值和終值相等，負(fù)載電壓的平均值為

參數(shù)分析

主電路中需要確定參數(shù)的元器件有IGBT、二極管、直流電源、電感、電阻值的確定，其參數(shù)確定如下：

實驗材料為L=1mH，R=30歐。

計算電感斷續(xù)與連續(xù)時的臨界頻率。

二、電路設(shè)計方案

控制芯片為STC89C52。此控制芯片沒有內(nèi)置AD采樣電路，所以需要自己添加采樣電路，我們選取ADC0809作為采樣芯片，考慮需要顯示3位數(shù)字，四位八段共陰極數(shù)碼管足夠滿足要求。驅(qū)動芯片選取IR2103半橋功放，因為驅(qū)動芯片的地與主電路的地需要隔開，所以加一個光耦進(jìn)行隔離。如下圖：

三、驅(qū)動電路設(shè)計

IR2103是半橋驅(qū)動器，也可以用兩個組成H橋驅(qū)動。HIN輸入高電平HO就輸出高電平，但這個電平是相對Vs而言的；LIN輸入低電平LO就輸出低電平，但這個電平是相對COM而言的。

自舉電容的作用是提供高端驅(qū)動的電源VB，高端驅(qū)動輸出TC是高頻振蕩的，當(dāng)上管導(dǎo)通時是高壓端電壓，當(dāng)下管導(dǎo)通時是低電平，當(dāng)TC為低電平時，由Vcc經(jīng)二極管給自舉電容充電之接近Vcc電壓，Vcc同時給VB供電，當(dāng)TC為高電平時，二極管截至，自舉電容放電給VB供電。自舉電容只有在高頻振蕩時才能起作用。

因為我們只需要驅(qū)動一個MOS管，所以我們簡化電路采用低邊輸出，將二極管和電容去掉，HIN接地。光耦選取4N25，因為單片機的驅(qū)動能力有限，光電二極管采用上拉電阻與單片機接口連接。如下圖：

四、采樣模塊設(shè)計

ADC0809是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。分辨率為8位，具有轉(zhuǎn)換起停控制端，轉(zhuǎn)換時間為100μs（時鐘為640KHz時），130μs（時鐘為500KHz時），單個+5V電源供電。模擬輸入電壓范圍0～+5V，不需零點和滿刻度校準(zhǔn)。工作溫度范圍為-40～+85攝氏度，低功耗約15mW。原理圖與引腳圖如下所示：

五、顯示電路設(shè)計

STC89C52單片機可以直接驅(qū)動八段數(shù)碼管，因為是共陰極數(shù)碼管，則高電平點亮段選。低電平選中位選。如下圖：

六、單片機程序

/* 名稱：ADC0809 數(shù)模轉(zhuǎn)換與顯示

說明：ADC0809 采樣通道0 輸入的模擬量，轉(zhuǎn)換后的結(jié)果顯示在數(shù)碼管上。

*/

#include《reg52.h》

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int //各數(shù)字的數(shù)碼管段碼（共陰）

uchar code table［］=

{ 0x3f，0x06，0x5b，0x4f， 0x66，0x6d，0x7d，0x7， 0x7f，0x6f}; //正常數(shù)碼

uchar code table1［］=

{ 0xbf，0x86，0xdb，0xcf， 0xe6，0xed，0xfd，0x87， 0xff，0xef}; //帶小數(shù)點的數(shù)碼

/*uchar code wela［］=

{ 0xfe，0xfc，0xfb，0xf7};

*/

sbit CLK=P0^4; //時鐘信號

sbit ST=P0^3; //啟動信號

sbit EOC=P0^2; //轉(zhuǎn)換結(jié)束信號

sbit OE=P0^1; //輸出使能

sbit PWM=P0^0; //輸出使能

uchar num，ii，aa=0; //延時

void DelayMS（uint ms）

{ uchar i;

while（ms--） for（i=0;i《120;i++）;

} //顯示轉(zhuǎn)換結(jié)果

void Display_Result（uchar d）

{ num=d*0.39;

d=num%10;

ii=num/10%10;

P2=0xf7;// 第1 個數(shù)碼管顯示整數(shù)

P1=table1［ii］;

DelayMS（9）;

P2=0xfb;// 第2 個數(shù)碼管顯示小數(shù)

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; //啟動A/D 轉(zhuǎn)換

while（EOC==0）

Display_Result（aa）; //等待轉(zhuǎn)換完成

OE=1;

aa=P3;

OE=0;

} } //T0 定時器中斷給

ADC0808 提供時鐘信號

void Timer0_INT（） interrupt 1

{ CLK=~CLK;

PWM=~PWM; }

降壓斬波電路課程設(shè)計（二）

一．設(shè)計要求

1）完成buck降壓斬波器的設(shè)計、仿真；

2）設(shè)計要求：輸入：DC100V 輸出：DC60V

二．題目分析

Buck降壓斬波電路，通過控制晶閘管開通關(guān)斷的時間達(dá)到降壓的目的。

2：在t=30us時晶閘管關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)過續(xù)流二極管續(xù)流，負(fù)載電壓U0近似為零，電感使得負(fù)載電流曲線連續(xù)且脈動小。

電路工作趨于穩(wěn)定時，負(fù)載電流在一個周期的初值和終值相等，電壓的平均值為U0= αE，仿真中α為3/5，周期為50us，開通時間為30us，關(guān)斷時間為20。當(dāng)輸入為100v時，按照這個占空比α3/5時，輸出的電壓為60v。

三．主電路設(shè)計、元器件選型及計算：

1：當(dāng)t=0時，驅(qū)動IGBT導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓0u=αE，負(fù)載電流0i按指數(shù)曲線上升。電路工作時波形圖如下圖：

2：當(dāng)1tt?=30s時，控制晶閘管關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)二極管DV續(xù)流，負(fù)載電壓0u近似為零，負(fù)載電流指數(shù)曲線下降。

3：至一個周期T結(jié)束，再驅(qū)動晶閘管導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過程。當(dāng)電力工作于穩(wěn)態(tài)時負(fù)載電流在一個周期的初值和終值相等，負(fù)載電壓的平均值為：

4.ton：IGBT處于通態(tài)的時間；

toff：處于斷態(tài)的時間；

T：開關(guān)周期；

α：導(dǎo)通占空比。

5.由于占空比為開通時間小于周期時間，必定使得占空比小于1，所以buck輸出的電壓小于輸入的電壓。即：為降壓斬波電路。

6.器件參數(shù)：

（1）電源：要求輸入電壓為100V。

（2）電阻：為20歐姆。

（3）IGBT：當(dāng)IGBT截止時，回路通過二極管續(xù)流，此時IGBT兩端承受最大正壓為100V；而當(dāng)?=1時，IGBT有最大電流，其值為5A。故需選擇集電極最大連續(xù)電流cI=A10，反向擊穿電壓VBvceo200?的IGBT，而一般的IGBT都滿足要求。

（4）二極管：其承受最大反壓100V，其承受最大電流趨近于5A，考慮2倍裕量，故需選擇VUN200?，AIN10?的二極管。

（5）電感：按照WL》》R，W=2πf，得到電感為2mH。

（6）開關(guān)頻率：f=20kHz。

（7）電容：按照1/（wc）》》R，得到c為5uf。

四．主電路仿真分析

1.降壓斬波電路圖：

2.開通時間、周期時間設(shè)置以及得到的電壓波形：

圖2

圖3