【直流升压电路设计及应用7700字】

[2]。面积等效原理是PWM控制技术的重要理论基础，面积等效原理如下：图2-5形状不同而冲量相同的各种窄脉冲图2-6冲量相同的各种窄脉冲的响应波形如图2-5所示的a、b、c、d所示，图a是矩形脉冲、图b是三角脉冲、图c正弦半波脉冲、图d单位脉冲函数。图a、b、c中的阴影面积相等，也就是脉冲的冲量相等都等于1。图2-6中的e(t)是电压窄脉冲，就是图2-5中的四种脉冲，是电路的输入。将这些不同的脉冲都加在R-L电路上，就得到了图2-6中不同脉冲时i（t）的响应波形。从图中看出，a、b、c、d它们上升段形状不是一样的，但是在下降的过程中基本是一模一样的。脉冲越窄，各种脉冲得到的波形也就越相似。若果在间隔相同的时间上施加相同的脉冲，那么得到的响应波形就是呈周期性的。PWM在逆变电路中的应用主要有两种方法，计算法和调制法。图2-7PWM逆变电路图2-8PWM控制方式波形图PWM在逆变电路实际应用中主要用到的是调制法。图2-7中采用的开关器件是IGBT，设负载为阻感负载，工作的时候V１导通、V２就断开，V１断开、V２就导通，V３、V4同理。输入的调制信号是正弦波，载波是三角波。载波在横轴上方就是正极，在横轴下面是就是负极性。在横轴上方时V1导通，V2断开。当ur大于uc时使V4导通，V3关断，uo=Ud。当ur小于uc时使V4关断，V3导通，uo=0。在横轴下方时，V1断态，V2通态。当ur小于uc时使V3导通，V4关断，uo=-Ud。当ur大于uc时使V3关断，V4导通，uo=0。根据上述变化就产生了得到了图中的方波。PWM控制技术的应用非常广泛。它通过相应负载的变化来改变控制信号波形。通过波形变化来改变MOS管的的导通时间，以此来让电源输出产生变化。在逆变电路中就是利用了这个原理，对开关器件进行控制得到脉冲，得到的脉冲幅值相等，这个时候就只需要对根据条件改变脉冲的宽度，就可以改变电路输出的电压大小，也可以改变输出的频率。

三、直流升压仿真设计3.1系统电路图及参数设定3-1系统电路图直流升压电路仿真电路图如图3-1所示，设定输入电压Vdc为8V，输出电压V01000V，最大输出功率为P为10W，取变换器开关频率f为50kHz。8V电压经过变压器升压再通过五倍升压得到1000V，那么变压器输出电压200V，则变压器线圈匝数比n=8:200，电容为50uF。取得到相应输出电压时占空比D约为0.4，则Ton=0.4TS变压器励磁电感计算：反激变换器输出电容计算：其中VR为电压纹波,取0.01V。3.2主电路部分3-2主电路电路图主电路电路图如图3-2所示，电路由直流电源、MOS管、变压器和倍压整流电路组成。反激变换器先将直流变交流升压，再经过倍压整流电路输出高压直流电。直流电源提供8V的直流电压，通过MOS管变成5０kHz的低压高频方波如图3－3所示，然后在通过变压器升压成200V。200V电压再经过五倍压整流电路升压到1000V直流电。图3-3低压高频方波波形图图3-4低压高频方波波形图放大图3.3控制部分图3-5控制部分电路图控制部分电路图如图3-5所示，采用电压闭环控制。电路主要由减法器、PI控制器和比较器组成。电压设定值1000V。用设定电压减去输出电压值得到误差值，电压误差值经过PI运算得到如图3-6所示的调制波，与图3-7载波比较产生图4-7所示的PWM波驱动开关管实现电压闭环控制。当输出电压小于设定电压时，PI控制器就会增大调制波，让PWM波的脉冲宽度增大。通过增大占空比来让输出电压增大，慢慢接近于设定值。图3-6调制波波形图图3-7载波波形图如图3－6所示，调制波前半段波形峰值高，所生成的PWM波如图3－8所示，脉冲宽度比较大，占空比比较大。调制波后半段峰值降低，生成的PWM波如图3－9所示，脉冲宽度降低，占空比减小。通过两个图鲜明的对比，我们就能知道PWM波占空比比是随着调制波峰值变化的。图3-8前半段波形图3-9后半段波形3.4仿真结果图3-10电压波形图如图3-10所示，输入电压为8V，输出电压经过调节最终稳定在1000V与设定值一致。图3-11功率波形图如图3-11所示，电阻R为10KΩ时，输出功率最终稳定在10W与设计一致。当我们改变电阻R大小为5KΩ时，电压如图3－12所示还是调节升压到1000V不变，功率如图3－13所示最终稳定在20W，满足公式P=U2R3－12电压波形图3－13功率波形图当输入电压调为6V时，电压如图3－14所示还是1000V，功率如图3－15所示还是10W。当输入电压减小时，电路输出电压和功率都没有发生改变，只有电压升压到1000V所需要的时间增加了。3－14电压波形图3－15功率波形图3.5仿真设计总结通过以上一系列波形图可知，一开始减法器得到的差值较大，生成的调制波就比较大，近而调制波影响生成的PWM波的脉冲就比较宽，占空比就比较大，电路的电压就逐渐上升。在快要到达预定值1000V时，调制波逐渐减小，PWM波脉宽降低，占空比减小。在电压到达1000V时，减法器得到的误差值为零，调制波趋于稳定，PWM波也变得稳定，占空比维持不变，电路输出电压也稳定在1000V。整个电路就完成了将8V的直流电升压到1000V直流电，因为升高的电压也高，所以电流也就很小，功率也就很低。整个电路用到了闭环控制，闭环控是一种特别灵活，效率又很高的控制方式，在许多领域中有着广泛的引用，工业生产中多数都采用的是闭环控制。生活所谓的自动控制就是通过闭环控制来实现的。整个电路设计采用间接直流变流电路，先将直流变成脉冲，通过变压器将8V直流电升压到200ｖ，在经过五倍压整流电路进一步升压并整流成直流电，最后稳定输出1000V直流电，改变负载电阻就能改变输出功率。当输入电压改变时，输出电压也能达到1000V。仿真结果满足本次设计要求。

结论本次毕业设计是对直流升压电路的研究。通过这次毕业设计，让我深入学习了各种各样的直流升压电路，了解到了它们各自的作用和优缺点。本次设计的直流升压电路是将几伏升到千伏，由于升压倍数较高，所以采用了直变交、交变直的升压方式，主要的升压是通过变压器升起来的。这次间接升压方式，也让我学到了如何将直流电变成变成交流电或者脉冲，也就是逆变电路；学习了解了交流电怎么变成直流电，也就是整流电路。两种电流方式能够相互转换，都有着各自不同的特性及优缺点，也有着不同的作用。通过MatLab仿真软件对本次设计的升压电路进行仿真搭建和调试，最终实现8V到1000V的升压。在仿真过程中也让我更深刻的认识了闭环控制，认识了PI控制和PWM。通过观察调制波波形、载波波形和PWM波形更清楚的认识了PWM波是怎么产生的。通过波形看到PWM控制通过调整脉冲宽度，改变占空比来控制电路输出电压，让其达到预定值1000Ｖ，并且能够稳定输出。仿真过程中，也发现当输入电压变化时，输出电压也是1000V，这就控制电路的作用和优点，它保证了输出的稳定。通过仿真结果能够表明这次的直流升压设计是合理可行的。本次设计的升压电路具有高电压、低电流、小功率的特点，能够用于电子围栏等需要高电压的设备中。直流升压电路在电的领域有着极其广泛的应用，他是一种最基本的电路，也是极其重要的电路。

参考文献姚憓冬.低功耗的张弛振荡电路设计[D].东南大学,2017.王兆安，刘进军.电力电子技术[M].机械工业出版社，2019.康华光，电子技术基础模拟部分[M].高等教育出版社，2013.张少华.LED驱动电源及控制系统的研