IGBT升降壓斬波電路設(shè)計(jì).doc

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1、.電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課題名稱IGBT升降壓斬波電路設(shè)計(jì)專業(yè)班級學(xué)號學(xué)生指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師職稱評分完成日期：2015年1月13日摘要..直流斬波電路作為將直流電變成另一種固定電壓或可調(diào)電壓的DC-DC變換器，諸如降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、復(fù)合斬波電路等多種方式的變換電路。直流斬波技術(shù)已被廣泛用于開關(guān)電源及直流電動機(jī)驅(qū)動中，使其控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)、節(jié)約電能的效果。全控型電力電子器件IGBT在牽引電傳動電能傳輸與變換、有源濾波等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。升降壓斬波電路綜合了升壓電路和降壓電路的

2、優(yōu)點(diǎn)，可以在一個(gè)電路中同時(shí)實(shí)現(xiàn)升壓和降壓，簡化了電路結(jié)構(gòu)。而全控型器件IGBT的使用為外部自動控制提供了巨大便利，因此其使用圍在直流斬波電路中很廣泛，對其做研究有很好的使用意義。本文首先比較了兩種具有升降壓功能的DC／DC變換電路，具體地分析了兩種DC／DC變換器的設(shè)計(jì)(拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作模式和儲能電感參數(shù)設(shè)計(jì))，詳細(xì)地闡述了該DC／DC變換器控制系統(tǒng)的原理和實(shí)現(xiàn)，通過MATLAB軟件中的Simulink部分建模仿真，最后給出了測試結(jié)果。關(guān)鍵詞：直流斬波；升降壓；IGBT；全控型..目錄目錄21設(shè)計(jì)任務(wù)要求21.1設(shè)

3、計(jì)任務(wù)21.2設(shè)計(jì)要求22方案選擇22.1方案一22.2方案二23電路設(shè)計(jì)23.1主電路設(shè)計(jì)23.2驅(qū)動電路設(shè)計(jì)23.3保護(hù)電路24仿真控制25心得體會2參考文獻(xiàn)2附錄1程序清單2附錄2元件清單2答辯記錄2..1設(shè)計(jì)任務(wù)要求1.1設(shè)計(jì)任務(wù)IGBT升降壓斬波電路設(shè)計(jì)（純電阻負(fù)載）設(shè)計(jì)條件：（1）輸入直流電壓，Ud=50V；（2）輸出功率：300W（3）開關(guān)頻率5KHZ（4）占空比10%-50%(5)輸出電壓脈率：小于10%1.2設(shè)計(jì)要求1，分析題目要求，提出2-3種實(shí)現(xiàn)方案，比較并確定主電路結(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)方案；2，

4、設(shè)計(jì)主電路原理圖，觸發(fā)電路原理圖，并設(shè)置必要的保護(hù)電路；3，參數(shù)計(jì)算，選擇主電路及保護(hù)電路元件參數(shù)4，利用仿真軟件MATLAB等進(jìn)行電路優(yōu)化；5，最好可以建模并仿真完成相關(guān)的設(shè)計(jì)電路。..2方案選擇2.1方案一該DC／DC變換器為前后級串聯(lián)結(jié)構(gòu)，前級是由1T、3T、1D、2D、L、C、1R、2R構(gòu)成降壓變換電路，后級是由2T、2D、L、C構(gòu)成升壓變換電路，其中2D、L、C均出現(xiàn)在前、后級變電路中。采用PWM方式控制兩個(gè)主開關(guān)管3T、2T存在一定的困難，因?yàn)樗鼈兊目刂贫瞬还驳?。為了?shí)現(xiàn)兩路控制信號共地，也只能選用功

5、率晶體管。為此增加輔助開關(guān)管1T，且3T由NPN型改為PNP型，顯然1T、2T是共地的，1T、3T是同步開關(guān)的，這就實(shí)現(xiàn)了兩路控制信號的共地。這樣，原本通過控制3T、2T來控制電路的工作狀態(tài)，現(xiàn)在是通過1T、2T來控制，1T稱為降壓斬波輔助開關(guān)，2T稱為升壓斬波主開關(guān)、3T稱為降壓斬波電路。其電路圖如圖2.1所示:圖2-1原理圖2.2方案二該變換器的結(jié)構(gòu)是運(yùn)用了全控型器件IGBT，其工作原理是：當(dāng)V導(dǎo)通時(shí)，電源E經(jīng)V向L供電使其貯能，此時(shí)電流為i1，同時(shí)C維持輸出電壓恒定并向負(fù)載R供電。V關(guān)斷時(shí)，L的能量向負(fù)載釋

6、放，電流為i2，負(fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反，該電路也稱作反極性斬波電路。電路圖如圖2.2。（加書上原理圖）圖2-2原理圖..方案比較：方案一雖然實(shí)現(xiàn)了升降壓,但是利用開關(guān)控制升降壓的變換，而在方案二中直接采用全控型器件IGBT，利用IGBT的通斷控制升降壓的變換，電路比較簡單，而且容易操作。因此，在設(shè)計(jì)中我們選擇了方案二來實(shí)現(xiàn)升降壓斬波控制。..3電路設(shè)計(jì)3.1主電路設(shè)計(jì)我們最終采用的主電路圖是第二種方案。圖3-1主電路設(shè)電路中電感L很大，電容C也很大，使得電感電流和電容電壓即負(fù)載電壓基本為恒值。

7、該電路的基本工作原理是：當(dāng)可控開關(guān)V處于通態(tài)時(shí)，電源E經(jīng)V向電感L供電使其儲存能量，此時(shí)電流為，同時(shí)C維持輸出電壓恒定并向負(fù)載R供電。同時(shí)，電容C維持輸出電壓基本恒定并向負(fù)載R供電。之后使得V關(guān)斷，L的能量向負(fù)載釋放，電流為i2，負(fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反，該電路也稱作反極性斬波電路。穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T電感L兩端電壓對時(shí)間的積分為零，即（3-1）當(dāng)V處于通態(tài)期間，=；而當(dāng)V處于斷態(tài)期間，uL=-uo。于是:（3-2）..所以輸出電壓為：（3-3）當(dāng)輸出端電壓恒定且電流連續(xù)時(shí)，電感電流連續(xù)的臨界條件

8、：（3-4）連續(xù)模式時(shí)的電容值：（3-5）其中紋波電壓為，周期為。負(fù)載電阻（3-6）其中為輸出功率根據(jù)設(shè)計(jì)要求，開關(guān)頻率5KHZ，則開關(guān)周期時(shí)間為0.2ms。另設(shè)電壓脈率為10%，作為仿真時(shí)電感電阻取值時(shí)的依據(jù)。..3.2驅(qū)動電路設(shè)計(jì)由于IGBT是全控型器件，這給了我們利用“軟件+驅(qū)動電路”的方法去實(shí)現(xiàn)對IGBT的開通和關(guān)斷。通過對PWM信號的調(diào)制，實(shí)現(xiàn)對IGBT通斷的控