降壓斬波電路

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1、電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)書課題：降壓斬波電路設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：葛沖學(xué)號(hào)：09050443X45學(xué)院：中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師：高麗珍張曉明2011年12月30日24致謝語(yǔ)在新的一學(xué)期里關(guān)于電力電子技術(shù)程學(xué)到了不少關(guān)于整流電路，斬波電路的一些新的東西，充實(shí)了自己的視野，增加了自己的知識(shí)，在此感謝老師和同學(xué)們的幫助.24目錄一．引言二．課程設(shè)計(jì)1降壓斬波電路的設(shè)計(jì)目的2.降壓斬波電路的設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求3.降壓斬波電路主電路基本原理4.IGBT驅(qū)動(dòng)電路4.1IGBT簡(jiǎn)介4.2驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)方案比較5.保護(hù)電路的設(shè)計(jì)6.MATLAB仿真6.1MATLAB簡(jiǎn)介

2、6.2MATLAB發(fā)展歷程6.3主電路仿真7.PROTEL原理圖及PCB圖的繪制8.心得體會(huì)9.元件清單三．參考文獻(xiàn)24一．引言高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源已廣泛運(yùn)用于基礎(chǔ)直流電源、交流電源、各種工業(yè)電源，通信電源、通信電源、逆變電源、計(jì)算機(jī)電源等。它能把電網(wǎng)提供的強(qiáng)電和粗電，它是現(xiàn)代電子設(shè)備重要的“心臟供血系統(tǒng)”。BUCK變換器是開關(guān)電源基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的一種，BUCK變換器又稱降壓變換器，是一種對(duì)輸入輸出電壓進(jìn)行降壓變換的直流斬波器，即輸出電壓低于輸入電壓，由于其具有優(yōu)越的變壓功能，因此可以直接用于需要直接降壓的地方。二．課程設(shè)計(jì)1.降壓斬波電路的設(shè)計(jì)目的(1).通過對(duì)降壓斬

3、波電路（buckchopper）的設(shè)計(jì)，掌握buckchopper電路的工作原理，綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，進(jìn)行buckchopper電路和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。(2).了解與熟悉buckchopper電路拓?fù)?、控制方法?3).理解和掌握buckchopper電路及系統(tǒng)的主電路、控制電路和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)方法，掌握元器件的選擇計(jì)算方法。(4).具有一定的電力電子電路及系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和調(diào)試的能力2.降壓斬波電路的設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求(1).設(shè)計(jì)內(nèi)容:對(duì)BuckChopper電路的主電路和控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，參數(shù)如下：直流電壓E＝100V，負(fù)載中R＝0.5，L=1mH,反電動(dòng)式EM＝10V。(2)

4、.設(shè)計(jì)要求(a)理論設(shè)計(jì)：了解掌握BuckChopper電路的工作原理，設(shè)計(jì)BuckChopper電路的主電路和控制電路。包括：IGBT電流,電壓額定的選擇，畫出完整的主電路原理圖和控制電路原理圖列出主電路所用元器件的明細(xì)表(b).仿真實(shí)驗(yàn):利用MATLAB仿真軟件對(duì)BuckChopper電路主電路和控制電路進(jìn)行仿真建模，并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)(c).實(shí)際制作：24利用PROTEL軟件繪出原理圖，結(jié)合具體所用元器件管腳數(shù)，外型尺寸，考慮散熱和抗干擾等因素，設(shè)計(jì)PCB印制電路板。最后完成系統(tǒng)電路的組裝，調(diào)試。3.降壓斬波電路主電路基本原理降壓斬波電路主電路工作原理圖如下：圖1

5、降壓斬波電路主電路工作原理圖t=0時(shí)刻驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓，負(fù)載電流按指數(shù)曲線上升。圖3電流斷續(xù)時(shí)的波形tttOOO圖2電流連續(xù)時(shí)的波形TEiGtontoffioi1i2I10I20t1uoOOOtttTEEiGiGtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEMt=t1時(shí)控制V關(guān)斷，二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。通常串接較大電感L使負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小。24當(dāng)電路工作穩(wěn)定時(shí)，負(fù)載電流在一個(gè)周期的初值和終值相等如圖2所示，負(fù)載電壓的平均值為：式中，為V處于通態(tài)的時(shí)間，為V處于斷態(tài)的時(shí)間；T為開關(guān)周期；為導(dǎo)通占空比，簡(jiǎn)

6、稱占空比或?qū)ū?。?fù)載電流的平均值為：若負(fù)載中L值較小，則在V關(guān)斷后，到了時(shí)刻，如圖3所示，負(fù)載電流已衰減至零，會(huì)出現(xiàn)負(fù)載電流斷續(xù)的情況。由波形可見，負(fù)載電壓平均值會(huì)被抬高，一般不希望出現(xiàn)電流斷續(xù)的情況。4.IGBT驅(qū)動(dòng)電路4.1IGBT簡(jiǎn)介IGBT是三端器件，具有柵極G，集電極C和發(fā)射極E。它是個(gè)場(chǎng)控器件，通斷由柵射極電壓Uge決定。Uge大于開啟電壓Uge(th)時(shí)，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導(dǎo)通。通態(tài)時(shí)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻R減小，使通態(tài)壓降減小。當(dāng)柵射極間施加反壓或不加信號(hào)時(shí)，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT

7、關(guān)斷。一般IGBT的開啟電壓Uge（th）在25度時(shí)為2~6V左右，而實(shí)際一般驅(qū)動(dòng)電壓取15~20V，且關(guān)斷時(shí)施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓，有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。在柵極串入一只低值電阻有利于減小寄生振蕩，該電阻值應(yīng)隨被驅(qū)動(dòng)器件電流定額值的增大而減小。圖4IGBT基本結(jié)構(gòu)244.2驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)方案比較：4.2.1一個(gè)理想的IGBT驅(qū)動(dòng)器應(yīng)具有以下基本驅(qū)動(dòng)性能：(1)動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，能為IGBT柵極提供具有陡峭前后沿的驅(qū)動(dòng)脈沖。當(dāng)IGBT在硬開關(guān)方式下工作時(shí)，會(huì)在開通及關(guān)斷過程中產(chǎn)生較大的損耗。這個(gè)過程越長(zhǎng)，開關(guān)損耗越大。器件工作頻率較高時(shí)，開關(guān)損耗會(huì)大大超過I