IGBT降压斩波电路设计解读

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IGBT升降压斩波电路设计

IGBT升降压斩波电路设计

电力电子技术课程设计报告课题名称IGBT升降压斩波电路设计专业班级学号学生指导教师指导教师职称评分完成日期:2015年1月13日摘要直流斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的DC-DC 变换器,诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路。

直流斩波技术已被广泛用于开关电源及直流电动机驱动中,使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。

全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波等领域得到了广泛的应用。

升降压斩波电路综合了升压电路和降压电路的优点,可以在一个电路中同时实现升压和降压,简化了电路结构。

而全控型器件IGBT的使用为外部自动控制提供了巨大便利,因此其使用围在直流斩波电路中很广泛,对其做研究有很好的使用意义。

本文首先比较了两种具有升降压功能的DC/DC变换电路,具体地分析了两种DC/DC变换器的设计(拓扑结构、工作模式和储能电感参数设计),详细地阐述了该DC/DC 变换器控制系统的原理和实现,通过MATLAB软件中的Simulink部分建模仿真,最后给出了测试结果。

关键词:直流斩波;升降压;IGBT;全控型目录目录 (2)1 设计任务要求 (2)1.1 设计任务 21.2 设计要求 2 2方案选择 (2)2.1方案一 22.2方案二 23 电路设计 (2)3.1 主电路设计 23.2 驱动电路设计 23.3保护电路 24 仿真控制 (2)5心得体会 (2)参考文献 (2)附录1 程序清单 (2)附录2 元件清单 (2)答辩记录 (2)1 设计任务要求1.1 设计任务IGBT升降压斩波电路设计(纯电阻负载)设计条件:(1)输入直流电压,Ud=50V;(2)输出功率:300W(3)开关频率5KHZ(4)占空比10%-50%(5) 输出电压脉率:小于10%1.2 设计要求1,分析题目要求,提出2-3种实现方案,比较并确定主电路结构和控制结构方案;2,设计主电路原理图,触发电路原理图,并设置必要的保护电路;3,参数计算,选择主电路及保护电路元件参数4,利用仿真软件MATLAB等进行电路优化;5,最好可以建模并仿真完成相关的设计电路。

IGBT升降压斩波电路设计

IGBT升降压斩波电路设计

电力电子技术课程设计报告课题名称IGBT升降压斩波电路设计专业班级学号学生姓名指导教师指导教师职称评分完成日期:2015年1月13日摘要直流斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的 DC-DC 变换器,诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路。

直流斩波技术已被广泛用于开关电源及直流电动机驱动中,使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。

全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波等领域得到了广泛的应用。

升降压斩波电路综合了升压电路和降压电路的优点,可以在一个电路中同时实现升压和降压,简化了电路结构。

而全控型器件IGBT的使用为外部自动控制提供了巨大便利,因此其使用范围在直流斩波电路中很广泛,对其做研究有很好的使用意义。

本文首先比较了两种具有升降压功能的DC/DC变换电路,具体地分析了两种DC/DC变换器的设计(拓扑结构、工作模式和储能电感参数设计),详细地阐述了该DC/DC变换器控制系统的原理和实现,通过MATLAB软件中的Simulink部分建模仿真,最后给出了测试结果。

关键词:直流斩波;升降压; IGBT;全控型目录目录 (1)1 设计任务要求 (2)1.1 设计任务 21.2 设计要求 2 2方案选择 (3)2.1方案一 32.2方案二 33 电路设计 (5)3.1 主电路设计 53.2 驱动电路设计 63.3保护电路 84 仿真控制 (9)5心得体会 (11)参考文献 (12)附录1 程序清单 (13)附录2 元件清单 (14)答辩记录 (15)1 设计任务要求1.1 设计任务IGBT升降压斩波电路设计(纯电阻负载)设计条件:(1)输入直流电压,Ud=50V;(2)输出功率:300W(3)开关频率5KHZ(4)占空比10%-50%(5) 输出电压脉率:小于10%1.2 设计要求1,分析题目要求,提出2-3种实现方案,比较并确定主电路结构和控制结构方案;2,设计主电路原理图,触发电路原理图,并设置必要的保护电路;3,参数计算,选择主电路及保护电路元件参数4,利用仿真软件MATLAB等进行电路优化;5,最好可以建模并仿真完成相关的设计电路。

IGBT降压斩波电路设计解读

IGBT降压斩波电路设计解读

IGBT降压斩波电路设计解读首先,需要明确电路中的主要元件,包括IGBT晶体管、电感、电容和负载电阻。

IGBT晶体管是一种结合了普通MOSFET和双极型晶体管的半导体元件,可用作开关。

电感和电容则构成了滤波电路,用于减小电流和电压的纹波。

负载电阻是电路的输出负载,用于消耗电能。

IGBT降压斩波电路的工作原理如下:输入直流电压经过输入电感和滤波电容后,进入IGBT晶体管。

IGBT晶体管根据控制信号开关,将输入电压的波形转换为脉冲状的输出电压。

然后,经过输出电感和输出滤波电容进一步滤波,最后通过负载电阻供给负载。

控制信号由控制电路生成,通过与电压、电流进行反馈控制来实现输出电压的稳定调节。

在设计IGBT降压斩波电路时,需要考虑以下几个方面:1.输入电压范围:确定所需的输入电压范围,以便确定合适的IGBT和电感、电容参数。

2.输出电压和电流需求:根据负载的电压和电流需求,选择合适的负载电阻和电感、电容参数。

3.电路保护措施:考虑过压、过流等保护措施,以保护电路和负载。

4.控制电路设计:设计一个稳定可靠的控制电路,通过采样反馈信号对输出电压进行精确控制。

5.散热设计:IGBT晶体管的工作产生热量,需要适当散热,保证电路的稳定性和长寿命。

IGBT降压斩波电路的设计可以采用计算和仿真相结合的方法。

首先,使用电路分析工具进行理论计算,根据输入电压、输出电压和负载电流的需求计算出电感、电容和负载电阻的参数。

然后,使用电路仿真软件进行验证,模拟电路工作的波形和性能。

根据仿真结果进行调整和优化,直至满足设计要求。

除了设计之外,IGBT降压斩波电路的实际搭建和测试也是至关重要的。

在搭建电路时,应注意电路布局的合理性,减小信号干扰和串扰。

在测试时,可以测量输入输出电压、电流和负载电阻,通过对比实测数据和设计理论值来验证电路性能。

综上所述,IGBT降压斩波电路设计涉及多个方面的考虑,包括输入输出电压、电流需求、保护措施、控制电路设计和散热设计等。

降压斩波电路的设计说明

降压斩波电路的设计说明

电力电子技术课程设计报告课题:降压斩波电路的设计:学号:班级:指导老师:日期:2009年5月目录一.引言二.正文1 降压斩波电路的设计目的2 降压斩波电路的设计容与要求3 降压斩波电路主电路基本原理4 IGBT驱动电路4.1 IGBT简介4.2 IGBT基本结构与特点4.3驱动电路设计方案比较4.4 IGBT驱动电路原理图4.5 IGBT的驱动性能5 保护电路的设计6 MATLAB仿真6.1 MATLAB简介6.2 MATLAB发展历程6.3主电路仿真7 心得体会三.参考文献一引言高频开关稳压电源已广泛运用于基础直流电源、交流电源、各种工业电源,通信电源、通信电源、逆变电源、计算机电源等。

它能把电网提供的强电和粗电,它是现代电子设备重要的“心脏供血系统”。

BUCK变换器是开关电源基本拓扑结构中的一种,BUCK变换器又称降压变换器,是一种对输入输出电压进行降压变换的直流斩波器,即输出电压低于输入电压,由于其具有优越的变压功能,因此可以直接用于需要直接降压的地方。

二正文1 降压斩波电路的设计目的(1) 通过对降压斩波电路(buck chopper)的设计,掌握buck chopper电路的工作原理,综合运用所学知识,进行buck chopper电路和系统设计的能力。

(2) 了解与熟悉buck chopper电路拓扑、控制方法。

(3) 理解和掌握buck chopper电路与系统的主电路、控制电路和保护电路的设计方法,掌握元器件的选择计算方法。

(4) 具有一定的电力电子电路与系统实验和调试的能力。

2 降压斩波电路的设计容与要求1) 设计容:对Buck Chopper电路的主电路和控制电路进行设计,参数如下:直流电压E=200V,负载中R=10 ,L值极大,反电动式E1=30V。

2) 设计要求(a) 理论设计了解掌握Buck Chopper电路的工作原理,设计Buck Chopper电路的主电路和控制电路。

IGBT降压斩波电路设计

IGBT降压斩波电路设计

IGBT降压斩波电路设计
首先,我们需要确定电路的输入和输出电压。

根据要求,我们假设输
入电压为Vin,输出电压为Vout。

接下来,我们选择合适的IGBT和二极管。

IGBT是一种功率开关器件,具有较高的开关速度和额定电流能力。

二极管则用于反向电压的导通,以
避免IGBT在关断时产生负压。

在设计电路时,我们需要考虑到IGBT和二极管的额定电压和电流。

根据这些参数,我们可以选择合适的元器件,并计算电路中需要的电阻值
和电容值。

```
Vin


┌─┴─┐
│IGBT│
└┬─┬┘
││D1
││
││
┴┴
┌─┴─┐
│IGBT│
└─┬─┘


Vout
```
在这个电路中,IGBT1和IGBT2交替导通,通过调整其导通比例和频率来控制输出电压。

为了保证电路的稳定性,我们可以使用负载电流的反馈控制技术,通过测量负载电流来实时调整IGBT的导通比例。

这样可以避免负载电流过大或过小,保证电路的安全运行。

为了提高电路的效率,我们可以使用高频交流变压器来提高功率传输效率。

变压器可以将输入电压转换为所需的输出电压,并且可以通过变换比例调整输出电压。

此外,在设计电路时,还需要考虑到电路的保护机制。

例如,可以使用过流保护和过温保护来避免电路的过电流和过热情况。

总结起来,IGBT降压斩波电路设计需要考虑电路的输入输出电压、元器件的选择、稳定性、效率和保护机制等因素。

通过合理的设计,可以实现稳定高效的电源供应。

IGBT降压斩波电路设计..

IGBT降压斩波电路设计..

目录摘要 (1)1前言 (1)2方案确定 (2)3主电路设计 (2)3.1 主电路方案 (2)3.2 工作原理 (3)3.3参数分析 (4)4控制电路设计 (5)4.1 控制电路方案选择 (5)4.2 工作原理 (6)4.3 控制芯片介绍 (7)5驱动电路设计 (9)5.1 驱动电路方案选择 (9)5.2工作原理 (10)6保护电路设计 (11)6.1 过压保护电路 (11)6.1.1主电路器件保护 (11)6.1.2负载过压保护 (12)6.2 过流保护电路 (13)7系统仿真及结论 (14)7.1 仿真软件的介绍 (14)7.2仿真电路及其仿真结果 (14)心得体会 (16)参考文献 (17)致谢 (18)IGBT降压斩波电路设计摘要:直流-直流变流电路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,包括直接直流电变流电路和间接直流电变流电路。

直接直流电变流电路也称斩波电路,它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,一般是指直接将直流电变为另一直流电,这种情况下输入与输出之间不隔离。

间接直流变流电路是在直流变流电路中增加了交流环节,在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离,因此也称带隔离的直流-直流变流电路或直-交-直电路。

直流斩波电路的种类有很多,包括六种基本斩波电路: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,利用不同的斩波电路的组合可以构成符合斩波电路,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。

关键字:IGBT 直流斩波降压斩波1前言随着电力电子技术的高速发展,电子系统的应用领域越来越广泛,电子设备的种类也越来越多。

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。

开关电源分为AC/DC和DC/DC,其中DC/DC变换已实现模块化,其设计技术和生产工艺已相对成熟和标准化。

IGBT升降压斩波电路设计

IGBT升降压斩波电路设计

电力电子技术课程设计报告课题名称升降压斩波电路设计IGBT专业班级学号学生姓名指导教师指导教师职称评分完成日期:2015年1月13日摘要直流斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的 DC-DC 变换器,诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路。

直流斩波技术已被广泛用于开关电源及直流电动机驱动中,使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。

全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波等领域得到了广泛的应用。

升降压斩波电路综合了升压电路和降压电路的优点,可以在一个电路中同时实现升压和降压,简化了电路结构。

而全控型器件IGBT的使用为外部自动控制提供了巨大便利,因此其使用范围在直流斩波电路中很广泛,对其做研究有很好的使用意义。

本文首先比较了两种具有升降压功能的DC/DC变换电路,具体地分析了两种DC/DC变换器的设计(拓扑结构、工作模式和储能电感参数设计),详细地阐述了该DC/DC变换器控制系统的原理和实现,通过MATLAB软件中的Simulink部分建模仿真,最后给出了测试结果。

关键词全控型; IGBT升降压;直流斩波;:目录目录 (1)1 设计任务要求 (1)1.1 设计任务 1 1.2 设计要求22方案选择 (2)2.1方案一22.2方案二 23 电路设计 (3)3.1 主电路设计3 3.2 驱动电路设计33.3保护电路 44 仿真控制 (5)5心得体会 (5)参考文献 (6)附录1 程序清单 (6)附录2 元件清单 (7)答辩记录 (7)1 设计任务要求1.1 设计任务IGBT升降压斩波电路设计(纯电阻负载)设计条件:(1)输入直流电压,Ud=50V;(2)输出功率:300W(3)开关频率5KHZ(4)占空比10%-50%10%输出电压脉率:小于 (5)1.2 设计要求1,分析题目要求,提出2-3种实现方案,比较并确定主电路结构和控制结构方案;2,设计主电路原理图,触发电路原理图,并设置必要的保护电路;3,参数计算,选择主电路及保护电路元件参数4,利用仿真软件MATLAB等进行电路优化;5,最好可以建模并仿真完成相关的设计电路。

基于IGBT的降压斩波电路

基于IGBT的降压斩波电路

.1引言随着电力电子技术的高速发展,电子系统的应用领域越来越广泛,电子设备的种类也越来越多。

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。

直流电动机在冶金、矿山、化工、交通、机械、纺织、航空等领域中已经得到了广泛的应用。

直流电动机的启动和调速性能、过载能力强等特点显得十分重要。

计算机在控制领域和高开关频率、全控型第二代电力半导体器件的发展,以及脉宽调制(PWM)直流调速技术的应用,直流电机得到广泛应用。

直流电动机转速的控制方法可分励磁控制法与电枢电压控制法两类。

励磁控制法控制磁通,其控制功率虽然小,但低速时受到磁饱和的限制,高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制;而且由于励磁线圈电感较大,动态响应较差。

所以常用的控制方法是改变电枢端电压调速的电枢电压控制法,调节电阻即可改变端电压,达到调速目的。

但这种传统的调压调速方法效率低。

目前,市场上用的最多的IGBT直流斩波器,它是属于全控型斩波器,它的主导器件采用国际上先进的电力电子器件IGBT,由门极电压控制,从根本上克服了晶闸管斩波器及GTR斩波器的缺点。

该斩波器既能为煤矿窄轨电机车配套的调速装置,针对不同的负载对象,做一些少量的改动又可用于其它要求供电电压可调的直流负载上。

与可控硅脉冲调速方式和电阻调速方式相比,具有明显的优点。

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MOSFET与双极晶体管的复合器件。

它既有MOSFET易驱动的特点,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MOSFET与功率晶体管之间,可正常工作于几千赫兹频率围,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。

斩波电路原理

斩波电路原理

1、主电路①、降压斩波电路(Buck Chopper)降压斩波电路(Buck Chopper)的原理图及工作波形如图4-12所示。

图中V 为全控型器件,选用IGBT 。

D 为续流二极管。

由图4-12b 中V 的栅极电压波形U GE 可知,当V 处于通态时,电源U i 向负载供电,U D =U i 。

当V 处于断态时,负载电流经二极管D 续流,电压U D 近似为零,至一个周期T 结束,再驱动V 导通,重复上一周期的过程。

负载电压的平均值为:式中t on 为V 处于通态的时间,t off 为V 处于断态的时间,T 为开关周期,α为导通占空比,简称占空比或导通比(α=t on /T)。

由此可知,输出到负载的电压平均值U O 最大为U i ,若减小占空比α,则U O 随之减小,由于输出电压低于输入电压,故称该电路为降压斩波电路。

(a)电路图 (b)波形图图4-12 降压斩波电路的原理图及波形②、升压斩波电路(Boost Chopper)升压斩波电路(Boost Chopper)的原理图及工作波形如图4-13所示。

电路也使用一个全控型器件V 。

由图4-13b 中V 的栅极电压波形U GE 可知,当V 处于通态时,电源U i 向电感L 1充电,充电电流基本恒定为I 1,同时电容C 1上的电压向负载供电,因C 1值很大,基本保持输出电压U O 为恒值。

设V 处于通态的时间为t on ,此阶段电感L 1上积蓄的能量为U i I 1t on 。

当V 处于断态时U i 和L 1共同向电容C 1充电,并向负载提供能量。

设V 处于断态的时间为t off ,则在此期间电感L 1释放的能量为(U O -U i ) I 1t on 。

当电路工作于稳态时,一个周期T 内电感L 1积蓄的能量与释放的能量相等,即:U i I 1t on =(U O -U i ) I 1t off 上式中的T/t off ≥1,输出电压高于电源电压,故称该电路为升压斩波电路。

IGBT升降压斩波电路设计

IGBT升降压斩波电路设计

电力电子技术课程设计报告课题名称IGBT升降压斩波电路设计专业班级学号学生姓名指导教师指导教师职称评分完成日期:2015年1月13日摘要直流斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的DC-DC 变换器,诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路。

直流斩波技术已被广泛用于开关电源及直流电动机驱动中,使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。

全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波等领域得到了广泛的应用。

升降压斩波电路综合了升压电路和降压电路的优点,可以在一个电路中同时实现升压和降压,简化了电路结构。

而全控型器件IGBT的使用为外部自动控制提供了巨大便利,因此其使用范围在直流斩波电路中很广泛,对其做研究有很好的使用意义。

本文首先比较了两种具有升降压功能的DC/DC变换电路,具体地分析了两种DC/DC变换器的设计(拓扑结构、工作模式和储能电感参数设计),详细地阐述了该DC/DC变换器控制系统的原理和实现,通过MATLAB软件中的Simulink部分建模仿真,最后给出了测试结果。

关键词:直流斩波;升降压; IGBT;全控型目录目录 (1)1 设计任务要求 (2)1.1 设计任务21.2 设计要求2 2方案选择 (3)2.1方案一32.2方案二33 电路设计 (5)3.1 主电路设计53.2 驱动电路设计63.3保护电路84 仿真控制 (9)5心得体会 (11)参考文献 (12)附录1 程序清单 (13)附录2 元件清单 (14)答辩记录 (15)1 设计任务要求1.1 设计任务IGBT升降压斩波电路设计(纯电阻负载)设计条件:(1)输入直流电压,Ud=50V;(2)输出功率:300W(3)开关频率5KHZ(4)占空比10%-50%(5) 输出电压脉率:小于10%1.2 设计要求1,分析题目要求,提出2-3种实现方案,比较并确定主电路结构和控制结构方案;2,设计主电路原理图,触发电路原理图,并设置必要的保护电路;3,参数计算,选择主电路及保护电路元件参数4,利用仿真软件MATLAB等进行电路优化;5,最好可以建模并仿真完成相关的设计电路。

IGBT降压斩波电路设计(纯电阻负载)解读

IGBT降压斩波电路设计(纯电阻负载)解读

课程设计任务书学生姓名:专业班级:指导教师:工作单位:题目:IGBT降压斩波电路设计(纯电阻负载)设计条件:1、输入直流电压:Ud=150V2、输出功率:250W3、开关频率4KHz4、占空比5%~50%5、输出电压脉率:小于5%要求完成的主要任务:1、根据课程设计题目,收集相关资料、设计主电路、控制电路;2、用MATLAB/Simulink对设计的电路进行仿真;3、撰写课程设计报告——画出主电路、控制电路原理图,说明主电路的工作原理、选择元器件参数,说明控制电路的工作原理、绘出主电路典型波形,绘出触发信号(驱动信号)波形,并给出仿真波形,说明仿真过程中遇到的问题和解决问题的方法,附参考资料;4、通过答辩。

时间安排:2012.12.24-12.29指导教师签名:年月日系主任(或责任教师)签名:年月日目录1原理分析及电路设计 (1)1.1IGBT降压斩波电路组成 (1)1.2主电路工作原理及结构说明 (1)2各模块电路设计 (3)2.1主电路带纯电阻负载 (3)2.2控制电路 (4)2.3驱动电路 (6)2.4保护电路 (7)2.5各器件参数确定 (8)3系统仿真及结果分析 (10)3.1建立仿真电路模型 (10)3.2设置仿真参数 (11)3.3仿真结果分析 (14)3.4结论 (16)心得体会 (17)参考文献 (18)I GBT 降压斩波电路设计1原理分析及电路设计1.1IGBT 降压斩波电路组成直流-直流变流电路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,包括直接直流变流电路和间接直流变流电路,IGBT 降压斩波电路是直接直流变流电路。

直流降压斩波电路不需要输入输出间的隔离。

直流电压变换电路主要可控器件为全控器件IGBT ,其所带负载可为阻性感性以及容性。

与一般电子电路结构类似,直流降压斩波电路主要分为三个部分,分别为主电路模块,控制电路模块和驱动电路模块。

电路的结构框图如图1所示。

IGBT降压斩波电路设计纯电阻负载

IGBT降压斩波电路设计纯电阻负载

IGBT降压斩波电路设计纯电阻负载
首先,根据负载的额定电流和电压,确定电路的工作参数。

为了使输
出电流稳定不受电源电压波动的影响,可以采用闭环控制方式,即通过对
输出电流进行反馈控制。

在反馈控制中,可以采用PI控制器来实现输出
电流的稳定控制。

其次,在整流桥后面加入滤波电感,用来平滑输出电流,并减小电压
波动。

选择合适的滤波电感,其感抗值应满足滤波需求,并考虑系统能耗
和体积的限制。

然后,IGBT开关的选择和驱动电路的设计也是关键。

IGBT应具有足
够的承受电流和电压能力,以及低开关损耗和漏电流。

而驱动电路则需要
能够提供足够的电流和电压以控制IGBT的开关动作,并保证信号的完整性。

最后,补偿电容的选取也是电路设计中需要考虑的因素之一、补偿电
容的主要作用是提供短时间的电流脉冲给负载,以满足起动和加速要求。

根据负载的电感和电动势等参数,可以计算出合适的补偿电容值。

在设计过程中,还需要考虑过电流和过温度保护措施。

通过加入保险
丝和热敏电阻等保护元件,可以在电路发生异常情况时及时切断电源,并
保护电路和负载不受损害。

总之,IGBT降压斩波电路在纯电阻负载下的设计需要考虑电流和电
压的稳定性、滤波和脉冲要求、开关元件和驱动电路的特性,以及过电流
和过温度保护等因素。

通过合理的设计和调试,可以使电路工作稳定可靠,并满足负载的要求。

IGBT升降压斩波电路设计完整版

IGBT升降压斩波电路设计完整版

I G B T升降压斩波电路设计Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】电力电子技术课程设计报告课题名称IGBT升降压斩波电路设计专业班级学号学生姓名指导教师指导教师职称评分完成日期:2015年1月13日摘要直流斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的 DC-DC 变换器,诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路。

直流斩波技术已被广泛用于开关电源及直流电动机驱动中,使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。

全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波等领域得到了广泛的应用。

升降压斩波电路综合了升压电路和降压电路的优点,可以在一个电路中同时实现升压和降压,简化了电路结构。

而全控型器件IGBT的使用为外部自动控制提供了巨大便利,因此其使用范围在直流斩波电路中很广泛,对其做研究有很好的使用意义。

本文首先比较了两种具有升降压功能的DC/DC变换电路,具体地分析了两种DC/DC 变换器的设计(拓扑结构、工作模式和储能电感参数设计),详细地阐述了该DC/DC变换器控制系统的原理和实现,通过MATLAB软件中的Simulink部分建模仿真,最后给出了测试结果。

关键词:直流斩波;升降压; IGBT;全控型目录1 设计任务要求设计任务IGBT升降压斩波电路设计(纯电阻负载)设计条件:(1)输入直流电压,Ud=50V;(2)输出功率:300W(3)开关频率5KHZ(4)占空比10%-50%(5) 输出电压脉率:小于10%设计要求1,分析题目要求,提出2-3种实现方案,比较并确定主电路结构和控制结构方案;2,设计主电路原理图,触发电路原理图,并设置必要的保护电路;3,参数计算,选择主电路及保护电路元件参数4,利用仿真软件MATLAB等进行电路优化;5,最好可以建模并仿真完成相关的设计电路。

IGBT直流斩波电路的设计

IGBT直流斩波电路的设计

目录1设计原理分析............................................................................................................ 错误!未定义书签。

1.1总体结构分析................................................................................................. 错误!未定义书签。

1.2主电路的设计................................................................................................. 错误!未定义书签。

1.3触发电路的设计............................................................................................ 错误!未定义书签。

1.4驱动电路设计................................................................................................. 错误!未定义书签。

1.5保护电路分析................................................................................................. 错误!未定义书签。

2仿真分析与调试....................................................................................................... 错误!未定义书签。

IGBT降压斩波电路设计(纯电阻负载)解读

IGBT降压斩波电路设计(纯电阻负载)解读

课程设计任务书学生姓名:专业班级:指导教师:工作单位:题目:IGBT降压斩波电路设计(纯电阻负载)设计条件:1、输入直流电压:Ud=150V2、输出功率:250W3、开关频率4KHz4、占空比5%~50%5、输出电压脉率:小于5%要求完成的主要任务:1、根据课程设计题目,收集相关资料、设计主电路、控制电路;2、用MATLAB/Simulink对设计的电路进行仿真;3、撰写课程设计报告——画出主电路、控制电路原理图,说明主电路的工作原理、选择元器件参数,说明控制电路的工作原理、绘出主电路典型波形,绘出触发信号(驱动信号)波形,并给出仿真波形,说明仿真过程中遇到的问题和解决问题的方法,附参考资料;4、通过答辩。

时间安排:2012.12.24-12.29指导教师签名:年月日系主任(或责任教师)签名:年月日目录1原理分析及电路设计 (1)1.1IGBT降压斩波电路组成 (1)1.2主电路工作原理及结构说明 (1)2各模块电路设计 (3)2.1主电路带纯电阻负载 (3)2.2控制电路 (4)2.3驱动电路 (6)2.4保护电路 (7)2.5各器件参数确定 (8)3系统仿真及结果分析 (10)3.1建立仿真电路模型 (10)3.2设置仿真参数 (11)3.3仿真结果分析 (14)3.4结论 (16)心得体会 (17)参考文献 (18)I GBT 降压斩波电路设计1原理分析及电路设计1.1IGBT 降压斩波电路组成直流-直流变流电路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,包括直接直流变流电路和间接直流变流电路,IGBT 降压斩波电路是直接直流变流电路。

直流降压斩波电路不需要输入输出间的隔离。

直流电压变换电路主要可控器件为全控器件IGBT ,其所带负载可为阻性感性以及容性。

与一般电子电路结构类似,直流降压斩波电路主要分为三个部分,分别为主电路模块,控制电路模块和驱动电路模块。

电路的结构框图如图1所示。

IGBT降压斩波电路设计解读

IGBT降压斩波电路设计解读

目录摘要 (1)1前言 (1)2方案确定 (2)3主电路设计 (2)3.1 主电路方案 (2)3.2 工作原理 (3)3.3参数分析 (4)4控制电路设计 (5)4.1 控制电路方案选择 (5)4.2 工作原理 (6)4.3 控制芯片介绍 (7)5驱动电路设计 (9)5.1 驱动电路方案选择 (9)5.2工作原理 (10)6保护电路设计 (11)6.1 过压保护电路 (11)6.1.1主电路器件保护 (11)6.1.2负载过压保护 (12)6.2 过流保护电路 (13)7系统仿真及结论 (14)7.1 仿真软件的介绍 (14)7.2仿真电路及其仿真结果 (14)心得体会 (16)参考文献 (17)致谢 (18)IGBT降压斩波电路设计摘要:直流-直流变流电路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,包括直接直流电变流电路和间接直流电变流电路。

直接直流电变流电路也称斩波电路,它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,一般是指直接将直流电变为另一直流电,这种情况下输入与输出之间不隔离。

间接直流变流电路是在直流变流电路中增加了交流环节,在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离,因此也称带隔离的直流-直流变流电路或直-交-直电路。

直流斩波电路的种类有很多,包括六种基本斩波电路: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,利用不同的斩波电路的组合可以构成符合斩波电路,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。

关键字:IGBT 直流斩波降压斩波1前言随着电力电子技术的高速发展,电子系统的应用领域越来越广泛,电子设备的种类也越来越多。

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。

开关电源分为AC/DC和DC/DC,其中DC/DC变换已实现模块化,其设计技术和生产工艺已相对成熟和标准化。

斩波电路原理

斩波电路原理

1、主电路①、降压斩波电路(Buck Chopper)降压斩波电路(Buck Chopper)的原理图及工作波形如图4-12所示。

图中V 为全控型器件,选用IGBT 。

D 为续流二极管。

由图4-12b 中V 的栅极电压波形U GE 可知,当V 处于通态时,电源U i 向负载供电,U D =U i 。

当V 处于断态时,负载电流经二极管D 续流,电压U D 近似为零,至一个周期T 结束,再驱动V 导通,重复上一周期的过程。

负载电压的平均值为:式中t on 为V 处于通态的时间,t off 为V 处于断态的时间,T 为开关周期,α为导通占空比,简称占空比或导通比(α=t on /T)。

由此可知,输出到负载的电压平均值U O 最大为U i ,若减小占空比α,则U O 随之减小,由于输出电压低于输入电压,故称该电路为降压斩波电路。

(a)电路图 (b)波形图图4-12 降压斩波电路的原理图及波形②、升压斩波电路(Boost Chopper)升压斩波电路(Boost Chopper)的原理图及工作波形如图4-13所示。

电路也使用一个全控型器件V 。

由图4-13b 中V 的栅极电压波形U GE 可知,当V 处于通态时,电源U i 向电感L 1充电,充电电流基本恒定为I 1,同时电容C 1上的电压向负载供电,因C 1值很大,基本保持输出电压U O 为恒值。

设V 处于通态的时间为t on ,此阶段电感L 1上积蓄的能量为U i I 1t on 。

当V 处于断态时U i 和L 1共同向电容C 1充电,并向负载提供能量。

设V 处于断态的时间为t off ,则在此期间电感L 1释放的能量为(U O -U i ) I 1t on 。

当电路工作于稳态时,一个周期T 内电感L 1积蓄的能量与释放的能量相等,即:U i I 1t on =(U O -U i ) I 1t off 上式中的T/t off ≥1,输出电压高于电源电压,故称该电路为升压斩波电路。

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目录摘要 (1)1前言 (1)2方案确定 (2)3主电路设计 (2)3.1 主电路方案 (2)3.2 工作原理 (3)3.3参数分析 (4)4控制电路设计 (5)4.1 控制电路方案选择 (5)4.2 工作原理 (6)4.3 控制芯片介绍 (7)5驱动电路设计 (9)5.1 驱动电路方案选择 (9)5.2工作原理 (10)6保护电路设计 (11)6.1 过压保护电路 (11)6.1.1主电路器件保护 (11)6.1.2负载过压保护 (12)6.2 过流保护电路 (13)7系统仿真及结论 (14)7.1 仿真软件的介绍 (14)7.2仿真电路及其仿真结果 (14)心得体会 (16)参考文献 (17)致谢 (18)IGBT降压斩波电路设计摘要:直流-直流变流电路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,包括直接直流电变流电路和间接直流电变流电路。

直接直流电变流电路也称斩波电路,它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,一般是指直接将直流电变为另一直流电,这种情况下输入与输出之间不隔离。

间接直流变流电路是在直流变流电路中增加了交流环节,在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离,因此也称带隔离的直流-直流变流电路或直-交-直电路。

直流斩波电路的种类有很多,包括六种基本斩波电路: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,利用不同的斩波电路的组合可以构成符合斩波电路,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。

关键字:IGBT 直流斩波降压斩波1前言随着电力电子技术的高速发展,电子系统的应用领域越来越广泛,电子设备的种类也越来越多。

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。

开关电源分为AC/DC和DC/DC,其中DC/DC变换已实现模块化,其设计技术和生产工艺已相对成熟和标准化。

DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压,也称为直流斩波。

斩波电路主要用于电子电路的供电电源,也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。

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MOSFET与双极晶体管的复合器件。

它既有MOSFET易驱动的特点,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MOSFET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。

2方案确定电力电子器件在实际应用中,一般是由控制电路,驱动电路,保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。

由信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号,通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或者关断来完成整个系统的功能,当控制电路所产生的控制信号能够足以驱动电力电子开关时就无需驱动电路。

根据降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动及保护电路,设计出降压斩波电路的结构框图如图1所示。

图1降压斩波电路结构框图在图1结构框图中,控制电路是用来产生降压斩波电路的控制信号,控制电路产生的控制信号传到驱动电路,驱动电路把控制信号转换为加在开关控制端,可以使其开通或关断的信号。

通过控制开关的开通和关断来控制降压斩波电路的主电路工作。

控制电路中的保护电路是用来保护电路的,防止电路产生过电流现象损害电路设备。

3主电路设计3.1 主电路方案根据所选课题设计要求设计一个降压斩波电路,可运用电力电子开关来控制电路的通断即改变占空比,从而获得我们所想要的电压。

这就可以根据所学的buck 降压电路作为主电路,这个方案是较为简单的方案,直接进行直直变换简化了电路结构。

而另一种方案是先把直流变交流降压,再把交流变直流,这种方案把本该简单的电路复杂化,不可取。

至于开关的选择,选用比较熟悉的全控型的IGBT 管,而不选半控型的晶闸管,因为IGBT 控制较为简单,且它既具有输入阻抗高、开关速度快、驱动电路简单等特点,又用通态压降小、耐压高、电流大等优点。

3.2 工作原理根据所学的知识,直流降压斩波主电路如图2所示:图2 主电路图直流降压斩波主电路使用一个全控器件IGBT 控制导通。

用控制电路和驱动电路来控制IGBT 的通断,当t=0时,驱动IGBT 导通,电源E 向负载供电,负载电压0u =E ,负载电流0i 按指数曲线上升。

电路工作时波形图如图3所示:图3 降压电路波形图i G i当1t t =时刻,控制IGBT 关断,负载电流经二极管D V 续流,负载电压0u 近似为零,负载电流指数曲线下降。

为了使负载电流连续且脉动小,故串联L 值较大的电感。

至一个周期T 结束,再驱动IGBT 导通,重复上一周期的过程。

当电力工作于稳态时负载电流在一个周期的初值和终值相等,负载电压的平均值为:i i i t t U U U U t t Tα===+on on o on off t on 为IGBT 处于通态的时间;t off 为处于断态的时间;T 为开关周期;α为导通占空比。

通过调节占空比α使输出到负载的电压平均值U o 最大为E ,若减小占空比α,则U o 随之减小。

由此可知,输出到负载的电压平均值U o 最大为U i ,若减小占空比α,则U o 随之减小,由于输出电压低于输入电压,故称该电路为降压斩波电路。

3.3参数分析主电路中需要确定参数的元器件有IGBT 、二极管、直流电源、电感、电阻值的确定,其参数确定如下:(1)电源要求输入电压为100V 。

(2)电阻因为当输出电压为200V 时,假输出电流为20A 。

所以由欧姆定律可得负载电阻值为1Ω。

(3)IGBT 由图3易知当IGBT 截止时,回路通过二极管续流,此时IGBT 两端承受最大正压为100V ;而当α=1时,IGBT 有最大电流,其值为5A 。

故需选择集电极最大连续电流c I =A 10,反向击穿电压V B vceo 200=的IGBT ,而一般的IGBT 都满足要求。

(4)二极管 其承受最大反压100V ,其承受最大电流趋近于20A ,考虑2倍裕量,故需选择V U N 200≥,A I N 20≥的二极管。

(5)电感 L=100mH ;o0I U R =(6)开关频率f=5KHz(7)电容设计要求输出电压纹波小于1%4控制电路设计4.1 控制电路方案选择控制电路需要实现的功能是产生控制信号,用于控制斩波电路中主功率器件的通断,通过对占空比的调节达到控制输出电压大小的目的。

斩波电路有三种控制方式:1.保持开关周期T不变,调节开关导通时间t on,称为脉冲宽度调制或脉冲调宽型;2.保持导通时间不变,改变开关周期T,成为频率调制或调频型;3.导通时间和周期T都可调,是占空比改变,称为混合型。

因为斩波电路有这三种控制方式,又因为PWM控制技术应用最为广泛,所以采用PWM控制方式来控制IGBT的通断。

PWM控制就是对脉冲宽度进行调制的技术。

这种电路把直流电压“斩”成一系列脉冲,改变脉冲的占空比来获得所需的输出电压。

改变脉冲的占空比就是对脉冲宽度进行调制,只是因为输入电压和所需要的输出电压都是直流电压,因此脉冲既是等幅的,也是等宽的,仅仅是对脉冲的占空比进行控制。

对于控制电路的设计其实可以有很多种方法,我选用一般的PWM发生芯片来进行连续控制。

对于PWM发生芯片,我选用了SG3525芯片,其引脚图如图4所示,它是一款专用的PWM控制集成电路芯片,它采用恒频调宽控制方案。

图4SG3525引脚图其11和14脚输出两个等幅、等频、相位互补、占空比可调的PWM 信号。

脚6、脚7 内有一个双门限比较器,内设电容充放电电路,加上外接的电阻电容电路共同构成SG3525 的振荡器。

振荡器还设有外同步输入端(脚3)。

脚1 及脚2 分别为芯片内部误差放大器的反相输入端、同相输入端。

该放大器是一个两级差分放大器。

根据系统的动态、静态特性要求,在误差放大器的输出脚9和脚1之间一般要添加适当的反馈补偿网络,另外当10脚的电压为高电平时,11和14脚的电压变为10输出。

4.2 工作原理由于SG3525的振荡频率可表示为 :)37.0(1d t t R R C f += 4.1 式中:t C , t R 分别是与脚5、脚6相连的振荡器的电容和电阻;d R 是与脚7相连的放电端电阻值。

根据任务要求需要频率为40kHz ,所以由上式可取t C =0.01μF , t R = Ωk 1,d R =Ω600。

可得f=40kHz ,满足要求。

图5 控制电路SG3525有过流保护的功能,可以通过改变10脚电压的高低来控制脉冲波的输出。

因此可以将驱动电路输出的过流保护电流信号经一电阻作用,转换成电压信号来进行过流保护,同理也可以用10端进行过压保护,如图5所示10端外接过压过流保护电路。

当驱动电路检测到过流时发出电流信号,由于电阻的作用将10脚的电位抬高,从而11、14脚输出低电平,而当其没有过流时,10脚一直处于低电平,从而正常的输出PWM波。

SG3525还有稳压作用。

1端接芯片内置电源,2端接负载输出电压,通过1端的变位器得到它的一个基准电位,从而当负载电位发生变化时能够通过1、2所接的误差放大器来控制输出脉宽的占空比,若负载电位升高则输出脉宽占空比减小,使得输出电压减小从而稳定了输出电压,反之则然。

调节变位器使得1端得到不同的基准电位,控制输出脉宽的占空比,从而可使得输出电压为50-80V 范围。

4.3 控制芯片介绍本控制电路是以SG3525为核心构成,SG3525为美国Silicon General公司生产的专用,它集成了PWM控制电路,其内部电路结构及各引脚功能如图6所示,它采用恒频脉宽调制控制方案,内部包含有精密基准源,锯齿波振荡器,误差放大器,比较器,分频器和保护电路等.调节Ur的大小,在11,14两端可输出两个幅度相等,频率相等,相位相差, 占空比可调的矩形波(即PWM信号).然后,将脉冲信号送往芯片HL402,对微信号进行升压处理,再把经过处理的电平信号送往IGBT,对其触发,以满足主电路的要求。

图6 SG3525A芯片的内部结构(1)基准电压调整器基准电压调整器是输出为5.1V ,50mA ,有短路电流保护的电压调整器。

它供电给所有内部电路,同时又可作为外部基准参考电压。

若输入电压低于6V 时,可把15、16脚短接,这时5V 电压调整器不起作用。

(2)振荡器3525A 的振荡器,除CT 、RT 端外,增加了放电7、同步端3。

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