基于IGBT器件的大功率DC-DC电源技术方案

单片机毕业论文-基于IGBT的变频电源设计

毕业设计（论文）任务书教研室（学科组）主任签字：毕业设计开题报告基于IGBT的变频电源设计系别：班级：学生姓名：指导教师：20 年月日附页：开题报告基于IGBT的变频电源设计一．选题依据：电源设备广泛应用于科学研究、经济建设、国防设施及人民生活等各个方面，是电子设备和机电设备的基础，它与国民经济各个部门相关，在工农业生产中应用的最为广泛。

可以说，凡是涉及电子和电工技术的一切领域都要用到电源设备，它不仅提供优质电能，还对科学技术的发展产生巨大的影响。

所有用电设备对供电电压、频率、功率都有一定的要求。

如一般的电子设备要求电网220V电压的变化在±10%以内频率50Hz供电系统的功率要足够的大，如果达不到这个要求，设备就不能保证正常工作，甚至可能损坏。

一些精密电子仪器对电压稳定、频率、功率的要求更为严格。

变频电源正是为满足负载的稳压、频率、功率需求而产生的，其功能是在输入电压或负载在一定范围内变化时自动保持输出电压、功率基本不变并且频率不随负载的性质而变化。

变频电源已形成了一个独立的技术领域和一个巨大的市场，在工业、科研、国防等各个方面得到越来越广泛的应用。

现在，电源技术的发展使得用新型、高效的开关电源取代传统电源已成为必然。

传统的稳压电源一般都是线性电源，这种电源效率低、体积大。

随着技术的发展，开关电源的开关频率越来越高，使得电源的小型、轻量化成为可能。

电源工作在开关状态，从原理上讲是低损耗的。

本课题设计的基于IGBT的变频电源设计就是用新型的开关电源取代传统电源，其特点就是效率高、体积小、保护完善等。

变频电源的分类：●根据输出波形方式，可分为正弦波、方波、三角波等。

●根据输出功率大小方式，可分为大功率、中功率、小功率等。

二．变频电源组成：电源功能及整体结构市电单相电压(220V)经整流滤波后供给逆变电路，IGBT在驱动信号作用下将整流滤波后的直流电变成一定电压、一定频率的交流电，经隔离滤波后供给负载。

igbt的固态高压脉冲电源的设计原理

IGBT的固态高压脉冲电源的设计原理由于脉冲电源有断续供电的特性，在很多领域都获得了广泛的应用，其中高压脉冲电源是系统的核心组成部分。

为了获取高重复频率、陡前沿高压脉冲电源，文中提出了一种基于IGBT的高压脉冲电源，系统主要由高压直流充电电源和脉冲形成电路两部分组成，由DSP作为主控制芯片，控制IGBT的触发和实现软开关技术，并用仿真软件PSIM对高压脉冲电源进行仿真分析，验证了设计思想的正确性。

由于脉冲电源有断续供电的特性，在很多领域都获得了广泛的应用。

比如说高能量物理、粒子加速器、金属材料的加工处理、食品的杀菌消毒、环境的除尘除菌等方面，都需要这样一种脉冲能量--可靠、高能量、脉宽和频率可调、双极性、平顶的电压波形。

无论将此高功率脉冲电源用于何种用途，高压脉冲电源均是其设计的核心部分。

传统的高功率脉冲电源一般采用工频变压器升压，然后采用磁压缩开关或者旋转火花隙来获取高压脉冲，因而大都比较笨重，且获得的脉冲频率范围有限，其重复频率难以调节，脉冲波形易变化，可靠性较低，控制较困难，成本较高。

文中采用固态电器--IGBT来获取高压脉冲波形。

将IGBT 作为获取高压脉冲的电子开关，利用IGBT构成LCC串并联谐振变换器作为高压脉冲电源的充电电源，同时利用IGBT构成全桥组成脉冲形成电路，输出双极性高压脉冲波形。

文中给出了系统结构、系统各个部分功能说明，通过仿真电力电子仿真软件PSIM对LCC充电过程和脉冲形成电路进行仿真分析。

1 高压脉冲电源系统结构1.1 高压脉冲电源的拓扑结构高压脉冲电源常用的主电路拓扑可以归纳为两类：电容充放电式和高压直流开关电源加脉冲生成的两级式两种。

电容充放电式是通过长时间充电、瞬间放电，即通过控制充放电的时间比例，达到能量压缩、输出高压大功率脉冲的目的。

优点是可以输出的脉冲功率和电压等级较高，脉冲上升沿较陡;但是，输出脉冲的精度难以控制，而且重复频率低，因而应用范围比较有限，主要应用在核电磁物理研究、烟气除尘、污水处理、液体杀菌等场合。

大功率dcdc电路

大功率dcdc电路
大功率DC/DC电路是电源转换电路的一种，主要用于将直流输入的电源转换为直流输出，并且可以通过调节占空比或调频等方式来实现输出电压或电流的调节。

相对于线性电源，DC/DC电路具有更高的效率、更小的体积和更低的成本等优势，因此在现代电子系统中得到了广泛的应用。

大功率DC/DC电路的设计需要考虑许多因素，包括输入和输出的电压和电流、电路的效率、散热设计、电磁兼容性等。

常用的电路拓扑结构有BUCK、BOOST、BUCK-BOOST等，其中BUCK-BOOST电路可以实现输入和输出电压极性的变化，因此在需要负电压输出的应用中得到了广泛的应用。

在大功率DC/DC电路中，开关元件的选取和驱动方式也是需要考虑的重要因素。

常用的开关元件有硅开关管和氮化镓开关管等，驱动方式可以通过自行设计驱动电路或采用现成的驱动芯片来实现。

此外，大功率DC/DC电路中的磁元件也是非常重要的，包括电感和变压器等。

磁元件的设计需要考虑磁芯的材质、线圈的匝数和线径、气隙等参数，同时也需要考虑磁元件的散热设计和电磁兼容性等问题。

总的来说，大功率DC/DC电路的设计需要综合考虑各种因素，包括电路拓扑结构、开关元件和驱动方式、磁元件设计等，同时也需要借助仿真软件进行设计和优化。

车用DC大功率电子器件研发方案(二)

车用DC/DC大功率电子器件研发方案一、实施背景随着中国汽车工业的飞速发展，对于车用电子器件的需求日益增长。

DC/DC转换器作为汽车电源管理系统中不可或缺的部件，其性能优劣直接影响到汽车电源的稳定性和效率。

目前，国内DC/DC转换器市场主要被国外厂商所占据，国产化率低、进口依赖度高。

因此，开展车用DC/DC大功率电子器件研发，提升国产化率，具有强烈的现实意义和巨大的市场潜力。

二、工作原理DC/DC转换器的主要工作原理是通过电磁转换将一个固定电压等级的直流电源转化为另一个固定电压等级的直流电源。

具体来说，它由输入滤波器、开关管、PWM控制器、输出滤波器和负载组成。

通过控制开关管的通断时间，实现输出电压的稳定控制。

三、实施计划步骤1.研发团队组建：组织一支由电力电子、机械设计、控制算法等专业的研发人员组成的团队。

2.技术调研：收集国内外DC/DC转换器的相关资料，进行深入的技术调研和可行性分析。

3.方案设计：根据调研结果，制定详细的研发方案，包括硬件设计、软件编程、控制策略等。

4.样品制作与测试：按照设计方案制作样品，并进行严格的性能测试，包括效率、温升、电磁兼容性等。

5.优化改进：根据测试结果，对设计方案进行优化改进，提高产品性能。

6.产业化准备：与汽车厂商合作，了解市场需求，进行产业化准备。

四、适用范围本方案适用于汽车电源管理系统中的各类DC/DC转换场景，包括但不限于车载电子设备、发动机控制器、电池管理系统等。

五、创新要点1.高效能：通过优化电路设计和控制策略，提高DC/DC转换器的效率，降低能量损失。

2.高稳定性：采用先进的热设计和材料选择，确保DC/DC转换器在恶劣的汽车环境中稳定工作。

3.高集成度：通过模块化和集成化设计，减少DC/DC转换器的体积和重量，提高其集成度。

4.智能化控制：引入先进的控制算法和传感器技术，实现DC/DC转换器的智能化控制和优化管理。

六、预期效果1.提高国产化率：通过自主研发，降低对进口DC/DC转换器的依赖，提高国内市场的国产化率。

大功率IGBT驱动技术

大功率IGBT驱动技术1 引言电力电子技术在当今急需节能降耗的工业领域里起到了不可替代的作用;而IGBT在诸如变频器、大功率开关电源等电力电子技术的能量变换与管理应用中，越来越成为各种主回路的首选功率开关器件，因此如何安全可靠地驱动IGBT工作，也成为越来越多的设计工程师面临需要解决的课题。

在使用IGBT构成的各种主回路之中，大功率IGBT驱动保护电路起到弱电控制强电的终端界面(接口)作用。

因其重要性，所以可以将该电路看成是一个相对独立的“子系统”来研究、开发及设计。

大功率IGBT驱动保护电路一直伴随IGBT技术的发展而发展，现在市场上流行着很多种类非常成熟的大功率IGBT驱动保护电路专用产品，成为大多数设计工程师的首选;也有许多的工程师根据其电路的特殊要求，自行研制出各种专用的大功率IGBT驱动保护电路。

本文对这些大功率IGBT驱动保护电路进行分类，并对该电路需要达到的一些功能进行阐述，最后展望此电路的发展。

此外本文所述大功率IGBT驱动保护电路是指应用于直流母线电压在650V～1000V范围、输出电流的交流有效值在100A～600A范围的场合。

2 大功率IGBT驱动保护电路的分类按照大功率IGBT驱动保护电路能够完成的功能来分类，可以将大功率IGBT 驱动保护电路分为以下三种类型:单一功能型、多功能型、全功能型。

2.1 单一功能型单一功能型的大功率IGBT驱动保护电路一般是由光耦和功率缓冲器构成，如hcpl-3150 等，如图1所示。

它将普通控制信号的ttl/cmos输入电平信号转变为正负十几伏的IGBT门极驱动输出电平，正负电平的幅值取决于隔离电源图1 hcpl-3150原理框图及引脚示意图工程师进行设计时可将它配上隔离电源电路、死区控制电路、逻辑处理电路、门极驱动电阻等，就可直接驱动IGBT，形成最简单的大功率IGBT驱动保护电路;也可以自己配上一些外围电路形成多功能型驱动器。

单一功能型的大功率IGBT驱动保护电路的最大优点是应用灵活、成本较低。

大功率IGBT并联驱动电路设计

大功率IGBT并联驱动电路设计随着工业的发展，对于IGBT的电压等级和电流等级的要求也越来越高。

目前国内外市场上IGBT电压等级最高为6500V，电流等级最大到3600A。

对于中小功率应用场合，完全可以采用较高电压等级和较大电流等级的IGBT来满足对系统更高的要求，通常1700V和1000A 的IGBT就可以满足要求，而且市场供应量充足，价格适中。

但在高压大功率场合，若对IGBT的电压和电流要求接近市场上的较大值时，如6500V的IGBT，价格昂贵，且国外对中国有出口限制(不能用于军事用途)，此时就要考虑采用IGBT并联和串联扩容。

由于IGBT的特性依赖于其结构和工艺参数，lGBT并联和串联时存在静态和动态不均流和不均压，除了选择参数一致的IGBT模块外，通过设计适当的驱动电路也是解决IGBT并联和串联存在的问题的有效途径。

1. IGBT并联静态均流的研究当两个及以上IGBT并联时，由于模块不一致的静态和动态特性会导致电流分配不均。

在IGBT处于稳态运行时，影响均流的因素主要是IGBT的输出特性。

如图1所示，两个输出特性不一致的IGBT并联运行时，饱和导通压降V CEsat低的管子会分担更多的电流。

图1 IGBT模块输出特性比较图中，V01，V02-Q1，Q2的集电极电流为零时对应的集射极电压ΔV1，ΔV2-电流为I C1，I C1时对应的两管通态电压变化量。

Q1，Q2的输出特性可近似描述为：Q1，Q2并联，有：由此可见，当V01～V02时，IGBT的通态电阻(即输出特性斜率的倒数V CE/I C)是影响电流不均衡的主要因素。

因此为了实现静态均流，应选择饱和压降一致的IGBT模块。

图2 仿真电路图针对IGBT输出特性对静态均流的影响做仿真，IGBT模块选择三菱CM600HA-24H，额定电流600A，额定电压1200V，饱和压降2.5V。

同时选择CM600HA-28H模块，额定电流600A，额定电压1400V，饱和压降3.1V。

基于反激电路的DC-DC降压开关电源设计

北京工业大学毕业设计（论文）摘要针对晶体管串联提供稳压电源的具有体积很大而且笨重的工频变压器，体积和重量都很大的滤波器，占用较大空间，质量较大，效率较低不适用现在电子技术的发展的的缺点，提出了发展新型电源的意见。

为了能够适用电力电子越小型化、轻型化的要求，开关电源随之出现。

开关电源采用功率半导体作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空来调整输出电压，因为开关电源是直接对电网电压进行整流、滤波、调整，不需要电源变压器，工作频率高，滤波电容小、电感小，所以体积相对较小，而且开关电源的功耗较低，对电网的适用能力强，所以开关电源的应用逐渐取代了传统的电源。

开关电源的发展促使了电力电子器件朝着轻薄化的发展，开关电源有多种拓扑结构，选择合适的拓扑结构，合适的器件，是设计开关电源的重中之重。

反激式开关电源因其结构和成本方面的优势在小功率电源领域有着不可替代的作用，是小功率供电电源的首选。

关键字：开关电源；拓扑结构；变压器; 稳压管IABSTRACTSeries to provide power supply for the transistor with large and bulky size-frequency transformers, size and weight are great filters, occupy a larger space, the quality of larger, less efficient not apply to the development of electronic technology is now the paper proposed the development of new power views.In order to apply more power electronics miniaturization and light requirements, switching power supply soon.Switching power supply using power semiconductor devices as switches, through periodic on-off switch, control switch to adjust the air component of the total output voltage, because switching power supply is directly rectified mains voltage, filter, adjustment, no power transformer, high frequency, filter capacitance, inductance is small, so relatively small size, low power consumption and switching power supply on the application of strong power, so switch power gradually replaced the traditional power.Switching power supply prompted the development of power electronic devices toward the light of the development of a variety of switching power supply topology, select the appropriate topology, the appropriate device, is the top priority of switching power supply design. Fly back type switch power supply plays a role that cannot be replaced because of its structure and low cost, it can be the best choice for low power source.Keywords：switch power supply;Topology Structure;Transformer; stabilivolt目录摘要 (I)ABSTRACT ........................................................... I I 第一章绪论.................................................... - 4 -1.1 课题的背景以及选题意义................................. - 4 -1.2 本课题的主要研究内容................................... - 5 - 第二章主电路的选择以及原理.................................... - 6 -2.1 开关电源的几种基本的拓扑结构........................... - 6 -2.1.1 Buck电路......................................... - 6 -2.1.2 Boost电路........................................ - 7 -2.1.3 Buck-boost电路................................... - 8 -2.2 主电路拓扑结构的选择................................... - 9 -2.2.1 电路拓扑结构选择要注意的问题..................... - 9 -2.2.2 基本拓扑结构的对比............................... - 9 -2.2.3 主电路拓扑结构的选择............................ - 10 -2.3 单端反激电路.......................................... - 11 -2.3.1 单端反激电路的基本原理.......................... - 11 -2.3.2 单端反激电路的工作波形图........................ - 12 -2.4 本章小结.............................................. - 12 - 第三章控制电路的选择及原理................................... - 13 -3.1 控制电路.............................................. - 13 -3.1.1 电压型集成控制电路.............................. - 13 -3.1.1 电流型集成控制电路.............................. - 14 -3.2 UC3843的原理及参数 ................................... - 15 -3.3 UC3843工作描述 ....................................... - 17 -3.4 本章小结.............................................. - 19 - 第四章 DC-DC开关电源整体设计................................. - 20 -4.1 DC-DC开关电源的框图设计 .............................. - 20 -4.2 DC-DC开关电源中主要元器件 ............................ - 21 -4.2.1 功率开关晶体管.................................. - 21 -4.2.2 光电耦合器...................................... - 23 -4.2.3 TL431 ........................................... - 25 -4.2.4 变压器.......................................... - 25 -4.3 本章小结.............................................. - 26 - 第五章 Protel电路仿真....................................... - 27 -5.1 Protel软件 ........................................... - 27 -5.2 电路原理图............................................ - 27 -5.3 PCB版图 .............................................. - 28 -5.4 本章小结.............................................. - 28 - 第六章电路板的调节........................................... - 29 -6.1 工作状态波形图........................................ - 29 -6.2 本章小结.............................................. - 32 - 第七章电路板的焊接........................................... - 33 -6.1 电路板焊接方法........................................ - 33 -6.2 电路板焊接注意事项................................... - 33 -6.3 本章小节............................................. - 34 - 第八章总结................................................... - 35 -参考文献....................................................... - 36 - 致谢........................................................... - 37 - 附录电路图.................................................... - 38 -第一章绪论1.1 课题的背景以及选题意义开关电源的前身是线性稳压电源。

隔离型全桥DC-DC电源的设计方案

隔离型全桥DC-DC电源的设计方案全桥结构在电路设计当中有着相当广泛的作用。

本文介绍了一种基于全桥DC-DC的隔离电源设计。

文中提及的半桥IGBT板为两组隔离的正负电压输出，这样做是为了能够成为IGBT的驱动及保护。

并且在实践设计时，需要根据选择的IGBT开关管参数和工作频率，来确定驱动板电源功率。

而后对原边共用全桥控制的DC-DC电源设计进行了介绍，给出了变压器的选择方法。

1.IGBT半桥集成驱动板电源特点半桥IGBT的有效驱动和可靠保护都由半桥IGBT集成驱动板来实现。

半桥IGBT 集成驱动板自身必须具备两路DC-DC隔离电源，该电源要求占用PCB面积小、体积紧凑、可靠性高，并且两组电源副边完全隔离。

在大功率半桥IGBT 集成驱动单元的项目中，针对驱动单元需要高效、可靠的隔离电源，设计了一种电源变压器原边控制拓扑，即两组隔离电源变压器原边共用一组全桥控制的思路，提高了电源功率密度和效率，节省了功率开关数量。

全桥开关管巧妙搭配，无需隔离驱动，减少了占用集成驱动板上的PCB面积。

半桥IGBT集成驱动板在两路驱动上表现出负载特性一致的原因是，因为上下半桥当中两个单元IGBT的性能参数一致，并且采用同体封装。

因此在IGBT半桥集成驱动板的电源设计中，两组隔离的DC-DC电源原边完全可以共用一组控制电路。

IGBT半桥集成驱动板一般镶嵌在IGBT功率模块上，它对驱动板的要求有两个：第一是半桥集成驱动板对PCB面积、体积要求很高，要求尽可能减小PCB面积和体积;第二因为驱动IGBT需要的功率较大，对板上电源的功率密度、效率要求也较高。

2.原边共用全桥控制的DC-DC电源设计本设计采用了两个变压器原边共用，也就是全桥电路控制DC-DC电源变压器。

正常模式下两个全桥变换拓扑需要两组全桥开关，同时全桥开关的脉冲驱动电路也为两组共8路PWM脉冲。

采用共用全桥拓扑节省了控制电路和全桥开关，简化了DC-DC隔离电源电路。

DC-DC隔离电源设计电路原理图

紧凑型全桥DC-DC隔离电源设计电路原理图新型电力电子器件IGBT作为功率变换器的核心器件，其驱动和保护电路对变换器的可靠运行至关重要。

集成驱动是一个具有完整功能的独立驱动板，具有安装方便、驱动高效、保护可靠等优点，是目前大、中功率IGBT驱动和保护的最佳方式。

集成驱动一般包括板上DC-DC隔离电源、PWM信号隔离、功率放大、故障保护等4个功能电路，各功能电路之间互相配合，完成IGBT的驱动及保护。

输入电源为板上原边各功能电路提供电源，两路DC-DC隔离电源输出分别驱动上、下半桥开关管，同时为IGBT侧故障检测和保护电路提供电源，因此集成驱动板上电源是所有电路工作的前提和基础。

文中的半桥IGBT集成驱动板需要两组隔离的正负电压输出，作为IGBT的驱动及保护电路电源。

由IGBT的驱动特点可知，其负载特性类似于容性负载，要达到可靠、快速的开通或关断，就要求电源具有很好拉／灌电流能力，即良好的动态特性。

半桥IGBT由上、下两路开关管组成，型号相同，导通、关断的驱动电压、电流特性一致，作为双路隔离DC-DC电源的负载，其负载特性是稳定的。

因此可以设计两路隔离电源，按照所要驱动的最大负载设计，不需要进行反馈控制。

实际设计时必须依据选用的IGBT开关管参数和工作频率，核算驱动板电源功率是否满足，若不满足，则需重新选用开关管。

1IGBT半桥集成驱动板电源设计1．1IGBT半桥集成驱动板电源特点电力电子变换拓扑中，以半桥IGBT为基本单元进行的拓扑设计最为广泛，相应地对其有效驱动和可靠保护由半桥IGBT集成驱动板实现。

半桥IGBT集成驱动板自身必须具备两路DC-DC隔离电源，该电源要求占用PCB面积小、体积紧凑、可靠性高，并且两组电源副边完全隔离。

在大功率半桥IGBT集成驱动单元的项目中，针对驱动单元需要高效、可靠的隔离电源，设计了一种电源变压器原边控制拓扑，即两组隔离电源变压器原边共用一组全桥控制的思路，提高了电源功率密度和效率，节省了功率开关数量。

基于IGBT器件的大功率DCDC电源并联技术

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ADW< & 大功率直流电源的负载是 = 组感 =DW< 2B= % C &各电源模块中的调模型为 = @ 性负载 ! =& 2B= 2B= & 选节器均采用 D 模型为 AD! ?调节器 ! 2 ! 择适当的参数 ! 可将电源模块设计成典型
杜鹏英=!任国海=!杜少武)!刘正之#
" 浙江杭州 !# 安徽合肥 !) =’浙江大学城市学院 ! = " " = +# )’合肥工业大学电气与自动化学院 ! # " " " ># 安徽合肥 !) $ #’中国科学院等离子体物理研究所 ! # " " # =

IGBT模块：技术、驱动和应用课件：基本电路与应用实例

DC-AC逆变器
相对于两电平逆变器，三电平逆变器有许多优点损耗降低输出滤波器更小输出电压或电流的失真度降低电磁兼容（EMC）性能得到提升系统成本降低
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
DC-AC逆变器
三电平模块/三电平桥臂
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
简介
换流：在变换器的运行期间（通常）电流周期性的从一个
半导体开关换流到另一个半导体开关。这个过程被称为电流换流或换流。
外部换流内部换流
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
主动前端：IGBT 辅助主动开关
AC-DC整流器和制动斩波器
启动时：每个辅助开关分别与相对应的开关VT1、VT3和VT5共发射极串联连接，通过PWM控制给直流母线充电，这样就可以限制电力半导体器件的电流。
正常工作：辅助开关开通（引入额外通态损耗，提高驱动电压）
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
制动斩波器消耗再生制动能量
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
AC-DC整流器和制动斩波器
主动前端：SCR
不需要制动电阻再生的能量反馈到电网
需要有源逆变单元机构和控制复杂存在换流失败的可能
IGBT Modules– Technologies, Driver and Application
U out

基于IGBT的交流固态功率控制器设计

基于IGBT的交流固态功率控制器设计刘建英;刘鹏飞;马敏;杨占刚;李新健【摘要】Solid state power controller ( SSPC) is a solid state device which is used to replace the relay’s role of switching and the breaker’s role of protection.It’s a switch matching with solid state distribution system.SSPC has the advantages of no noise, reacting quickly no electronic contact,no electronic arc,high reliability and so on.Therefore,an AC power switch based on insula-ted gate bipolar transistor(IGBT) at reverse tandem structure was presented.By replacing the complex signal processing circuit, AC-DC converter AD736 was used to convert capacitance sensor output into digital signal directly,simplify the electronics,and minimiz the interference of distributed and parasitic capacitance.Experiment result shows that the system meets the requirement of accuracy,and acquires good performance on the over-current protection of inverse-time.%固态功率控制器（ SSPC）是集断路器线路保护功能和固态继电器可靠性于一体的智能开关装置，具有开关速度快、无触点、无电弧、可靠性高等特点。

ACDC开关电源IGBT应用原理与主电路图

AC-DC开关电源IGBT应用原理与主电路图AC-DC开关电源IGBT应用原理与主电路图作者:微叶科技时间:2015-07-14 16:48随着高速IGBT得推出,工作频率可达50kHz以上,IGBT有用于SMPS(Switch Mode Power Supplies,市电输入得开关电源)得趋势。

AC-DC开关电源得电路拓扑一般就是指储能元件(开关变压器或者储能电感)与功率开关元件(IGBT、VMOS 等)得配置方式。

1、单端正激电路单端正激式(Forward) SMPS拓扑得电路简图如图1所示。

其中,单端就是指主开关为单管电路,正激指得就是主开关变压器初次级绕组得相位关系。

图1 正激式拓扑电路系统简图粗虚线框中得电路就是功率开关电路,T就是主开关变压器;Q1就是功率寸姜,D21就是次级整流二极管;D22就是续流二被管;L21就是储能电感,兼有扼流滤波作用;N1就是主绕组(初级);N4就是复位绕组;N2就是次级绕组;带箭头得虚线表明了瞬时电流得方向与路径。

所谓正激,即主开关变压器初、次级线圈得绕向就是一样得,电气相位相同。

这样做得好处就是,Q1开通时,N2从初级绕组获得能量,向L21、C2l与负载RL提供能量;Q1关断时,L21内存储得能量向负载RL释放,D22为电感内能量得释放提供通路。

同时,D2作为复位绕组N4得负载,在Q1关断期间消耗变压器磁心中存储得能量,使磁心复位。

复位电路也可以像4、25那样实现,在初级绕组上并联DRC(二极管、电阻、电容,Dll 、R11、C11)。

由于负载在Q1开通与关断期间都有能量(电流供应),因此正激式拓扑得输出纹波相对较小。

功率开关管Q1承受得最大直流电压约为主电路电压得1倍,电源输入为220V市电规格得条件下,Q1得电压规格至少为800V。

如果采用了APFC 电路,则Q1得电压规格至少为1000V。

·EMI与PFC 电路在SMPS中很常见。

EMI电路主要就是为了减小开关电源对电网得污染,PFC(功率因数校正)电路主要就是为了提高开关电源得功率因数。

应用于IGBT驱动电路的DC-DC隔离转换电路计

图１单端正激 DC-DC 变换电路图２半波整流滤波电路
（１）为输出电压，为输入电压，为变压器副边绕组，为变压器原边绕组，为功率开关元件导通时间，T 为 PWM 波形的周期。通过公式（１）看出，通过改变 PWM 信号的占空比，控制功率开关元件的导通和关断时间，能实现调节输出电压的目的３、 PWM 跟踪控制技术 PWM 跟踪控制实质上就是反馈控制，它不是用信号波对载波进行控制，而是把设定的输出电压
本次方案设计的结构框图如下：
图３ PWM 反馈控制结构图整流滤波电路结构选择（如图２）在输出的整流滤波电路中，采用了较为简单的半波整流电路，滤波器选用 LC 串联滤波。由于单端正激电路只在开关元件导通时，通过变压器向副边传递能量，变压器原边流过的是脉动直流，没有负半周期，因此并不需要全波整流。 PWM 跟踪控制回路设计方案（如图３）１、反馈控制原理反馈就是把输出的一部分或者全部的量与设定值比较，得出误差信号，并把它作为有效输入信
（作者单位：河北大学）
作者简介：闫晨晨（1995 ～），男，本科，现就读于河北大学电子信息工程学院电气工程及其自动化专业。
变流电路结构选择（如图１）电路的主体结构为直流 - 交流 - 直流转换电路。当开关元件导通时，变压器原边绕组 Np 的电压为上正下负，副边绕组 Ns 也是上正下负，横向二极管导通，电感 L 电流逐渐增长；当开关元件处于关断状态时，变压器原副边电压极性改变，横向二级管关断，纵向二级管导通，电感 L 电流通过纵向二级管续流，电感 L 的电流下降。变压器的励磁电流通过副边绕组 NR 流回电源。
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应用于 IGBT 驱动电路的 DC-DC 隔离转换电路计

毕业设计基于IGBT的大功率开关电源设计

1 前言电源是各类电子设备的重要组成部分，没有一部高质量的电源，难以保证电子设备的正常工作，由于高频开关电源在重量、体积和效率等方面是线性电源无可比拟，因此在许多领域中得到广泛应用。

线性电源和开关电源各有自己的特点，线性电源的特点是稳定性好、可靠性高、输出电压精度高、输出纹波电压小。

它的不足之处是要求采用工频变压器和滤波器，它们的重量和体积都很大，并且调整管的功耗较大，使得电源的效率大大降低。

相对于线性电源来说，开关电源具有效率高，可靠性和稳定性较好，体积小，重量轻的优点，它对供电电网电压的波动不敏感，在电网电压波动较大的情况下，仍能维持较稳定的输出，因此，开关电源更能满足现代电子设备的要求。

近些年来，由于新型功率器件和开关集成稳压器的出现，以及电力电子变换技术的进步，使开关电源又有了长足发展。

绝缘栅双极型晶体管IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为MOSFET，输出极为PNP晶体管，因此，可以把其看作是MOS输入的达林顿管。

它融和了这两种器件的优点，既具有MOSFET器件驱动简单和快速的优点，又具有双极型器件容量大的优点，因而在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用。

本系统采用门极可关断功率全控式电力电子器件IGBT，改变其负载两端的直流平均电压的调制方法采用脉冲调宽的方式，即主开关通断的周期保持不变，而每次通电时间可变。

由于IGBT工作在高频与高电压、大电流的条件下，使得它容易损坏，另外，电源作为系统的前级，因为受电网波动、雷击等原因的影响使得它所承受的应力更大，故IGBT 的可靠性直接关系到电源的可靠性。

因而对IGBT的保护设计是电源设计时需要重点考虑的一个环节。

本次设计采用富士公司的EXB841驱动芯片，利用其单电源，模块化，过流检测，保护软关断等优点，通过单片机控制实现大功率开关电源电路的设计。

2.1 方案论述2.1.1方案一图2.1 开关电源电路框图交流电压经过EMI滤波及整流滤波后，得到直流电压加到半桥变换器上，用TLP250去驱动功率IGBT管。

基于FPGA的数字控制DC-DC变换器的研究与设计

华中科技大学硕士学位论文基于FPGA的数字控制DC-DC变换器的研究与设计姓名：张浩申请学位级别：硕士专业：软件工程指导教师：邹雪城20090525华中科技大学硕士学位论文摘要数字电源管理与传统的模拟电源相比具有灵活变换、精确控制、实时监控、稳定可靠的特点，在近几年得到高速发展，尤其在高端领域是模拟电源不能替代的应用。

随着越来越多的国际设计公司开始涉足数字电源，数字电源正成为电源领域的研究热点。

本文的主要内容是研究和设计一个基于FPGA采用电压反馈PWM控制模式的数字控制BUCK型DC-DC变换器，包括功率级设计，ADC参数分析，积分分离数字PID控制器的设计和DPWM发生器的设计。

功率级的分析和设计是根据设计指标确定功率级的滤波器参数，通过状态空间平均模型建立系统的小信号模型，推导小信号传递函数，并以功率级设计为基础确定ADC的分辨率和采样率；积分分离数字PID控制器是通过先设计连续域的PID控制器，通过零极点匹配方法转换成离散域积分分离PID控制器并用查表的方式在FPGA 上实现。

DPWM发生器的设计是根据系统精度要求，确定分辨率要求，采用基于延迟-计数混合的方式设计并通过FPGA验证。

所设计的BUCK型数字控制DC-DC变换器系统的验证是先通过Simulink建立系统模型验证控制器的环路补偿特性和系统的稳定，然后将FPGA与BUCK电路相结合，进行测试。

测试结果为电源系统的输出电压稳定，纹波系数为2.6%，在负载电流从1 A突变到1.5A的情况下输出电压的恢复时间约为100sμ，总体性能达到预期设计目标。

本文的分析方法和设计流程可以为ASIC芯片的设计提供指导。

关键词：数字电源积分分离数字PID控制器DPWM发生器华中科技大学硕士学位论文AbstractCompared to the traditional analog power management, the digital power has advantage of flexible form, accurate control real-time supervising and better stability. In the past few years, digital power sustained rapid development and played an irreplaceable role in senior power management application. As more and more international power design companies show great interest in digital power management, it is occupying the focus of power design.The main content of this paper is the study and design of BUCK DC-DC converter using the voltage feedback control based on a FPGA development board. It includes the designing of power stage, the analysis requirement details of the ADC, the designing of the integral separation digital PID compensator and the designing of the DPWM generator.According the analysis of power stage purpose, design an adaptive L and C. Using the State space averaging method, derive the small signal model of power stage and transfer function. On the basis of that, select the adaptive sample rate and resolution ratio of the discrete device of ADC. The first step of the designing of integral separation digital PID Compensator is designing a continue form compensator transfer function, and the second step is transform it to the discrete form by Zero-Pole Matching method. Then the implement uses the look-up table in a FPGA. The implement of DPWM generator is using the hybrid delay-counter frame in the FPGA too.The test of the designing has two steps. The first is testing and correcting in a system Simulink model. In this part, the compensation effect can be displayed in the Simulink tool of Matlab. The second is testing circuit by an oscillograph. The output voltage is stable and the ripple ratio is 2.6%. When the load current steps from 1A to 1.5A, the recovery time of output voltage is about 100sμ. The design of the DC-DC converter is successful. In addition the analysis and designing method can be a reference of ASIC chip design.Keywords: digital power integral separation digital PID compensator digital PWM generator独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

采用IGBT设计UPS的技术方案

采用IGBT设计UPS的技术方案1.引言在UPS中用法的功率器件有双极型功率晶体管、功率MOSFET、可控硅和IGBT，IGBT既有功率MOSFET易于驱动，控制容易、开关频率高的优点，又有功率晶体管的导通电压低，通态电流大的优点、用法IGBT成为UPS功率设计的首选，惟独对IGBT的特性充分了解和对电路举行牢靠性设计，才干发挥IGBT的优点。

本文介绍UPS中的IGBT的应用状况和用法中的注重事项。

2.IGBT在UPS中的应用状况绝缘栅双极型晶体管（IGBT）是一种MOSFET与双极晶体管复合的器件。

它既有功率MOSFET易于驱动，控制容易、开关频率高的优点，又有功率晶体管的导通电压低，通态电流大，损耗小的显著优点。

据东芝公司资料，1200V/100A的IGBT的导通电阻是同一耐压规格的功率MOSFET 的1/10，而开关时光是同规格GTR的1/10。

因为这些优点，IGBT广泛应用于不间断电源系统（UPS）的设计中。

这种用法IGBT的在线式UPS 具有效率高，抗冲击能力强、牢靠性高的显著优点。

UPS主要有后备式、在线互动式和在线式三种结构。

在线式UPS以其牢靠性高，输出电压稳定，无中断时光等显著优点，广泛用于通信系统、税务、金融、证券、电力、铁路、民航、政府机关的机房中。

本文以在线式为介绍对象，介绍UPS中的IGBT的应用。

在线式UPS电源具有自立的旁路开关、AC/DC整流器、充电器、DC/AC 逆变器等系统，工作原理是：市电正常时AC/DC整流器将沟通电整流成直流电，同时对蓄电池举行充电，再经DC/AC逆变器将直流电逆变为标准正弦波沟通电，市电异样时，电池对逆变器供电，在UPS发生故障时将输出转为旁路供电。

在线式UPS输出的电压和频率最为稳定，能为用户提供真正高质量的正弦波电源。

①旁路开关（ACBYPASSSWITCH）旁路开关常用法继电器和可控硅。

继电器在中小功率的UPS中广泛应第1页共4页。

一种高功率大电流隔离dc-dc电路的制作方法

一种高功率大电流隔离dc-dc电路的制作方法
制作高功率大电流隔离DC-DC电路的方法主要包括以下步骤：
1. 确定电路需求：根据所需的功率和电流大小，选择合适的组件和材料。

大功率大电流隔离DC-DC电路通常包括DC-DC变换器、变压器、散热器等。

2. 设计电路原理图：根据电路需求，设计DC-DC变换器的原理图。

原理图应包括输入和输出电源连接、输入和输出滤波器、开关管和主控电路等。

3. 选择电路元件：根据原理图设计，选择合适的电路元件。

例如，选择适当的功率MOS管作为开关管，选择合适的变压器等。

4. PCB设计和制造：根据原理图设计，制作电路板。

PCB设计应考虑电路元件的布局、信号线和电源线的布线、散热器的安装等因素。

5. 元件焊接：将电路元件按照原理图和PCB设计进行焊接。

注意焊接的准确性和可靠性。

6. 进行电路测试：对制作的电路进行严格的测试，包括输入电压和输出电压的测试、输出电流和功率的测试、温度和散热器的测试等。

7. 调试和优化：根据测试结果，对电路进行调试和优化，以确保电路的稳定性
和性能。

8. 安装和封装：将电路安装在合适的外壳中，加入合适的散热器、连接器等，并进行封装。

注意事项：
1. 在设计和制作过程中要注意电路元件的额定功率和电流，确保电路的可靠性和安全性。

2. 在测试和调试过程中要注意避免短路和过热等问题，并采取相应的保护措施。

3. 如果不具备相关电路设计和制作的经验，建议请专业人员进行设计和制造，以确保电路的性能和安全。

用于IGBT驱动的BUCK型SIMO DC-DC转换器设计

用于IGBT驱动的BUCK型SIMO DC-DC转换器设计电源是电子设备的重要组成部分,电源的可靠性对于电子设备的稳定工作至关重要。

电子技术的快速发展使得电子产品对电源管理的需求逐渐增大。

在众多电源中,DC-DC转换器具有集成度高、体积小、转换效率高等优点,而且可以实现不同类型的输出电压,因而成为研究热点。

根据课题团队项目IGBT
驱动芯片对电源电压的应用要求,本文设计了一款BUCK型单电感多输出(Single Inductor Multiple Outputs,SIMO)DC-DC转换器,输入电压为24V,输出电压分别为5V、9V和15V,负载电流变化范围为100mA-600mA。

该转换器系统采用新型有序功率分配(Ordered Power Distributive Control,OPDC)时序控制方式,同时考虑到负载条件和交叉干扰问题,选择了伪连续导通模式(Pseudo Continuous Conduction Mode,PCCM),固定工作频率为1MHz,为IGBT驱动芯片提供三种输出电压。

论文完成了转换器整体系统的设计,包括功率级参数选取及反馈控制环路的设计,并考虑到实际应用中的要求,对各个模块电路的性能进行了不同温度和不同工艺角的仿真和验证。

在此基础上对整体电路进行了系统仿真,包括启动特性、稳态特性、动态特性和转换效率等。

基于CSMC 0.25μm BCD工艺库对各模块电路、版图进行设计和仿真,仿真结果显示,各模块电路以及整体系统在具体应用要求下均可以稳定工作,在负载范围内,系统的转换效率高于80%,最大电压纹波小于35mV,负载跳变时响应时间小于20μs,满足设计指标要求。

同时与同类型转换器进行对比,结果表明本文设计的转换器综合性能良好。