IGBT升降压斩波电路设计
升降压斩波电路原理
升降压斩波电路原理
升降压斩波电路是一种常见的电子电路,它可以实现对电压的
升降转换,并且具有斩波功能。在实际应用中,升降压斩波电路被
广泛应用于电源变换器、逆变器、稳压器等电子设备中。本文将从
原理入手,对升降压斩波电路进行详细介绍。
首先,我们来看一下升降压斩波电路的基本原理。升降压斩波
电路通过控制开关管的导通和截止,实现对输入电压的升降转换。
当开关管导通时,电压可以升高;当开关管截止时,电压可以降低。同时,斩波电路可以通过对开关管的控制,实现对输出波形的调节,从而实现对电压的稳定输出。
其次,我们来看一下升降压斩波电路的工作原理。在升压模式下,当开关管导通时,电感储能,电压升高;当开关管截止时,电
感释放能量,电压继续上升。在降压模式下,当开关管导通时,电
容储能,电压下降;当开关管截止时,电容释放能量,电压继续下降。通过不断地切换开关管的导通和截止状态,可以实现对电压的
升降转换。
接下来,我们来看一下升降压斩波电路的关键部件。升降压斩
波电路通常由开关管、电感、电容、二极管等组成。开关管用于控制电路的导通和截止,电感和电容用于能量的储存和释放,二极管用于实现电流的单向导通。这些部件协同工作,实现了升降压斩波电路的功能。
最后,我们来看一下升降压斩波电路的应用。升降压斩波电路广泛应用于各种电子设备中,如电源变换器、逆变器、稳压器等。在这些应用中,升降压斩波电路可以实现对电压的升降转换,并且具有较好的稳定性和效率。因此,升降压斩波电路在电子领域中具有重要的应用价值。
综上所述,升降压斩波电路是一种常见的电子电路,它通过控制开关管的导通和截止,实现对电压的升降转换,并且具有斩波功能。在实际应用中,升降压斩波电路被广泛应用于电子设备中,具有重要的应用价值。希望本文对您有所帮助,谢谢阅读!
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 2
1.2 设计要求 2 2方案选择 (2)
2.1方案一 2
2.2方案二 2
3 电路设计 (2)
3.1 主电路设计 2
3.2 驱动电路设计 2
3.3保护电路 2
4 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)
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。
IGBT升压斩波电路的设计-2
1 设计要求与方案
设计要求
=50V,输出功率P=300W ,利用IGBT设计一个升压斩波电路。输入直流电压U
d
开关频率为5KHz,占空比10%到50%,输出电压脉率小于10%。
设计方案
根据升压斩波电路设计任务要求设计主电路、驱动电路。其结构框图如图1所示。
图1
在图1结构框图中,控制电路用来产生IGBT升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IGBT控制端与公共端之间,可以使其开通或关断的信号。通过控制IGBT的开通和关断来控制IGBT升压斩波电路工作。控制电路中保护电路是用来保护电路,防止电路产生过电流、过电压现象而损坏电路设备。
、
\
2 升压斩波电路设计方案
升压斩波主电路电路工作原理原理图
本设计为直流升压斩波(boost chopper)电路,该电路是本系统的核心。应为输出电压比较大,故斩波器件选用能够承受大电压和导通内阻小,开关频率高,开关时间小的大功率IGBT管。在IGBT关断时给负载中电感电流提供通道,设置了续流二极管VD。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。
原理图如下图1所示:
|
$
图1 主电路仿真图
左边E为输入直流50V电压,右边为U
斩波电压输出。I G为SG3525输出的
PWM斩波信号。V为IGBT,VD为电力二极管,L为电感,C为电容,R为负载。
o n o f f 0o f f o f f t t T U E E
t t
+==T off
t =βE -11E 1U 0
α
β==off t T "
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 2
1.2 设计要求 2 2方案选择 (3)
2.1方案一 3
2.2方案二 3
3 电路设计 (5)
3.1 主电路设计 5
3.2 驱动电路设计 6
3.3保护电路 8
4 仿真控制 (9)
5心得体会 (11)
参考文献 (12)
附录1 程序清单 (13)
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 (13)
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 (15)
参考文献 (16)
致谢 (17)
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。
IGBT升压斩波电路设计
IGBT升压斩波电路设计
引言
在工业、能源和交通等领域中,高稳定性的直流电源得到广泛应用。而升压斩波电路是一种常见的直流电源升压技术,在短时间内将直流电压升高到所需电压水平,同时保证电路稳定性和高效性。因此,设计一种合理可行的IGBT升压斩波电路对于实际应用有非常重要的意义。
1.升压斩波电路原理
升压斩波电路是通过改变输入电流的波形来实现电压的升高,使电压高于输入电压。其实现原理是利用三极管的导通与截止控制,将电压进行放大、升压和限流的过程。具体原理如下:
1.在升压周期内,当输入电压低于输出电压,将三极管S1导通,使电
感L储存能量。
2.当电压达到一定值时,开关S1关闭,而三极管S2导通,以使储存
在电感L中的能量释放,从而产生高电压。
3.在降压周期内,当输入电压高于输出电压时,电感L将存储电流,
而电容C通过三极管S2连接会被放电,以使电路中的电流保持稳定。
4.当电压下降到一定程度后,开关S2关闭,而三极管S1导通,使剩
余能量继续储存于电感L中,以进行下一次升压。
2.IGBT升压斩波电路设计
在设计IGBT升压斩波电路之前,需要考虑一些参数和特性,如输出电压、电流、升压斜率、升压率、升压时间、谐振频率、效率和稳定性等因素。在设计过程中,需要根据实际需求进行合理参数选择和参数调整,针对性优化设计,以达到最佳的工作效果。
2.1 设计参数选择
在设计IGBT升压斩波电路时,首先需要考虑输出电压和电流的大小,以确定升压斩波电路的类型和参数。在选择输出电压和电流时,需要考虑实际应用环境中所需的电压范围和电流稳定性,选择合适的交流输入电压和电容参数。此外,根据所选择的参数,还需要适当调整升压斜率、升压率和升压时间等因素,以提高效率和稳定性。
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、.
IGBT降压斩波电路设计(纯电阻负载)
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=150V
2、输出功率:250W
3、开关频率4KHz
4、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 0
1.1IGBT降压斩波电路组成 0
1.2主电路工作原理及结构说明 0
2各模块电路设计 (2)
2.1主电路带纯电阻负载 (2)
2.2控制电路 (3)
2.3驱动电路 (5)
2.4保护电路 (6)
2.5各器件参数确定 (7)
3系统仿真及结果分析 (9)
3.1建立仿真电路模型 (9)
3.2设置仿真参数 (10)
3.3仿真结果分析 (13)
3.4结论 (16)
心得体会 (16)
参考文献 (17)
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。
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2
1.2 设计要求2 2方案选择 (3)
2.1方案一3
2.2方案二3
3 电路设计 (5)
3.1 主电路设计5
3.2 驱动电路设计6
3.3保护电路8
4 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)
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
IGBT升压斩波电路设计
目录
1引言............................................................................4 2 方案设计. (5)
2.1升压斩波电路原理 (5)
2.2 工作原理…………………………………………………………………..6
2.3 参数计算……………………………………………………………………7
3 分单元电路设计 (9)
3.1 控制电路设计 (9)
3.1.1 控制电路方案的选择……………………………………………………………..9 3.1.2 SG3525的工作原理……………………………………………………………..10 3.2 驱动电路设计…………………………………………………………….10 3.3 保护电路设计…………………………………………………………….114总电路图………………………………………………………….13
5 课程设计总结…………………………………………………….14
6 参考文献 (15)
1 引言
电力电子技术(Power Electronics)也称为电力电子学。利用电力电子开关器件组成电力开关电路,利用晶体管集成电路和微处理器构成信号处理和控制系统,对电力开关电路进行实时、适式的控制,可以经济有效地实现开关模式的电力变换和电力控制,包括电压(电流)的大小、频率、相位和波形的变换和控制。是综合了电子技术、控制技术和电力技术的新兴交叉学科。现已成为现代电气工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课,在培养该专业人才中占有重要地位。
IGBT直流降压斩波电路设计
目录
1设计原理分析 (1)
1.1总体结构分析 (1)
1.2主电路的设计 (1)
1.3触发电路的选型 (2)
1.4驱动电路选型 (3)
1.5整流滤波电路 (5)
2. 设计总电路图及参数 (6)
2.1设计总电路图 (6)
2.2 元件参数计算 (8)
3. 元器件清单 (10)
小结 (11)
参考文献 (11)
IGBT 直流降压斩波电路的设计
1设计原理分析
1.1总体结构分析
直流斩波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。它在电源的设计上有很重要的应用。一般来说,斩波电路的实现都要依靠全控型器件。在这里,我所设计的是基于IGBT 的降压斩波短路。
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。电路的结构框图如下图(图1)所示。
图1 电路结构框图
1.2主电路的设计
主电路是整个斩波电路的核心,降压过程就由此模块完成。其原理图如图2所示。
图2 主电路原理图
如图,IGBT 在控制信号的作用下开通与关断。开通时,二极管截止,电流io 流过大
i E
V +
-
M
R
L
VD a)i o
E M
u o
i G
电源 触发电路 驱动电路 主电路
整流滤波电路
电感L ,电源给电感充电,同时为负载供电。而IGBT 截止时,电感L 开始放电为负载供电,二极管VD 导通,形成回路。IGBT 以这种方式不断重复开通和关断,而电感L 足够大,使得负载电流连续,而电压断续。从总体上看,输出电压的平均值减小了。输出电压与输入电压之比α由控制信号的占空比来决定。这也就是降压斩波电路的工作原理。
降压斩波的典型波形如下图所示。
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
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。
电力电子技术IGBT升压斩波电路设计(纯电阻负载)
电力电子技术IGBT升压斩波电路设计(纯电阻负载)
一、背景介绍
IGBT斩波电路属于半导体功率电路,它可以有效地改善电源质量和降低工作噪声,是实现电源线路质量优化的重要途径之一。 IGBT升压斩波,常被用于电力电子领域,包括
变频器、逆变器、直流能量调整等,已得到广泛的应用。在电力电子技术中,IGBT斩波电路是一种简单有效的线性电子电源,它可以提供稳定、可靠的输出电压,并能够有效地抑
制电压衰减;它还具有良好的谐波抑制效果,以改善主输出电压的质量。
二、IGBT升压斩波电路设计原理
IGBT升压斩波电路是将IGBT信号驱动电路连接在高压蓄电池上,形成一个斩波电源,结合升压电路。该斩波电源可以以恒定的斩波深度将电压变换为所需的输出电压。IGBT升压斩波电路的设计原理如下:
(1)驱动电路:设计一个好的驱动电路是IGBT升压斩波电路设计的重要环节,它可
以使IGBT管更有效地工作,其构成要素有IGBT管,中间击穿双极管、分流电阻、抗衡
电容以及控制电路。
(2)斩波电路:斩波电路是IGBT升压斩波电路的核心部分,它可以有效地减少工作
噪声,它的主要构成要素有IGBT管、串联双极管、击穿双极管以及斩波抗衡电容。 IGBT
管工作在斩波模式,可以形成击穿的斩波脉冲,这可以有效地保持电源的高效率,改善输
出质量。
(3)升压电路:IGBT升压斩波电路中主要部件是功率IGBT和升压转换器,升压电路有效地将输入低压升压到所需的输出电压,它的结构一般为开关型异步变压器,由一组变
压线圈和一组导通导线组成,通过反馈可以实现升压自动调节。
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课题名称IGBT升降压斩波电路设计
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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 (1)
1 设计任务要求 (2)
1.1 设计任务 2
1.2 设计要求 2 2方案选择 (3)
2.1方案一 3
2.2方案二 4
3 电路设计 (6)
3.1 主电路设计 6
3.2 驱动电路设计 8
3.3保护电路 11
4 仿真控制 (11)
5心得体会 (14)
参考文献 (15)
附录1 程序清单 (16)
附录2 元件清单 (17)
答辩记录 (18)
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。
2方案选择
2.1方案一
该DC/DC变换器为前后级串联结构,前级是由1T、3T、1D、2D、L、C、1R、2R构成降压变换电路,后级是由2T、2D、L、C构成升压变换电路,其中2D、L、C均出现在前、后级变电路中。采用PWM 方式控制两个主开关管3T、2T存在一定的困难,因为它们的控制端不共地。为了实现两路控制信号共地,也只能选用功率晶体管。为此增加辅助开关管1T,且3T由NPN型改为PNP型,显然1T、2T是共地的,1T、3T是同步开关的,这就实现了两路控制信号的共地。这样,原本通过控制3T、2T来控制电路的工作状态,现在是通
过1T 、2T 来控制,1T 称为降压斩波辅助开关,2T 称为升压斩波主开关、3T 称为降压斩波电路。其电路图如图2.1所示:
Ui
D2
L
Uo
图2-1原理图
2.2方案二
该变换器的结构是运用了全控型器件IGBT ,其工作原理是:当V 导通时,电源E 经V 向L
供电使其贮能,此时电流为i1 ,同时C 维持输出电压恒定并向负载R 供电。V 关断时,L 的能量向负载释放, 电流为i2 ,负载电压极性为上负下正,与电源电压极性相反,该电路也称作反极性 斩波电路。电路图如图2.2。(加书上原理图)
R
图2-2原理图
方案比较:
方案一虽然实现了升降压,但是利用开关控制升降压的变换,而在方案二中直接采用全控型器件IGBT ,利用IGBT 的通断控制升降压的变换,电路比较简单,而且容易操作。因此,在设计中我们选择了方案二来实现升降压斩波控制。
3 电路设计
3.1 主电路设计
我们最终采用的主电路图是第二种方案。
PWM
V
VD
R
C L
图3-1 主电路
设电路中电感L 很大,电容C 也很大,使得电感电流和电容电压即负载电压基本为
恒值。
该电路的基本工作原理是:当可控开关V 处于通态时,电源E 经V 向电感L 供电使其储存
能量,此时电流为,同时C维持输出电压恒定并向负载R供电。同时,电容C维持输出电压基本恒定并向负载R供电。之后使得V关断,L的能量向负载释放,电流为i2,负载电压极性为上负下正,与电源电压极性相反,该电路也称作反极性斩波电路。
稳态时,一个周期T电感L两端电压对时间的积分为零,即
(3-1)
当V处于通态期间,=;而当V处于断态期间,u L=-u o。于是:
(3-2)
所以输出电压为:
(3-3)
当输出端电压恒定且电流连续时,
电感电流连续的临界条件:(3-4)连续模式时的电容值:
(3-5)
其中纹波电压为,周期为。
负载电阻
(3-6)
其中为输出功率
根据设计要求,开关频率5KHZ,则开关周期时间为0.2ms。另设电压脉率为10%,作为仿真时电感电阻取值时的依据。
3.2 驱动电路设计
由于IGBT是全控型器件,这给了我们利用“软件+驱动电路”的方法去实现对IGBT 的开通和关断。通过对PWM信号的调制,实现对IGBT通断的控制。
控制框图如下:
51单片机驱动
IGBT驱动模块
M57962
IGBT 图3-2 驱动电路控制框图
在这里,我利用单片机写程序输出PWM信号。这里的程序可以通过独立按键很好的调整占空比的大小。PWM控制程序如附录1所示。软件流程图如下