直流升压斩波电路课程设计

目录1 绪论......................................................... - 1 -1.1 课题背景与意义......................................... - 1 -1.2 设计的主要内容......................................... - 1 -2 直流升压斩波主电路设计....................................... - 2 -2.1 总体设计方案........................................... - 2 -2.2 电路参数计算........................................... - 2 -3 驱动电路设计................................................. -4 -4 保护电路设计................................................. -5 -4.1 过电流保护电路.......................................... - 5 -4.2 过电压保护电路.......................................... - 5 -5 电路仿真..................................................... -6 -5.1 仿真模型的选择......................................... - 6 -5.2 仿真结果及分析......................................... - 6 - 结束语.......................................................... - 8 - 参考文献........................................................ - 9 - 附录：元件清单................................................. - 10 -1 绪论1.1 课题背景与意义直流升压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 ,在直流传动系统、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用。

随之出现了诸如降压电路、升降压电路、复合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。

早期的直流装换电路，电路复杂、功率损耗、体积大，使用不方便。

晶闸管的出现为这种电路的设计又提供了一种选择。

晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。

它电路简单体积小，便于集成；功率损耗少，符合当今社会生产的要求；所以在直流转换电路中使用晶闸管是一种很好的选择。

1.2 设计的主要内容本设计主要内容为直流升压斩波电路，首先分析了直流升压斩波电路要求制定工作计划，确定了利用了全控型晶闸管IGBT设计为主电路，M57962L为驱动电路，采用快速熔断器为保护电路，对猪电路和保护电路进行了设计和计算。

选择和校验了晶闸管、IGBT的参数与型号。

最后使用MATLAB仿真模型并进行仿真，其仿真结果设计要求，满足设计参数。

设计第一章为绪论，介绍了本设计的背景意义及直流升压斩波电路的发展现状。

第二章为直流升压斩波电路的电路设计，其中包含总体方案，主电路设计及元器件参数型号的选择。

第三为辅助电路的设计，包括控制电路与保护电路。

第四章为MATLAB系统仿真，内容有仿真波形与数据分析。

2 直流升压斩波主电路设计2.1 总体设计方案直流升压变流器用于需要提升直流电压的场合，其原理图如图1所示。

在电路中V 导通时，电流由E 经升压电感L 和V 形成回路，电感L 储能；当V 关断时，电感产生的反电动势和直流电源电压方向相同互相叠加，从而在负载侧得到 图1 直流升压斩波电路原理图 高于电源的电压，二极管的作用是阻断V 导通是，电容的放电回路。

调节开关器件V 的通断周期，可以调整负载侧输出电流和电压的大小。

2.2 电路参数计算假设L 值、C 值很大，V 通时，E 向L 充电，充电电流恒为1I ，同时C 的电压向负载供电，因C 值很大，输出电压0u 为恒值,记为0U 。

设V 通的时间为on t ，此阶段L 上积蓄的能量为E 1I on t 。

V 断时，E 和L 共同向C 充电并向负载R 供电。

设V 断的时间为off t ，则此期间电感L 释放能量为：off t 10E)I -(U （1）稳态时，一个周期T 中L 积蓄能量与释放能量相等off on t I E U t 101)(EI -= （2）化简得： E t T E t t offoff offon =+=t U 0 （3） 上式中1t T off ≥，输出电压高于电源电压，故称升压斩波电路。

T 比t ——升压比，调节其即可改变0U 。

将升压比的倒数记作β。

和导通占空比，有如下关系：1=+βα （4）因此，式（2）可表示为：E -11E 1U 0αβ== （5）升压斩波电路之所以能使输出电压高于电源电压，关键有两个原因:一是L 储能之后具有使电压泵升的作用，二是电容C 可将输出电压保持住。

在以上分析中，认为V 处于通态期间因电容C 的作用使得输出电压Uo 不变，但实际上C 值不可能为无穷大，在此阶段其向负载放电，U 。

必然会有所下降，故实际输出电压会略低于理论所得结果，不过，在电容C 值足够大时，误差很小，基本可以忽略。

由直流斩波电路的原理可知E t T E t t offoff offon =+=t U 0 （6） 又输入电压为输入直流电压范围：24V ~60V ，要求输出直流电压：340V 。

所以只要根据输入的电压控制全控晶闸管IGBT 关断的时间和开通的时间比就可，即升压比就可得到所需电压。

由计算得：173856≤≤β （7） 又因为要求输出功率P=100W, 0U =340VP RU 20= （8） 得： R=Ω1156 （9）3 驱动电路设计升压电路所用全控型晶闸管IGBT是电压型驱动器件。

IGBT的栅射极之间有数千皮法左右的极间电容，为快速建立驱动电压，要求驱动电路具有较小的输出电阻使IGBT开通的栅射极间的驱动电压一般取15—20V。

同样，关断时施加一定幅值的负驱动电压（-5—-15V）有利于减小关断时间和关断损耗。

在栅极串入一只低值电阻可以减小寄生振荡。

IGBT的驱动多采用专用的混合驱动集成驱动器，本次采用M57962L驱动器。

如图2驱动电路图所示。

又由产品信息知M57962L驱动器内部具有退饱和和检测和保护环节，当发生过电流时能快速响应但慢速关断IGBT，并向外部电路发出故障信号。

u图2 直流升压斩波驱动电路4 保护电路设计4.1 过电流保护电路电力电子电路运行不正常或者发生故障时，可能会发生过电流。

过电流分为过载和短路两种情况。

通常采用的保护措施有：快速熔断器、直流快速断路器和过电流继电器。

一般电力电子装置均同时采用集中过流保护措施，以提高保护的可靠性和合理性。

综合本次设计电路的特点，采用快速熔断器，即给晶闸管串联一个保险丝实施电流保护。

如图3电流保护电路所示。

图3 直流升压斩波电路过流保护电路对于所选的保险丝，遵从t2I值小于晶闸管的允许t2I值。

4.2 过电压保护电路电力电子装置中可能发生的过电压分为外因过电压和内因过电压两类。

外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外部原因。

本设计主要用于室内，为了使用方便不考虑来自雷击的威胁。

操作过电压是由分闸、合闸的开关操作引起的过电压，电网侧的操作过电压会由供电变压器磁感应耦合，或由变压器绕组之间存在的分布电容静感应耦合过来。

根据以上产生过电压的的各种原因，设计相应的保护电路。

如图2-4过压保护电路所示。

其中：图中是利用一个电阻加电容进行电压抑制，当电压过高时，保护电路中的电容会阻碍其电压的上升，从而使得电力电子器件IGBT管因电压的的过高厄尔损坏。

图4中的电阻可以是1KΩ左右的电阻，而电容的值可以为100µF左右，这样形成一个保护电路。

图4 直流斩波电路过电压保护电路5 电路仿真调试5.1 仿真模型的选择在本次的设计中，采用了Psim软件作为仿真工具来进行电路的模拟。

首先画出电路的结构图如下所示：图6 直流升压斩波电路仿真电路模拟图由上图中我们可以看到，在电路中，在IGBT的两端加了脉冲触发电压，控制开关的关断，以便得到升压的电压。

5.2 仿真结果及分析在仿真过程中，我将取输入的直流电压为Ud=24~60V之间的任意值，将电感值取的尽可能的大，即L=500H，电阻值R=1000K，控制脉冲电压UGE的占空比大小，即从示波器上观察输出电压Uo大小，示波器上红线表示输出直流电压，蓝线表示输入电压，而橙色表示输出电流大小。

（1）当占空比为α=0.93，Ud =24V是，得到输出直流电压Uo=343.5V。

图7 直流电压输出波形1（2）当占空比为α=0.90，Ud =35V是，得到输出直流电压Uo=340.5V。

图8 直流电压输出波形2（3）当占空比为α=0.87，Ud =45V是，得到输出直流电压Uo=344.2V。

图9 直流电压输出波形3从上面的直流输出电压图中我们可以看出来，本次设计是成功的，理论与实际是相符的，我们得到了340V的输出电压。

结束语经过一个多星期的努力，本次课程设计总算顺利结束。

可能还有很多不足的地方，这还请老师指出教导。

本次课程设计的内容囊括了本学期所学《电力电子技术》的大部分内容，还用到了以前所学的电路、模电的知识。

在设计的过程中我遇到了诸多问题，这主要是所学知识的不牢固和欠缺造成的。

通过再次认真翻看课本，查阅资料，向老师和同学请教终于把一个又一个的问题解决掉。

通过这次课程设计我不仅进一步巩固了这门课程的知识还通过亲自操作，熟悉了Visio等相关软件的使用方法，这为以后的学习工作提供了便利。

通过这次设计，还发现课本上的理论知识和实践还是有一定的差别，理论知识要应用到实践中要经过仔细地思考和多次尝试，只有这要才能达到理论联系实践的效果。

如果不是通过课程设计，我们的知识面可能一直停留在理论的层面。