降压斩波电路仿真

电子技术课程设计说明书

IGBT降压斩波电路设计

学生姓名：谢树勋学号：08

学院：信息与通信工程学院

专业：电气工程及其自动化

指导教师：石喜玲、张颖

2011年 12月

中北大学

电子技术课程设计任务书

2011/2012 学年第一学期

学院：

专业：

学生姓名：学号：

课程设计题目：IGBT降压斩波电路设计

起迄日期: 12月19日~ 12月30 日

课程设计地点:电气工程系软件实验室

指导教师:石喜玲、张颖

系主任：王忠庆

下达任务书日期: 2011 年 12 月 19日

课程设计任务书

课程设计任务书

目录

1 引言 (1)

2降压斩波电路的设计目的 (1)

2.1降压斩波电路的设计内容及要求 (1)

2.2降压斩波电路主电路基本原理 (2)

3 IGBT简介 (2)

4元件参数选择 (3)

5 M AT LA B仿真 (4)

5.1主电路的仿真 (4)

6结论分析 (5)

7心得体会 (6)

8 参考文献 (6)

1 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。

2.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电路及系统的主电路、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及系统实验和调试的能力

2. 1降压斩波电路的设计内容及要求

(1). 设计内容: 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。包括：IGBT电流,电压额定的选择，画出完整的主电路原理图和控制电路原理图、列出主电路所用元器件的明细表。

(b).仿真实验:

利用MATLAB仿真软件对Buck Chopper 电路主电路和控制电路进行仿真建模设计

2.2.降压斩波电路主电路基本原理

降压斩波电路主电路工作原理图如下：

图1 降压斩波电路主电路工作原理图

t=0时刻驱动V 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。

t=t1时控制V 关断，二极管VD 续流，负载电压0

U 近似为零，负载电流0i

呈

指数曲线下降。

通常串接较大电感L 使负载电流连续且脉动小。

当电路工作稳定时，负载电流在一个周期的初值和终值相等如图2所负

载电压的平均值为：0on on on off t t

U E E E

t t T

α=

==+式中，on

t 为V 处于通态的时

间，

off

t 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。负载电流的平均值为：

0U I R =

若负载中L 值较小，则在V 关断

后，到了2t

时刻，，负载电流已衰减至零，会出现负载电流断续的情况。负

载电压

U 平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。

3.IGBT 驱动电路简介

IGBT 是三端器件，具有栅极G ，集电极 C 和发射极 E 。它是个场控器件，通断由栅射极电压 Uge 决定。Uge 大于开启电压Uge(th)时，MOSFET 内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT 导通。通态时电导调制效应使电阻 R 减小，使通态压降减小。当栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET 内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT 关断。一般IGBT 的开启电

压Uge （th ）在 25度时为2~6V 左右，而实际一般驱动电压取15~20V ，且关断时施加一定幅值的负驱动电压，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有利于减小寄生振荡，该电阻值应随被驱动器件电流定额值的增大而减小。

4 .元件参数选择

有题目知P=400W ，U=100V ，a=0.8，所以负载电阻R=16Ω，有频率f=5KHZ ，所以T=1/f=0.0002S ，由于反电动势E=0所以m=E m /E=0

①IG BT 的选择：因为本电路设计的E=100V , 因此根据P=400W ，U=100V ，由于晶闸管安全域量可知所选I G BT 的额定电压与额定电流分别为200-300V 、7.5A -10A 。

②栅极串联电阻Rg 的阻值：根据I GB T 的选择，由可知知R 的值为16Ω。

③其他元器件的选择标准如下：二极管额定电压100V ，电感L=100mL ，电流有

式中，

R E m e e R E R E e e I m T t ⎪⎪⎭⎫

⎝⎛---=-⎪⎪⎭⎫ ⎝

⎛--=1111//101ραρττR E m e e R E R E e e I m T t ⎪⎪⎭⎫

⎝⎛---=-⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛--=----ραρττ

1111//20

1R L /=ττ

ρ/T =E

E m m /=αρ

ττ=⎪⎭

⎫ ⎝⎛⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛=T T t t 11/