直流升压斩波电路课程设计

《电力电子技术》课程设计说明书直流升压斩波电路设计

学院：电气与信息工程学院

学生姓名：**

指导教师：董恒职称/学位硕士

专业：电气工程及其自动化

班级：电气本1201

学号：**********

完成时间：2015年6月

绪论............................................................ - 1 - 1 直流升压斩波电路的设计思想.................................... - 3 - 1.1直流升压斩波电路原理...................................... - 3 -

1.2参数计算.................................................. - 4 -

2 直流升压斩波电路驱动电路设计.................................. - 5 - 3直流升压斩波电路保护电路设计.................................. - 6 - 3.1过电流保护电路............................................ - 6 -

3.2过电压保护电路............................................ - 6 -

4 直流升压斩波电路总电路的设计.................................. - 8 -

5 直流升压斩波电路仿真.......................................... - 9 - 5.1仿真模型的选择............................................ - 9 - 5.2仿真结果及分析............................................ - 9 - 致谢................................................ 错误!未定义书签。参考文献....................................................... - 12 - 附录：元件清单................................................. - 13 -

直流升压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。

本设计基于《电力电子技术》课程，充分使用全控型晶闸管IGBT设计电路，实现直流升压。

IGBT绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT 综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

M57962L是由日本三菱电气公司为驱动IGBT而设计的厚膜集成电路(Hybrid Integrated Circuit For Driving IGBT Modules) 。在驱动模块内部装有2500V高隔离电压的光电耦合器，过流保护电路和过流保护输出端子，具有封闭性短路保护功能。M57962L是一种高速驱动电路，驱动信号延时tPLH 和tPHL最大为1.50μs。可以驱动600V/400V 级的IGBT模块。M57962L工作程序:当电源接通后，首先自检，检测IGBT是否过载或短路。若过载或短路， IGBT 的集电极电位升高，经外接二极管流入检测电路的电流增加，栅极关断电路动作，切断IGBT的栅极驱动信号，同时在“8”脚输出低电平“过载/短路”指示信号。lGBT正常时，输入信号经光

电耦合接口电路，再经驱动级功率放大后驱动IGBT。

M57962L采用双电源+ Vcc和VEE ，原理结构图如图1所示。电路组成： (1) 放大隔离电路； (2) 定时复位电路；(3) 过流检测电路； (4) 过流输出电路。

图1 M57962L原理机结构图

1 直流升压斩波电路的设计思想

1.1直流升压斩波电路原理

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2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2 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。

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 off

off off

on =+=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。

off t T

——升压比，调节其即可改变0U 。将升压比的倒数记作β，即T off t =β。和导通占空比，有如下关系： 1=+βα （4）

因此，式（1-2）可表示为：

E -11E 1U 0αβ==

（5）