降压斩波电路的设计

电力电子技术课程设计报告课题：降压斩波电路的设计

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日期：2009年5月

目录

一．引言

二．正文

1 降压斩波电路的设计目的

2 降压斩波电路的设计内容及要求

3 降压斩波电路主电路基本原理

4 IGBT驱动电路

4.1IGBT简介

4.2IGBT基本结构与特点

4.3驱动电路设计方案比较

4.4IGBT驱动电路原理图

4.5IGBT的驱动性能

5 保护电路的设计

6 MATLAB仿真

6.1MATLAB简介

6.2MATLAB发展历程

6.3主电路仿真

7 心得体会

三．参考文献

一引言

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。

二正文

1 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 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

驱动,保护电路的设计

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，并进行仿真实验

(c) 实际制作

利用PROTEL软件绘出原理图，结合具体所用元器件管脚数，外型尺寸，考虑散热和抗干扰等因素，设计PCB印制电路板。最后完成系统电路的组装，调试。

3 降压斩波电路主电路基本原理

降压斩波电路主电路原理图如图1所示

图1 降压斩波电路主电路原理图

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 =t 1时控制V 关断，二极管VD 续流，负载电压0U 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 所示，负载电压的平均值为：

0on on on off t t

U E E E t t T

α=

==+ 图3 0I 断续时的波形

i

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：0

0U I R

=

若负载中L 值较小，则在V 关断后，到了2t 时刻，如图3所示，负载电流已衰减至零，会出现负载电流断续的情况。由波形可见，负载电压0U 平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。 4 IGBT 驱动电路 1) IGBT 的栅极驱动

（a ）栅极驱动电路对IGBT 的影响

正向驱动电压+V 增加时，IGBT 输出级晶体管的导

通压降和开通损耗值将下降，但并不是说+V 值越高越

好。IGBT 在关断过程中，栅射极施加的反偏压有利于

IGBT 的快速关断。栅极驱动电路最好有对IGBT 的完整

保护能力。为防止造成同一个系统多个IGBT 中某个的

误导通，要求栅极配线走向应与主电流线尽可能远，且

不要将多个IGBT 的栅极驱动线捆扎在一起。

（b ） IGBT 栅极驱动电路应满足的条件

栅极驱动电压脉冲的上升率和下降率要充分大。在

IGBT 导通后，栅极驱动电路提供给IGBT 的驱动电

压和电流要具有足够的幅度。栅极驱动电路的输出

阻抗应尽可能地低。栅极驱动条件与IGBT 的特性

密切相关。设计栅极驱动电路时，应特别注意开通特性、负载短路能力和引起的误触发等问题。

2）IGBT驱动电路

IGBT驱动电路主要有3种典型的电路

（a）阻尼滤波门极驱动电路

为了消除可能的振荡现象，IGBT的栅射极间接上RC网

络组成阻尼滤波器且连线采用双绞线。

（b）光耦合器门极驱动电路

驱动电路的输出级采用互补电路的型式以降低驱动源内

阻，同时加速IGBT的关断过程。

（c）脉冲变压器直接驱动IGBT的电路

由于是电磁隔离方式，驱动级不需要专门直流电源，简化了

电源结构。

在这里采用光耦合门极驱动电路，如图4 所示

图4 光耦合门极驱动电路

5主电路的保护电路设计