电力电子课程设计_ 参考模板

课程设计说明书

题目名称：10～40V降压直流斩波电路实验装置

系部：电力工程系专业班级：

学生姓名：

学号：

指导教师：张海丽完成日期：

新疆工程学院

课程设计评定意见

设计题目10～40V降压直流斩波电路实验装置

系部电力工程系专业班级

学生姓名学生学号

评定意见：

评定成绩：

指导教师（签名）：

年月日

评定意见参考提纲：

1、学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。

2、学生的勤勉态度。

3、设计或说明书的优缺点，包括：学生对理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。

新疆工程学院

电力工程系(部)课程设计任务书

学年第学期年月日

教研室主任（签名）系（部）主任（签名）

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,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。

TDC-1型学习机是为了配合高等工科院校及高等专科技术学校的“电力电子”或“半导体变流技术”等课程中的直流斩波电路实验并根据当今电力电子技术的发展方向及应用而设计的新型实验装置。该学习机面板上画有原理图。各测试点均装有测试探头可以钩住的端子。测试电压及波形十分方便。使学生在实验课中安全、方便、直观地观察到各种电压、电流的波形及数据。

关键词：直流电力电子变换电路

目录

1绪论 (1)

1.1直流斩波电路的介绍 (1)

1.2直流斩波电路的发展前景 (1)

2降压直流斩波电路设计 (3)

2.1 降压斩波电路工作原理 (3)

2.2 主电路元器件参数选择 (6)

3 驱动电路的设计 (9)

3.1 IGBT驱动电路选择 (9)

4 整流电路的设计 (12)

4.1 整流电路 (12)

4.2 工作原理 (14)

4.3 参数计算 (15)

4.4 整流电路的选定 (16)

5 控制电路的设计 (18)

5.1 芯片介绍 (18)

5.2 IGBT控制电路的设计 (20)

6 保护电路的设计 (21)

6.1 保护电路设计基本原则 (21)

6.2 保护电路的设计 (22)

6.2.1 过电压保护电路 (22)

6.2.2 过电流保护电路 (23)

7 生成总的电路图 (25)

7.1 总原理图 (25)

7.2 此电路的主要功能 (25)

总结 (26)

致谢 (27)

参考文献 (29)

1绪论

1.1直流斩波电路的介绍

直流变换技术已被广泛的应用于开关电源及直流电动机驱动中，如不间断电源（UPS ）、无轨电车、地铁列车、蓄电池供电的机动车辆的无级变速及20世纪80年代兴起的电动汽车的控制。从而使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能，并同时收到节约电能的效果。直流变换系统的结构如下图 1.1所示。由于变速器的输入是电网电压经不可控整流而来的直流电压，所以直流斩波不仅能起到调压的作用，同时还能起到有效地抑制网侧谐波电流的作用。

图1.1 直流变换系统结构

1.2直流斩波电路的发展前景

直流传动是斩波电路应用的传统领域，而开关电源则是斩波电路应用的新领域，前者的应用是逐渐萎缩，而后者的应用方兴未艾、欣欣向荣，是电力电子领域的一大热点。

DC/DC 变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。直流变换电路的用途非常广泛，包括直流电动机传动、开关电源、单相功率因数校正，以及用于其他领域的交直流电源。斩波器的工作方式有：脉宽调制方式（T 不变，改变on t ）和频率调制方式（on t 不变，改变

T）两种。前者较为通用，后者容易产生干扰。当今世界软开关技术使得DC/DC变换器发生了质得变化和飞跃。美国VICOR公司设计制造得多种ECI软开关DC/DC变换器，最大输出功率有300W、600W、800W等，相应得功率密度为（6.2、10、17）3

W，效率为（80—90）%。日本

/cm

NemicLambda公司最新推出得一种采用软开关技术得高频开关电源模块RM系列，其开关频率为200—300KHz,功率密度已达273

/cm

W，采用同步整流器（MOS-FET代替肖特基二极管），使整个电路效率提高到90%。

2降压直流斩波电路设计

2.1 降压斩波电路工作原理

完整的降压斩波电路除起降压器作用的主电路之外还要有驱动电路，控制电路和保护电路。其结构框图如图2.1所示。

图2.1 电路结构框图

在图2.1结构框图中，控制电路是用来产生IGBT的控制信号的，控制电路产生的信号传到驱动电路，驱动电路把控制信号转换成电压信号加在IGBT的控制端跟公共端之间，使其开通或关断，达到控制主电路的目的。

电路的原理图及工作波形如图2.2所示。

图2.2 降压斩波电路主电路及工作波形

此电路使用一个全控型器件IGBT ，图中为V ，若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。并设置了续流二极管VD ，在IGBT 关断时给负载中电感电流提供通道。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，后两种情况下负载中均会出现反电动势，如图

2.2中Em 所示。

工作原理：当0=t 时刻驱动IGBT 导通，电源E 向负载供电，负载电压E u o =，负载电流o i 按指数曲线上升。

当 1t t =时控制IGBT 关断，二极管VD 续流，负载电压o u 近似为零，负载电流呈指数曲线下降，通常串接较大电感L 使负载电流连续且脉动小。

基于分时段线性电路这一思想，按IGBT 处于通态和处于断态两个过程来分析，初始条件分电流连续和断续。

电流连续时得出：负载电压的平均值为： E E T

t E t t t U on off on on O α==+=式中on t 为IGBT 处于通态的时间，off t 为IGBT 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。负载电流平均值为R

E U I m o o -=。 R E m e e I I ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---==1110min ραρ；R E m e e I I ⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛---==--ραρ1120max 。式中T t on =α，τρT =，R L =

τ,E E m m =。把上式用泰勒级数近似，可得()o I R E m I I =-≈≈α2010。平波电抗器L 为无穷大，此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。从能量传递关系简单地推得，一个周期中，忽略电路