降压斩波电路的设计

电力电子技术课程设计报告电力电子技术课程设计报告 课题：降压斩波电路的设计课题：降压斩波电路的设计 姓名：姓名： 学号：学号： 班级：班级： 指导老师：指导老师： 日期：日期：20092009 年年 5 5 月月 word 文档 可自由复制编辑 目录目录 一．一． 引言引言 二．二． 正文正文 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 4IGBT 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 6MATLAB仿真 6.1MATLAB简介 6.2MATLAB发展历程 6.3主电路仿真 7心得体会 三．参考文献参考文献 word 文档 可自由复制编辑 一一 引言引言 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。 二二 正文正文 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 word 文档 可自由复制编辑 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 word 文档 可自由复制编辑 t=0 时刻驱动 V 导通，电源E向负载供电，负载电压U 0  E，负载 电流i 0 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U 0 近似为零，负 载电流i 0 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。 i G off on t t O T t i o i 1 i 2 10 II 20 O u t 1 t o E Ot 图2 G I 0 连续时的波形 i t t off i O on Gi T t t oi x 1 u O E t i 1 o 2 I t 20 2 E t O E M t 图3I 0 断续时的波形 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 所示，负载电压的平均值为： U t on t E  t on 0 E E on t off T word 文档 可自由复制编辑 2 式中，t on 为 V 处于通态的时间，t off为 V 处于断态的时间；T 为开关 周期；为导通占空比，简称占空比或导通比。 负载电流的平均值为：I 0  U 0 R 若负载中 L 值较小，则在V 关断后，到了t 2 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U 0 平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。 4IGBT 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 word 文档 可自由复制编辑 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 word 文档 可自由复制编辑 1） 过电压保护 所谓过电压保护，即指流过 IGBT 两端的电压值超过 IGBT 在正常 工作时所能承受的最大峰值电压 Um 都称为过电压。产生过电压的原 因一般由静电感应、雷击或突然切断电感回路电流时电磁感应所引 起。其中，对雷击产生的过电压，需在变压器的初级侧接上避雷器， 以保护变压器本身的安全； 而对突然切断电感回路电流时电磁感应所 引起的过电压，一般发生在交流侧、直流侧和器件上，因而，下面介 绍直流斩波电路主电路的过电压保护方法。其电路如图5 所示 图 5 过电压保护电路 2）过电流保护 所谓过电流保护，即指流过IGBT的电压值超过IGBT在正常工作 时所能承受的最大峰值Im都称为过电流。这里采用图6所示的电路 图 6 过电流保护电路 word 文档 可自由复制编辑 3） IGBT 的保护 (a) 静电保护 所以IGBT也存在静电击穿的问题。IGBT的输入级为MOSFET， 防静电保护极为必要。在静电较强的场合，MOSFET 容易静电击穿， 造成栅源短路。采用以下方法进行保