直流降壓斬波電路的設(shè)計(jì)

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1、直流降壓斬波電路的設(shè)計(jì)《電子科學(xué)與技術(shù)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告課題：直流降壓斬波電路的設(shè)計(jì)專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班級2011級三班姓名學(xué)號指導(dǎo)教師日期9直流降壓斬波電路的設(shè)計(jì)摘要:本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的是Buck降壓斬波電路，采用全控型器件IGBT。根據(jù)降壓斬波電路設(shè)計(jì)任務(wù)要求設(shè)計(jì)主電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路。關(guān)鍵詞:降壓斬波，主電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路。引言：直流傳動(dòng)是斬波電路應(yīng)用的傳統(tǒng)領(lǐng)域，而開關(guān)電源則是斬波電路應(yīng)用的新領(lǐng)域，是電力電子領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。直流變

2、換電路的用途非常廣泛，包括直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)、開關(guān)電源、單相功率因數(shù)校正，以及用于其他領(lǐng)域的交直流電源。斬波器的工作方式有：脈寬調(diào)制方式，頻率調(diào)制方式和混合型。脈寬調(diào)制方式較為通用。當(dāng)今世界軟開關(guān)技術(shù)使得DC/DC變換器發(fā)生了質(zhì)得變化和飛躍。美國VICOR公司設(shè)計(jì)制造得多種ECI軟開關(guān)DC/DC變換器，最大輸出功率有300W、600W、800W等，相應(yīng)得功率密度為（6.2、10、17）W/cm3，效率為（80—90）%。日本NemicLambda公司最新推出得一種采用軟開關(guān)技術(shù)得高頻開關(guān)電源模塊RM系列，其開關(guān)頻率為200—

3、300KHz,功率密度已達(dá)27W/cm3，采用同步整流器（MOS-FET代替肖特基二極管），使整個(gè)電路效率提高到90%。1設(shè)計(jì)目的直流斬波電路（DCChopper）的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電，也稱為直接直流—直流變換器（DC/DCConverter）。直流斬波電路一般是指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟姷那闆r，不包括直流—交流—直流的情況，其中IGBT降壓斬波電路就是直流斬波中最基本的一種電路，是用IGBT作為全控型器件的降壓斬波電路，用于直流到直流的降壓變換。IGBT是MOSFET與GTR的復(fù)合器件。

4、它既有MOSFET易驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)，輸入阻抗高，又具有功率晶體管電壓、電流容量大等優(yōu)點(diǎn)。其頻率特性介于MOSFET與功率晶體管之間，可正常工作于幾十千赫茲頻率范圍內(nèi)，故在較高頻率的大、中功率應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。所以用IGBT作為全控型器件的降壓斬波電路就有了IGBT易驅(qū)動(dòng)，電壓、電流容量大的優(yōu)點(diǎn)，因此發(fā)展很快。9直流降壓斬波電路的設(shè)計(jì)2設(shè)計(jì)任務(wù)與要求2.1設(shè)計(jì)任務(wù)要求設(shè)計(jì)降壓斬波電路的主電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)。2.2設(shè)計(jì)要求對Buck降壓電路的基本要求有以下幾點(diǎn)：1.輸入直流電壓：Ud=15V2.開關(guān)頻率20KHz3.輸出電

5、壓8V4.輸出電壓紋波：小于1%5.具有穩(wěn)壓功能3設(shè)計(jì)內(nèi)容根據(jù)降壓斬波電路設(shè)計(jì)任務(wù)要求設(shè)計(jì)主電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)出降壓斬波電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。9直流降壓斬波電路的設(shè)計(jì)圖1電路框圖在圖1結(jié)構(gòu)框圖中，控制電路是用來產(chǎn)生IGBT降壓斬波電路的控制信號，控制電路產(chǎn)生的控制信號傳到驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路把控制信號轉(zhuǎn)換為加在IGBT控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號。通過控制IGBT的開通和關(guān)斷來控制IGBT降壓斬波電路的主電路工作。3.1設(shè)計(jì)方案的選定與說明3.2降壓斬波電路3.2.1降壓斬波電路原理式中為V處于

6、通態(tài)的時(shí)間；為V處于斷態(tài)的時(shí)間；T為開關(guān)周期；為導(dǎo)通占空比，簡稱占空比或?qū)ū?。降壓斬波電路的占空比小?。根據(jù)對輸出電壓平均值進(jìn)行調(diào)制的方式不同，斬波電路有三種控制方式：1）保持開關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不變，稱為PWM。2）保持開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不變，改變開關(guān)周期T，稱為頻率調(diào)制或調(diào)頻型。3）和T都可調(diào)，使占空比改變，稱為混合型但是普遍采用的是脈沖寬調(diào)制工作方式。因?yàn)椴捎妙l率調(diào)制工作方式，容易產(chǎn)生諧波干擾，而且濾波器設(shè)計(jì)也比較困難。此電路就是采用脈沖寬調(diào)制控制IGBT的通斷。9直流降壓斬波電路的設(shè)計(jì)3.3降壓斬波電路

7、主電路設(shè)計(jì)3.3.1BUCK降壓斬波主電路在電力系統(tǒng)中，直接承擔(dān)電能的變換或控制任務(wù)的電路稱為主電路。IGBT降壓斬波電路的主電路圖如下圖2所示。它是一種降壓型變換器，其輸出電壓平均值U，總是小于輸入電壓。該電路使用一個(gè)全控型器件V，為IGBT。在V關(guān)斷時(shí)，為了給負(fù)載中電感電流提供通道，設(shè)置了續(xù)流二極管VD。9直流降壓斬波電路的設(shè)計(jì)圖2降壓斬波主電路圖3.3.2主電路元器件參數(shù)選擇主電路中需要確定參數(shù)的元器件有直流電源、IGBT、二極管、電感、電容、電阻值，其參數(shù)選擇如下說明：(1)對于電源，因?yàn)轭}目要求輸入直流電壓為1

8、5V，所以該直流穩(wěn)壓電源可直接作為系統(tǒng)電源。(2)IGBT由圖2易知當(dāng)IGBT截止時(shí)，回路通過二極管續(xù)流，此時(shí)IGBT兩端承受最大正壓為15V；而當(dāng)=1時(shí)，IGBT有最大電流，R=50Ω，計(jì)算約為0.3A。故需選擇集電極最大連續(xù)電流>0.3A，反向擊穿電壓B>15v的IGBT。如果考慮2倍的安全裕量需選擇集電極最大連