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)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(kāi)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。直流變換電路的用途非常廣泛，包括直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)、開(kāi)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

2、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(kāi)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(guó)VICOR公司設(shè)計(jì)制造得多種ECI軟開(kāi)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(kāi)關(guān)技術(shù)得高頻開(kāi)關(guān)電源模塊RM系列，其開(kāi)關(guān)頻率為200—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

3、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IGBTword資料.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。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

4、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。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)及保護(hù)電路，穩(wěn)壓直流電源15V和直流電壓100V的設(shè)計(jì)2.2設(shè)計(jì)要求對(duì)Buck降壓電路的基本要求有以下幾點(diǎn)：1.輸入直流電壓：Ud=100V2.開(kāi)關(guān)頻率40KHz3.輸出電壓范圍50V~80V4.輸出電壓紋波：小于1%5.最大輸出電流：5A（在額定負(fù)載下）6.

5、具有過(guò)流保護(hù)功能，動(dòng)作電流：6Aword資料.7.具有穩(wěn)壓功能8.效率不低于70%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)及保護(hù)電路，設(shè)計(jì)出降壓斬波電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖1電路框圖在圖1結(jié)構(gòu)框圖中，控制電路是用來(lái)產(chǎn)生IGBT降壓斬波電路的控制信號(hào)，控制電路產(chǎn)生的控制信號(hào)傳到驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路把控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為加在IGBT控制端和公共端之間，可以使其開(kāi)通或關(guān)斷的信號(hào)。通過(guò)控制IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷來(lái)控制IGBT降壓斬波電路的主電路工作。保護(hù)電路是用來(lái)保護(hù)電路的，防止電路產(chǎn)生過(guò)電流、過(guò)電壓和欠電壓

6、等現(xiàn)象損害電路設(shè)備。3.1設(shè)計(jì)方案的選定與說(shuō)明word資料.3.2降壓斬波電路3.2.1降壓斬波電路原理式中為V處于通態(tài)的時(shí)間；為V處于斷態(tài)的時(shí)間；T為開(kāi)關(guān)周期；為導(dǎo)通占空比，簡(jiǎn)稱占空比或?qū)ū?。降壓斬波電路的占空比小?。根據(jù)對(duì)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(kāi)關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不變，稱為PWM。2）保持開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不變，改變開(kāi)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

7、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。word資料.3.3降壓斬波電路主電路設(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。圖2降壓斬波主電路圖word資料.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、I

8、GBT、二極管、電感、電容、電阻值，其參數(shù)選擇如下說(shuō)明：(1)對(duì)于電源，因?yàn)轭}目要求輸入直流電壓為100V，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(guò)二極管續(xù)流，此時(shí)IGBT兩端承受最大正壓為100V；而當(dāng)=1時(shí)，IGBT有最大電流，其值為5A。故需選擇集電極最大連續(xù)電流>5A，反向擊