igbt直流斬波電路的設(shè)計(jì)

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1、《電力電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)目錄1設(shè)計(jì)原理分析11.1總體結(jié)構(gòu)分析11.2主電路的設(shè)計(jì)11.3觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)21.4驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)31.5保護(hù)電路分析52仿真分析與調(diào)試62.1建立仿真模型62.2仿真結(jié)果分析83確定實(shí)際參數(shù)11心得體會(huì)12參考文獻(xiàn)14附錄：1514《電力電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)IGBT直流斬波電路的設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)原理分析1.1總體結(jié)構(gòu)分析直流斬波電路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。它在電源的設(shè)計(jì)上有很重要的應(yīng)用。一般來(lái)說(shuō)，斬波電路的實(shí)現(xiàn)都要依靠全控型器件。在這里，我所設(shè)計(jì)的是基于IGBT的降壓斬波短路。直流降壓斬波電路主要分為三個(gè)部分，分別為主電路模塊，控制電路模塊

2、和驅(qū)動(dòng)電路模塊。電路的結(jié)構(gòu)框圖如下圖（圖1）所示。圖1電路結(jié)構(gòu)框圖除了上述主要結(jié)構(gòu)之外，還必須考慮電路中電力電子器件的保護(hù)，以及控制電路與主電路的電器隔離。1.2主電路的設(shè)計(jì)主電路是整個(gè)斬波電路的核心，降壓過(guò)程就由此模塊完成。其原理圖如圖2所示。圖2主電路原理圖14《電力電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)如圖，IGBT在控制信號(hào)的作用下開(kāi)通與關(guān)斷。開(kāi)通時(shí)，二極管截止，電流io流過(guò)大電感L，電源給電感充電，同時(shí)為負(fù)載供電。而IGBT截止時(shí)，電感L開(kāi)始放電為負(fù)載供電，二極管VD導(dǎo)通，形成回路。IGBT以這種方式不斷重復(fù)開(kāi)通和關(guān)斷，而電感L足夠大，使得負(fù)載電流連續(xù)，而電壓斷續(xù)。從總體上看，輸出電壓的平均值減小

3、了。輸出電壓與輸入電壓之比α由控制信號(hào)的占空比來(lái)決定。這也就是降壓斬波電路的工作原理。降壓斬波的典型波形如下圖所示。圖3降壓電路波形圖圖2中的負(fù)載為電動(dòng)機(jī)，是一種放電動(dòng)式負(fù)載。反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載有電流斷續(xù)和電流連續(xù)兩種工作狀態(tài)。分別入圖3中b）和a）所示。無(wú)論哪一種情況，輸出電壓的平均值都與負(fù)載無(wú)關(guān)，其大小為：（1-1）Ton表示導(dǎo)通的時(shí)；Toff表示截止的時(shí)間；A表示導(dǎo)通時(shí)間占空比。對(duì)于輸出電流，當(dāng)Uo>E時(shí)電流連續(xù)，輸出電流平均值大小為：（1-2）當(dāng)Uo

4、來(lái)維持負(fù)載的電流。1.3觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)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ton，稱(chēng)為脈沖寬度調(diào)制或脈沖調(diào)寬型：2）保持導(dǎo)通時(shí)間不變，改變開(kāi)關(guān)周期T，成為頻率調(diào)制或調(diào)頻型；3）導(dǎo)通時(shí)間和周期T都可調(diào)，是占空比改變，稱(chēng)為混合型。14《電力電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)其中第一種是最常用的方法。PWM控制信號(hào)的產(chǎn)生方法有很多。這里我使用的是IGBT的專(zhuān)用觸發(fā)芯片SG3525，其電路原理圖如下。圖4PWM信號(hào)產(chǎn)生電路SG3525所產(chǎn)生的僅僅只是PWM控制信號(hào)，強(qiáng)度不夠，不能夠直接去驅(qū)動(dòng)IGBT，中間還需要有驅(qū)動(dòng)電路就愛(ài)你過(guò)信號(hào)放大。另外，主電路會(huì)產(chǎn)生很大的諧波，很可能影響到控制

5、電路中PWM信號(hào)的產(chǎn)生。因此，還需要對(duì)控制電路和主電路進(jìn)行電氣隔離。1.4驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)IGBT是電力電子器件，控制電路產(chǎn)生的控制信號(hào)一般難以以直接驅(qū)動(dòng)IGBT。因此需要信號(hào)放大的電路。另外直流斬波電路會(huì)產(chǎn)生很大的電磁干擾，會(huì)影響控制電路的正常工作，甚至導(dǎo)致電力電子器件的損壞。因而還設(shè)計(jì)中還學(xué)要有帶電器隔離的部分。具體來(lái)講IGBT的驅(qū)動(dòng)要求有一下幾點(diǎn)：1）動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，能為IGBT柵極提供具有陡峭前后沿的驅(qū)動(dòng)脈沖。否則IGBT會(huì)在開(kāi)通及關(guān)延時(shí)，同時(shí)要保證當(dāng)IGBT損壞時(shí)驅(qū)動(dòng)電路中的其他元件不會(huì)被損壞。2）能向IGBT提供適當(dāng)?shù)恼蚝头聪驏艍海话闳?15V左右的正向柵壓比較恰當(dāng)，14《電

6、力電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)取-5V反向柵壓能讓IGBT可靠截止。3）具有柵壓限幅電路，保護(hù)柵極不被擊穿。IGBT柵極極限電壓一般為土20V，驅(qū)動(dòng)信號(hào)超出此范圍可能破壞柵極。4）當(dāng)IGBT處于負(fù)載短路或過(guò)流狀態(tài)時(shí)，能在IGBT允許時(shí)間內(nèi)通過(guò)逐漸降低柵壓自動(dòng)抑制故障電流，實(shí)現(xiàn)IGBT的軟關(guān)斷。驅(qū)動(dòng)電路的軟關(guān)斷過(guò)程不應(yīng)隨輸入信號(hào)的消失而受到影響。當(dāng)然驅(qū)動(dòng)電路還要注意其他幾個(gè)問(wèn)題。主要是要選擇合適的柵極電阻Rg和Rge。以及要有足夠的輸入輸出電隔離能力，要能夠保證輸入輸出信號(hào)無(wú)這里，我是使用了EXB841集成電路作為IGBT的驅(qū)動(dòng)電路。其具體電路原理圖參見(jiàn)附件原理圖。EXB841芯片具有單電源、正負(fù)偏

7、壓、過(guò)流檢測(cè)、保護(hù)、軟關(guān)斷等主要特性，是一種比較典型的驅(qū)動(dòng)電路。其功能比較完善，在國(guó)內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。當(dāng)EXB841輸人端腳14和腳15有10mA的電流流過(guò)時(shí)，光禍ISO1導(dǎo)通，A點(diǎn)電位迅速下降至0V,V1和V2截止;V2截止使D點(diǎn)電位上升至20V,V4導(dǎo)通，V5截止，EXB841通過(guò)V4及柵極電阻Rg向一個(gè)IGBT提供電流使之迅速導(dǎo)通?？刂齐娐肥笶XB841輸入端腳14和腳15無(wú)電流流過(guò)，光藕ISO1不通，A點(diǎn)電位上升使V1和V2