降压斩波电路设计

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时间:2018-08-08

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1、1绪论电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。伴随着人们对开关电源的进一步升级,低电压,大电流和高效率的开关电源成为研究趋势。电子设备的小型化和低成本化使电源向轻,薄,小和高效率方向发展。开关电源因其体积小,重量轻和效率高的优点而在各种电子信息设备中得到广泛的应用。直流斩波电路(DCChopper)的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电,也

2、称为直接直流—直流变换器(DC/DCConverter)。直流斩波电路一般是指直接将直流电变为另一直流电的情况,不包括直流—交流—直流的情况,直流斩波电路的种类较多,包括6种基本斩波电路:降压斩波电路,升压斩波电路,升降压斩波电路,Cuk斩波电路,Sepic斩波电路和Zeta斩波电路。其中IGBT降压斩波电路就是直流斩波中最基本的一种电路,是用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路,用于直流到直流的降压变换。IGBT是MOSFET与GTR的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点,输入阻抗高,又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点

3、。其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间,可正常工作于几十千赫兹频率范围内,故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。所以用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路就有了IGBT易驱动,电压、电流容量大的优点,因此发展很快。直流降压斩波电路主要分为三个部分,分别为主电路模块,控制电路模块,驱动电路模块,除了上述主要模块之外,还必须考虑电路中电力电子器件的保护,以及控制电路与主电路的电气隔离。IGBT降压斩波电路由于易驱动,电压、电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔的发展前景,也由于开关电源向低电压,大电流和高效率发展的趋

4、势,促进了IGBT降压斩波电路的发展。但以IGBT为功率器件的直流斩波电路在实际应用中需要注意以下问题:(1)系统损耗的问;2)栅极电阻;(3)驱动电路实现过流过压保护的问题。此斩波电路中IGBT的驱动信号由集成脉宽调制控制器SG3525产生,由于它简单可靠及使用方便灵活,大大简化了脉宽调制器的设计及调试。二.课程设计1.降压斩波电路的设计目的(1)培养文献检索的能力,特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。(2)培养综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。(3)培养运用知识的能力和工程设计的能力。(4)提高课程设计报

5、告撰写水平。2.降压斩波电路设计的基本要求对Buck降压电路的基本要求有以下几点:1.输入直流电压:Ud=100V2.开关频率40KHz3.输出电压范围50V~80V4.输出电压纹波:小于1%5.最大输出电流:5A(在额定负载下)6.具有过流保护功能,动作电流:6A7.具有稳压功能8.效率不低于70%3.总体电路框图电力电子器件在实际应用中,一般是由控制电路,驱动电路,保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。由信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号,通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或者关

6、断。来完成整个系统的功能。因此,一个完整的降压斩波电路也应包括主电路,控制电路,驱动电路和保护电路这些环节。根据降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动及保护电路,设计出降压斩波电路的结构框图如图1所示。图1电路框图在图1结构框图中,控制电路是用来产生IGBT降压斩波电路的控制信号,控制电路产生的控制信号传到驱动电路,驱动电路把控制信号转换为加在IGBT控制端和公共端之间,可以使其开通或关断的信号。通过控制IGBT的开通和关断来控制IGBT降压斩波电路的主电路工作。保护电路是用来保护电路的,防止电路产生过电流、过电压和

7、欠电压等现象损害电路设备。4降压斩波主电路的设计4.1BUCK降压斩波主电路:在电力系统中,直接承担电能的变换或控制任务的电路称为主电路。IGBT降压斩波电路的主电路图如下图2所示。它是一种降压型变换器,其输出电压平均值U,总是小于输入电压Ud。该电路使用一个全控型器件V,为IGBT。在V关断时,为了给负载中电感电流提供通道,设置了续流二极管VD。图2降压斩波主电路图4.2电路工作原理分析:直流降压斩波主电路使用一个全控电压驱动器件IGBT。用控制电路和驱动电路来控制IGBT的导通或关断。当t=0时,V管被激励趋于导通,VD管要

8、承受反压。在V管接通的t1时间内,开关管V流过的电流就是电感电流,电感L中电流直线上升,能量存储于电感中。电源E向负载供电,负载电压=E,负载电流按指数曲线上升。电路工作时波形图如图3(b)所示:图3电路工作时的电流波形图当时刻V管关断,由于电感储能作用,电感电

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