电力电子降压斩波电路课程设计

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1、湖南工学院课程设计说明书课程：电力电子技术设计题目：直流斩波电路设计班级：姓名：学号：时间：指导老师：目录1绪论12设计要求与方案22.1设计要求22.2方案确定23主电路设计33.1主电路方案33.2工作原理43.3参数分析44控制电路设计54.1控制电路方案选择54.2工作原理64.3控制芯片介绍75驱动电路设计95.1驱动电路方案选择95.2工作原理106保护电路设计116.1过压保护电路116.1.1主电路器件保护126.1.2负载过压保护136.2过流保护电路137系统仿真及结论147.1仿真软件的介绍147.2仿真电路及其仿真结果15

2、8设计体会179参考文献18绪论现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。直流斩波电路（DCChopper）的功能是将直流电变为另一种固定的或可调的直流电，也

3、称为直流-直流变换器（DC/DCConverter），直流斩波电路（DCChopper）一般是指直接将直流变成直流的情况，不包括直流-交流-直流的情况；直流斩波电路的种类很多，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，Zeta斩波电路，前两种是最基本电路。而直流斩波器（DCChopper）是一种把恒定直流电压变换成为另一固定电压或可调电压的直流电压，从而满足负载所需的直流电压的变流装置。也称为直接直流-直流变换器（DC/DCConverter）。它通过周期性地快速通、断，把恒定直流电压斩

4、成一系列的脉冲电压，而改变这一脉冲列的脉冲宽度或频率就可实现输出电压平均值的调节。直流斩波器除可调节直流电压的大小外，还可以用来调节电阻的大小和磁场的大小。直流传动、开关电源是斩波电路应用的两个重要领域，是电力电子领域的热点。全控型器件选择绝缘栅双极晶体管（IGBT）综合了GTR和电力MOSFET的优点，具有良好的特性。目前已取代了原来GTR和一部分电力MOSFET的市场，应用领域迅速扩展，成为中小功率电力电子设备的主导器件。前者是斩波电路应用的传统领域后者则是斩波电路应用的新领域。直流斩波器的种类较多，包括6种基本斩波器：降压斩波器（BuckC

5、hopper）、升压斩波器（BoostChopper）、升降压斩波器(Boost-BuckChopper)、Cuk斩波器、Sepic斩波器和Zeta斩波器，前两种是最基本的类型。因此，课程设计的选题为：设计使用全控型器件为IGBT的降压斩波电路。182设计要求与方案2.1设计要求降压斩波电路设计要求：1、输入直流电压：Ud=100V2、开关频率5KHz3、输出电压脉率：小于10%4.输出功率：300W5.占空比10%~90%2.2方案确定一般来说，斩波电路的实现都要依靠全控型器件。在这里，我所设计的是基于IGBT的降压斩波短路。直流降压斩波电路主

6、要分为三个部分，分别为主电路模块，控制电路模块和驱动电路模块。根据降压斩波电路设计任务要求设计结构框图如图2.1所示。图2.1电路结构框图在图2.1结构框图中，控制电路是用来产生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开关控制端，可以使其开通或关断的信号。通过控制开关的开通和关断来控制降压斩波电路的主电路工作。控制电路中的保护电路是用来保护电路的，防止电路产生过电流现象损害电路设备。183主电路设计3.1主电路方案根据所选课题设计要求设计一个降压斩波电路，可运用电力电子开关来控制电路的通断即改变占空

7、比，从而获得我们所想要的电压。这就可以根据所学的buck降压电路作为主电路，这个方案是较为简单的方案，直接进行直直变换简化了电路结构。而另一种方案是先把直流变交流降压，再把交流变直流，这种方案把本该简单的电路复杂化，不可取。至于开关的选择，选用比较熟悉的全控型的IGBT管，而不选半控型的晶闸管，因为IGBT控制较为简单，且它既具有输入阻抗高、开关速度快、驱动电路简单等特点，又用通态压降小、耐压高、电流大等优点。3.2工作原理根据所学的知识，直流降压斩波主电路如图3.1所示：图3.1主电路图如图，IGBT在控制信号的作用下开通与关断。开通时，二极管

8、截止，电流io流过大电感L，电源给电感充电，同时为负载供电。而IGBT截止时，电感L开始放电为负载供电，二极管VD导通，形成回路。IGB