斬波電路設(shè)計(jì)報(bào)告

1、 1、 設(shè)計(jì)的目的（1）通過對降壓斬波電路的設(shè)計(jì)，掌握其工作原理，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，進(jìn)行降壓斬波電路和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，了解與熟悉降壓斬波電路拓?fù)?，控制方法。理解和掌握降壓斬波電路及系統(tǒng)的主電路、控制電路和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)方法，掌握器件的選擇計(jì)算方法。二、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求1.設(shè)計(jì)任務(wù)（1）熟悉降壓斬波電路的基本原理，能夠運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)分析設(shè)計(jì)任務(wù)。（2）掌握基本電路的數(shù)據(jù)分析、處理;描繪波形并加以判斷。（3）能正確設(shè)計(jì)電路，畫出電路圖，分析電路原理。（4）按時(shí)參加課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)，定期匯報(bào)課程設(shè)計(jì)進(jìn)展情況。（5）廣泛收集相關(guān)技術(shù)資料。（6）獨(dú)立思考，刻苦鉆研，嚴(yán)禁抄襲。（7）按時(shí)完成課程設(shè)計(jì)

2、任務(wù)，認(rèn)真、正確的書寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。（8）培養(yǎng)實(shí)事求是、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和認(rèn)真的工作作風(fēng)。2.設(shè)計(jì)要求（1）理論設(shè)計(jì)：了解掌握降壓斬波電路的工作原理，設(shè)計(jì)降壓斬波電路的主電路的工作原理，設(shè)計(jì)降壓斬波電路的主電路和控制電路，包括：IGBT額定電流、電壓的選擇驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路的設(shè)計(jì)以及各元器件參數(shù)的選擇。3、 具體計(jì)算和選擇過程（1） 主電路的選型降壓斬波電路     電路的原理圖如圖2所示，            此電路使用一個(gè)全控型

3、器件V，圖中為IGBT，若采用晶閘管，需設(shè)置使晶閘管關(guān)斷的輔助電路。并設(shè)置了續(xù)流二極管VD，在V關(guān)斷時(shí)給負(fù)載中電感電流提供通道。主要用于電子電路的供電電源，也可拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)或帶蓄電池負(fù)載等，后兩種情況下負(fù)載中均會(huì)出現(xiàn)反電動(dòng)勢，如圖中Em所示。    工作原理：當(dāng)t=0時(shí)刻驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓uo=E，負(fù)載電流io按指數(shù)曲線上升。    當(dāng) t=t1時(shí)控制V關(guān)斷，二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓uo近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降，通常串接較大電感L使負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小。 此電路的基

4、本數(shù)量關(guān)系為 ：（1）電流連續(xù)時(shí)，負(fù)載電壓的平均值為  上式中，ton為V處于通態(tài)的時(shí)間，toff為V處于斷態(tài)的時(shí)間，T為開關(guān)周期。其中為占空比，簡稱占空比或?qū)ū?。則平均電流為：(2) 電流斷續(xù)時(shí)，負(fù)載電壓uo平均值會(huì)被抬高，一般不希望出現(xiàn)電流斷續(xù)的情況。  斬波電路有三種控制方式： （1）脈沖寬度調(diào)制（PWM）：保持開關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton 。    （2）頻率調(diào)制：保持開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton不變，改變開關(guān)周期T。 （3）混合型：ton和T都可調(diào)，使占空比改變。2、驅(qū)動(dòng)電

5、路 1、IGBT驅(qū)動(dòng)電路 IGBT的門極驅(qū)動(dòng)條件密切地關(guān)系到他的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。門極電路的正偏壓uGS、負(fù)偏壓-uGS和門極電阻RG的大小，對IGBT的通態(tài)電壓、開關(guān)、開關(guān)損耗、承受短路能力及du/dt電流等參數(shù)有不同程度的影響。其中門極正電壓uGS的變化對IGBT的開通特性，負(fù)載短路能力和duGS/dt電流有較大的影響，而門極負(fù)偏壓對關(guān)斷特性的影響較大。門極電路設(shè)計(jì)中也必須注意開通特性，負(fù)載短路能力和由duGS/dt電流引起的誤觸發(fā)等問題。根據(jù)上述分析，對IGBT驅(qū)動(dòng)電路提出以下要求和條件：(1)由于是容性輸出輸出阻抗；因此IBGT對門極電荷集聚很敏感，驅(qū)動(dòng)電路必須可靠，要保證有一條低阻抗的

6、放電回路。 (2)用低內(nèi)阻的驅(qū)動(dòng)源對門極電容充放電，以保證門及控制電壓uGS有足夠陡峭的前、后沿，使IGBT的開關(guān)損耗盡量小。另外，IGBT開通后，門極驅(qū)動(dòng)源應(yīng)提供足夠的功率，使IGBT不至退出飽和而損壞。 (3)門極電路中的正偏壓應(yīng)為+12+15V；負(fù)偏壓應(yīng)為-2V-10V。 (4)IGBT 驅(qū)動(dòng)電路中的電阻RG對工作性能有較大的影響，RG較大，有利于抑制IGBT 的電流上升率及電壓上升率，但會(huì)增加IGBT 的開關(guān)時(shí)間和開關(guān)損耗；RG較小，會(huì)引起電流上升率增大，使IGBT 誤導(dǎo)通或損壞。RG的具體數(shù)據(jù)與驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)及IG

7、BT 的容量有關(guān)，一般在幾歐幾十歐，小容量的IGBT 其RG值較大。 (5)驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力及對IGBT 的自保、IGBT 的控制、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路等應(yīng)與其高速開關(guān)特性相匹配，另外，在未采取適當(dāng)?shù)姆漓o電措施情況下，IGBT的GE極之間不能為開路。 IGBT驅(qū)動(dòng)電路分類驅(qū)動(dòng)電路分為：分立插腳式元件的驅(qū)動(dòng)電路；光耦驅(qū)動(dòng)電路；厚膜驅(qū)動(dòng)電路；專用集成塊驅(qū)動(dòng)電路。本文設(shè)計(jì)的電路采用的是專用集成塊SG3525驅(qū)動(dòng)電路。IGBT驅(qū)動(dòng)電路分析隨著微處理技術(shù)的發(fā)展(包括處理器、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)器件)，數(shù)字信號(hào)處理器以其優(yōu)越的性能在交流調(diào)速、運(yùn)

8、動(dòng)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。一般數(shù)字信號(hào)處理器構(gòu)成的控制系統(tǒng)， IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)由處理器集成的PWM模塊產(chǎn)生的。而PWM接口驅(qū)動(dòng)能力及其與IGBT的接口電路的設(shè)計(jì)直接影響到系統(tǒng)工作的可靠性。因此本文采用SG3525設(shè)計(jì)出了一種可靠的IGBT驅(qū)動(dòng)方案。 本文將在斬波信號(hào)產(chǎn)生電路一節(jié)將分立元件組成的驅(qū)動(dòng)電路和集成驅(qū)動(dòng)電路做一下簡單的比較，以此來說明集成驅(qū)動(dòng)電路的優(yōu)越性。2、 對于SG3525驅(qū)動(dòng)電路PWM控制芯片SG3525功能簡介：SG3525是用于驅(qū)動(dòng)N溝道功率MOSFET。它是電流控制型PWM控制器，所謂電流控制型脈寬調(diào)制器是按照接反饋電流來調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入

9、端直接用流過輸出電感線圈的信號(hào)進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)和電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng)，因此，無論開關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高，是目前比較理想的新型控制器。1、 引腳功能引腳1：誤差放大器反向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)中，該引腳接反饋信號(hào)。在開環(huán)系統(tǒng)中，該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端（引腳9）相連，可構(gòu)成跟隨器。引腳2：誤差放大器同向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)中。該端接給定信號(hào)。根據(jù)需要，在該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端（引腳9）之間接入比例、比例積分和積分等類型的調(diào)節(jié)器。引腳3：振蕩器外接同步信號(hào)輸入端。該端接外部同步脈沖信號(hào)可實(shí)現(xiàn)與外電路同步。

10、引腳4：振蕩器輸出端。引腳5：振蕩器定時(shí)電容接入端。引腳6：振蕩器定時(shí)電阻接入端。引腳7：振蕩器放電端。該端與引腳5之間外接一只放電電阻，構(gòu)成放電回路。引腳8：軟啟動(dòng)電容接入端。引腳9：PWM比較器補(bǔ)償信號(hào)輸入端。在該端與引腳2之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型調(diào)節(jié)器。引腳10：外部關(guān)斷信號(hào)輸入端。該端接高電平時(shí)控制器輸出被禁止。該端可與保護(hù)電路相連，以實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)。引腳11：輸出端A。引腳11和引腳14是兩路互補(bǔ)輸出端。引腳12：信號(hào)地。引腳13：輸出級偏置電壓接入端。引腳14：輸出端B。引腳15：偏置電源接入端。引腳16：基準(zhǔn)電源輸出端。該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極

11、好的基準(zhǔn)電壓2、特點(diǎn)如下（1） 工作電壓范圍：835V；（2） 5.1V微調(diào)基準(zhǔn)電源；（3） 振蕩器工作頻率范圍：100HZ400KHZ；（4） 具有振蕩器外部同步功能；（5） 死區(qū)時(shí)間可調(diào)；（6） 內(nèi)置軟啟動(dòng)電路；（7） 具有輸入欠電壓鎖定功能；（8） 具有PWM鎖存功能，禁止多脈沖；（9） 逐個(gè)脈沖關(guān)斷；（10） 雙路輸出。3、 工作原理 SG3525內(nèi)置了5.1V精密基準(zhǔn)電壓，微調(diào)至1.0%，在誤差放大器共模輸入電壓范圍內(nèi)，無須外接分壓電阻。SG3525還增加了同步功能，可以工作在主從模式，也可以與外部系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)同步，為設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。在5引腳和7引腳之間加入一個(gè)電阻就可以實(shí)現(xiàn)

12、對死區(qū)時(shí)間的調(diào)節(jié)功能。由于SG3525內(nèi)部集成了軟啟動(dòng)電路，因此只需要一個(gè)外接定時(shí)電容。     SG3525的軟啟動(dòng)接入端（引腳8）上通常接軟啟動(dòng)電容。上電過程中，由于電容兩端的電壓不能突變，因此與軟啟動(dòng)電容接入端相連的PWM比較器反向輸入端處于低電平，PWM比較器輸出高電平。此時(shí)，PWM瑣存器的輸出也為高電平，該高電平通過兩個(gè)或非門加到輸出晶體管上，使之無法導(dǎo)通。只有軟啟動(dòng)電容充電至其上的電壓使引腳8處于高電平時(shí)，SG3525才開始工作。由于實(shí)際中，基準(zhǔn)電壓通常是接在誤差放大器的同相輸入端上，而輸出電壓的采樣電壓則加在誤差放大器的反相輸入端上。當(dāng)輸出

13、電壓因輸入電壓的升高或負(fù)載的變化而升高時(shí)，誤差放大器的輸出將減小，這將導(dǎo)致PWM比較器輸出為正的時(shí)間變長，PWM鎖存器輸出高電平的時(shí)間也變長，因此輸出晶體管的導(dǎo)通時(shí)間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。反之亦然。    外接關(guān)斷信號(hào)對輸出級和軟啟動(dòng)電路都起作用。當(dāng)引腳10上的信號(hào)為高電平時(shí)，PWM鎖存器將立即動(dòng)作，禁止SG3525的輸出，同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開始放電。如果該高電平持續(xù)，軟啟動(dòng)電容將充分放電，直到關(guān)斷信號(hào)結(jié)束，才重新進(jìn)入軟啟動(dòng)過程。注意，10引腳不能懸空，應(yīng)通過接地電阻可靠接地，以防止外部干擾信號(hào)耦合而影響SG3525的正常工作。欠電壓鎖定功能同

14、樣作用于輸出級和軟啟動(dòng)電路。如果輸入電壓過低，在SG3525的輸出被關(guān)斷同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開始放電。 此外，SG3525還具有以下功能，即無論因?yàn)槭裁丛蛟斐蒔WM脈沖中止，輸出都將被中止，直到下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)到來，PWM鎖存器才被復(fù)位。3、 整流電路 本設(shè)計(jì)采用橋式電路整流：由四個(gè)二極管組成一個(gè)全橋整流電路. wp由整流電路出來的電壓含有較大的紋波，電壓質(zhì)量不太好，故需要進(jìn)行濾波。本電路采用RC濾波器,因?yàn)殡娙轂V波的直流輸出電壓Uo與變壓器副邊電壓U2的比值比較大，而且適用在小電流、整流管的沖擊電流比較大的電路中。因此本電路選用電容濾波.因?yàn)楸倦娐芬笥蟹€(wěn)定的輸出因此還需用到穩(wěn)壓二極

15、管進(jìn)行穩(wěn)壓。三、最優(yōu)參數(shù)選擇 3.1 整流電路部分 整流橋二極管的選擇。在橋式整流電路中，每只二極管只在輸入電壓的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，因此二極管的平均電流只有負(fù)載電阻上平均電流的一半，即 ID(AV)=IO(AV)/2=0.45U2/RL 在二極管不導(dǎo)通期間，承受反壓的最大值就是變壓器二次測電壓U2的最大值，即 URM=1.414U2，根據(jù)上面的選擇原則可知選擇二極管的最大整流電流IF(1.1IO)/20.5(U2/RL);最大反向電壓UR1.12U2=1.12×55=84.7V。 濾波電容的選擇：C=(5T/2)/RL 4、 總電路圖隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，有源功率因數(shù)校正(APFC)技術(shù)已經(jīng)能有效地抑制輸入電流的諧波分量，其波形接近正弦波，并與輸入電壓同相位。APFC電路不僅能實(shí)現(xiàn)輸出直流電壓的斬波調(diào)節(jié)，還能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)一側(cè)單位功率因數(shù)。降壓斬波APFC的電路圖如圖8所示：五、體會(huì)總結(jié)回顧起此次電力電子課程設(shè)計(jì)，感慨頗多，在兩個(gè)星期的日子里可以說是整天都充滿著壓力與忙碌，自己也的確從此次安排的課程設(shè)計(jì)中學(xué)到了很多東西。從開始得到老師給定課題時(shí)