直流斬波電路課程設(shè)計(jì)

1、 設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求輸入直流電源：24v10%直流輸出電壓：320v 電壓在電流額定值之內(nèi)保持不變直流輸出電流額定值10a一設(shè)計(jì)內(nèi)容選擇一個(gè)單片機(jī)構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)斬波電路的選擇igbt電流、電壓額定的選擇電力二極管，電抗器電感值的計(jì)算保護(hù)電路的設(shè)計(jì)觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)畫(huà)出完整的主電路原理圖和控制電路原理圖寫(xiě)出控制流程列出主電路所用元器件的明細(xì)表二設(shè)計(jì)要求1. 給出整體設(shè)計(jì)框圖，畫(huà)出系統(tǒng)的完整的原理圖(用protel99軟件繪制)；2. 說(shuō)明所選器件的型號(hào)，參數(shù)。給出具體電路畫(huà)出電路原理圖； 說(shuō)明書(shū)格式1. 課程設(shè)計(jì)封面；2. 任務(wù)書(shū)；3. 說(shuō)明書(shū)目錄；4. 設(shè)計(jì)總體思路，基本原理和框圖；5. 相關(guān)計(jì)算及

2、器件選型;6. 電路設(shè)計(jì)；7. 總結(jié)與體會(huì)；8. 附錄；9. 參考文獻(xiàn)；10. 課程設(shè)計(jì)的原理圖。進(jìn)度安排十二周星期一：下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，介紹課題內(nèi)容與要求；十二周星期一十二周星期五：查找資料，確定設(shè)計(jì)方案，畫(huà)出草圖。十三周星期一上午星期二下午：電路設(shè)計(jì)，打印出圖紙。 星期三：書(shū)寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告；星期四：書(shū)寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告；星期五：答辯。參考文獻(xiàn)電力電子技術(shù) 王兆安 機(jī)械工業(yè)出版社2康華光,陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版). 北京: 高等教育出版社,19983張義和.protel dxp電路設(shè)計(jì)快速入門(mén).北京:中國(guó)鐵道出版社,20034 張乃國(guó)電源技術(shù)北京：中國(guó)電力出版社，19985何希才新型開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)與應(yīng)

3、用北京：科學(xué)出版社，2001摘要本設(shè)計(jì)是基于sg3525芯片為核心控制的pwm升壓斬波電路（boost chopper）.設(shè)計(jì)由matlab仿真和protel兩大部分構(gòu)成。matlab主要是理論分析，借助其強(qiáng)大的數(shù)學(xué)計(jì)算和仿真功能可也很直觀的看到pwm控制輸出電壓的曲線圖。通過(guò)設(shè)置參數(shù)分析輸出與電路參數(shù)和控制量的關(guān)系，最后進(jìn)行了gui編程，利用圖形可視化界面的直觀易懂的特點(diǎn)，使設(shè)計(jì)摒棄了繁瑣難懂的單一波形和控制方式，從而具有友好界面，非常方便的就可進(jìn)行控制參數(shù)輸入，和輸出圖像顯示。第二部分是電路板，它可以通過(guò)blueprint、kicad 、protel等軟件設(shè)計(jì)完成，其中protel原理圖設(shè)

4、計(jì)系統(tǒng)以其分層次的設(shè)計(jì)環(huán)境，強(qiáng)大的元件及元件庫(kù)的組織功能，方便易用的連線工具，強(qiáng)大的編輯功能設(shè)計(jì)檢驗(yàn)，與印制電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)的緊密連接，自定義原理圖模板高質(zhì)量的輸出等等優(yōu)點(diǎn)，和豐富的設(shè)計(jì)法則，易用的編輯環(huán)境，輕松的交互性手動(dòng)布線，簡(jiǎn)便的封裝形式的編輯及組織，高智能的基于形狀的自定布線功能，萬(wàn)無(wú)一失的設(shè)計(jì)檢驗(yàn)等印制電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，使其在我們學(xué)生選用pcb電路板設(shè)計(jì)軟件中占了絕大部分比重。本設(shè)計(jì)也采用protel設(shè)計(jì)原理圖，和進(jìn)行pcb板布線。它是本設(shè)計(jì)從理論到實(shí)際制作的必進(jìn)途徑，通過(guò)設(shè)定相應(yīng)的規(guī)則，足以滿足設(shè)計(jì)所要求的規(guī)定。關(guān)鍵字 升壓斬波; sg3525;simulink ; pwm;pr

5、otel引 言直流斬波電路作為將直流電變成另一種固定電壓或可調(diào)電壓的 dc-dc 變換器 ,在直流傳動(dòng)系統(tǒng)、充電蓄電電路、開(kāi)關(guān)電源、電力電子變換裝置及各種用電設(shè)備中得到普通的應(yīng)用.隨之出現(xiàn)了諸如降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、復(fù)合斬波電路等多種方式的變換電路 . 直流斬波技術(shù)已被廣泛用于開(kāi)關(guān)電源及直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中，使其控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)、節(jié)約電能的效果。全控型電力電子器件igbt在牽引電傳動(dòng)電能傳輸與變換、有源濾波等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但以 igbt為功率器件的直流斬波電路在實(shí)際應(yīng)用中需要注意以下問(wèn)題:（1）系統(tǒng)損耗的問(wèn)；（2）柵極電阻；（3）驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)過(guò)流過(guò)壓保護(hù)的問(wèn)

6、題。1. 升壓斬波工作原理1.1 主電路工作原理假設(shè)l值、c值很大，v通時(shí)，e向l充電，充電電流恒為i1，同時(shí)c的電壓向負(fù)載供電，因c值很大，輸出電壓uo為恒值,記為uo。設(shè)v通的時(shí)間為ton，此階段l上積蓄的能量為ei1ton()offotieu1-v斷時(shí)，e和l共同向c充電并向負(fù)載r供電。設(shè)v斷的時(shí)間為toff，則此期間電感l(wèi)釋放能量為穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期t中l(wèi)積蓄能量與釋放能量相等 （1-1）化簡(jiǎn)得： （1-2），輸出電壓高于電源電壓，故稱升壓斬波電路。也稱之為boost chooper變換器。升壓比，調(diào)節(jié)其即可改變uo。將升壓比的倒數(shù)記作，即。b和導(dǎo)通占空比，有如下關(guān)系： （1-3）因此，

7、式（1-2）可表示為 （1-4）升壓斬波電路能使輸出電壓高于電源電壓的原因： l儲(chǔ)能之后具有使電壓泵升的作用 電容c可將輸出電壓保持住1.2 igbt驅(qū)動(dòng)電路選擇 igbt的門(mén)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(mén)極電路的正偏壓ugs、負(fù)偏壓-ugs和門(mén)極電阻rg的大小，對(duì)igbt的通態(tài)電壓、開(kāi)關(guān)、開(kāi)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(mén)極正電壓ugs的變化對(duì)igbt的開(kāi)通特性，負(fù)載短路能力和dugs/dt電流有較大的影響，而門(mén)極負(fù)偏壓對(duì)關(guān)斷特性的影響較大。同時(shí)，門(mén)極電路設(shè)計(jì)中也必須注意開(kāi)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(wèn)題。根據(jù)上述分

8、析，對(duì)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(duì)門(mén)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放電回路。(2)用低內(nèi)阻的驅(qū)動(dòng)源對(duì)門(mén)極電容充放電，以保證門(mén)及控制電壓ugs有足夠陡峭的前、后沿，使igbt的開(kāi)關(guān)損耗盡量小。另外，igbt開(kāi)通后，門(mén)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(mén)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(duì)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(kāi)關(guān)時(shí)間和開(kāi)關(guān)損耗；rg較小，會(huì)引起電流上

9、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igbt 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(duì)igbt 的自保護(hù)功能。igbt 的控制、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路等應(yīng)與其高速開(kāi)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(kāi)路。igbt驅(qū)動(dòng)電路分類(lèi)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

10、、運(yùn)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。2.4 最優(yōu)參數(shù)選擇ooeooe圖 3-1 電流連續(xù)圖 3-2 電流斷續(xù)當(dāng)igbt處于導(dǎo)通時(shí)，得 ( 1 - 6 )設(shè)的初值為，解上式得 ( 1 7 )當(dāng)igbt處于關(guān)斷時(shí)，設(shè)電動(dòng)機(jī)電樞電流為，得 ( 1 8 )設(shè)的初值為，解上式得 ( 1 9 )當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，從圖 3-2 的電流波形可看出，=時(shí)刻=，=時(shí)刻=，由此可得 ( 1 10 ) (

11、1 11 )故由上兩式求得： ( 1 12 ) ( 1 13 )把上面兩式用泰勒級(jí)數(shù)線性近似，得 ( 1 14 )該式表示了l為無(wú)窮大時(shí)電樞電流的平均值，即 ( 1 15 )當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)的波形如圖 3-2所示。當(dāng)=0時(shí)刻 =0，令式 （1-10）中=0即可求出，進(jìn)而可寫(xiě)出的表達(dá)式。另外，當(dāng)=時(shí)，=0，可求得持續(xù)的時(shí)間，即 ( 1 16 )當(dāng)時(shí)，電路為電流斷續(xù)工作狀態(tài)，是電流斷續(xù)的條件，即 ( 1 17 )根據(jù)上式可對(duì)電路的工作狀態(tài)做出判斷。該式也是最優(yōu)參數(shù)選擇的依據(jù)。二、硬件實(shí)驗(yàn)2.1 硬件電路2.1.1 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. 對(duì)整流出來(lái)的電壓進(jìn)行

12、傅里葉變換得，由整流電路出來(lái)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rl低通濾波器（通過(guò)串聯(lián)一個(gè)電感，濾除電流的高次諧波，并聯(lián)一個(gè)電容濾除電壓的高次諧波），以減小紋波。protel原理圖如下圖4所示：圖 4 protel原理圖輸入端接220v、50hz的市電，進(jìn)過(guò)變壓器t1（原線圈/副線圈為4/1）后輸出55v、50hz。當(dāng)同名端為正時(shí)d2、d5導(dǎo)通，d3、d4截止，電壓上正下負(fù)。當(dāng)同名端為負(fù)時(shí)d2、d5截止，d3、d4導(dǎo)通，電壓同樣是上正下負(fù)，從而實(shí)現(xiàn)整流。電感具有電流不能突變，通直流阻交流特性，因此串聯(lián)一個(gè)電感可以提高直流電壓品質(zhì)。而電容具有電壓不能突變，通交流阻直

13、流特性，因此并聯(lián)一個(gè)大電容可以濾除雜波，減小紋波。結(jié)合兩種元器件的特性，組成上圖整流電路，可以得到比較理想的直流電壓（幅值為50v左右）。2.1.2 斬波信號(hào)產(chǎn)生電路 此電路主要用來(lái)驅(qū)動(dòng)igbt斬波。產(chǎn)生pwm信號(hào)有很多方法，但歸根到底不外乎直接產(chǎn)生pwm的專用芯片、單片機(jī)、plc、可編程邏輯控制器等本電路采用直接產(chǎn)生pwm的專用芯片sg3525.該芯片的外圍電路只需簡(jiǎn)單的連接幾個(gè)電阻電容，就能產(chǎn)生特定頻率的pwm波，通過(guò)改變in+輸入電阻就能改變輸出pwm波的占空比，故在in+端接個(gè)可調(diào)電阻就能實(shí)現(xiàn)pwm控制。為了提高安全性，該芯片內(nèi)部還設(shè)有保護(hù)電路。它還具有高抗干擾能力，是一款性價(jià)比相當(dāng)不

14、錯(cuò)的工業(yè)級(jí)芯片。為了減少不同電源之間的相互干擾，sg3525輸出的pwm經(jīng)過(guò)光電耦合之后才送至驅(qū)動(dòng)電路。其電路圖如下圖 5所示：工作原理：通過(guò)r2、r3、c3結(jié)合sg3525產(chǎn)生鋸齒波輸入到sg3525的振蕩器。其產(chǎn)生的pwm信號(hào)由outa、outb輸出，調(diào)節(jié)r7可以改變占空比。輸出的pwm信號(hào)通過(guò)二極管d6、d7送至光電耦合器u2，光耦后通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。放大后的電壓可以直接驅(qū)動(dòng)igbt。此電路具有信號(hào)穩(wěn)定，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。因此他適用于中小容量的pwm斬波電路。2.1.3 斬波電路本設(shè)計(jì)為直流升壓斬波（boost chopper）電路，該電路是本系統(tǒng)的核心。應(yīng)為輸出電壓比較大，故斬

15、波器件選用能夠承受大電壓和導(dǎo)通內(nèi)阻小，開(kāi)關(guān)頻率高，開(kāi)關(guān)時(shí)間小的大功率igbt管。原理圖如下圖6所示：圖 6 主電路仿真圖左邊接經(jīng)整流之后的50v電壓。右邊為斬波電壓輸出，j2為測(cè)試點(diǎn)。v-g為sg3525輸出的pwm斬波信號(hào)。q1為igbt，d1為電力二極管，l2為電感，c1為電容，r1為負(fù)載。原理分析：首先假設(shè)電感l(wèi)值很大，電容c值也很大。當(dāng)v-g為高電平時(shí)，q1導(dǎo)通，50v電源向l2充電，充電基本恒定為,同時(shí)電容c上的電壓向負(fù)載r供電，因c值很大，基本保持輸出電壓為恒值，記為。設(shè)v處于通態(tài)的時(shí)間為，此階段電感l(wèi)上積儲(chǔ)的能量為。當(dāng)v處于段態(tài)時(shí)e和l共同向電容c充電，并向負(fù)載r提供能量。設(shè)v處

16、于段態(tài)的時(shí)間為，則在此期間電感l(wèi)釋放的能量為。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期t中電感l(wèi)積儲(chǔ)的能量于釋放的能量相等，即 （2-1）化簡(jiǎn)得 （2-2）上式中的，輸出電壓高于電源電壓。式（2-1）中為升壓比，調(diào)節(jié)其大小即可改變輸出電壓的大小。2.1.4 總原理圖圖形如下圖7所示。其中j1為市電插口，p1接15v驅(qū)動(dòng),p2為驅(qū)動(dòng)igbt的pwm信號(hào)t1為變壓器，將220 v市電轉(zhuǎn)換成頻率不變的55v交流電（題目要求整理輸出50v，由于元器的阻抗會(huì)分壓，故把輸入電壓提高5 v，此時(shí)變壓器變比為t1：t2=4:1）。變壓器變壓后輸入到由d2、d3、d4、d5四個(gè)整流二極管組成的整流電路輸入端 。經(jīng)整流后電壓

17、含有較大的紋波，故通過(guò)l1、c2組成的lc低通濾波器進(jìn)行濾波。濾波后輸出的電壓就比較平滑了。接下來(lái)就是由電感l(wèi)2、斬波器件igbt q1，電力二極管d1、電容c1組成的升壓斬波電路（boost chopper）.改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)pwm的占空比就可以調(diào)節(jié)輸出到負(fù)載r1兩端電壓，j2是負(fù)載兩端的電壓測(cè)試點(diǎn)，接至示波器就可以看到輸出電壓。圖 7 總原理圖三 課程設(shè)計(jì)總結(jié)現(xiàn)在我們所使用到能源中電能占了很大的比重，它具有成本低廉，輸送方便，綠色環(huán)保，控制方便能很容易轉(zhuǎn)換成其他的信號(hào)等等。我們的日常生活已經(jīng)離不開(kāi)電了。在如今高能耗社會(huì)，合理的利用電能，提高電能品質(zhì)和用電效率成為了全球研究的當(dāng)務(wù)之急。而電力電子

18、技術(shù)正是與這一主題相關(guān)聯(lián)的。直流升壓斬波電路是里面的一部分，它開(kāi)關(guān)電源，與線性電源相比，具有綠色效率高，控制方便，智能化，易實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。 在做課程設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，通過(guò)不斷地查找資料，最升壓斬波電路有了一定的理解。并且在matlab中仿真實(shí)現(xiàn)了，最后在protel中繪制了原理圖和pcb板。在做課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我對(duì)matlab在仿真中的應(yīng)用有了進(jìn)一步的了解和掌握。matlab在電力電子方面的仿真應(yīng)用時(shí)，可以將電力電子電路輸出效果圖形化，形象直觀，可以幫助我們對(duì)電路的理解。在制作pcb板的過(guò)程中，我對(duì)protel的各種功能有了一定的了解，也讓我明白了理論和實(shí)際有很大差別。經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我認(rèn)

19、識(shí)到自己還有很多東西需要進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)習(xí)，而且要把理論聯(lián)系實(shí)踐來(lái)學(xué)習(xí)，不僅要懂理論知識(shí)，還要懂如何作出實(shí)物。設(shè)計(jì)體會(huì)做了兩周的課程設(shè)計(jì)，使我有了很多的心得體會(huì)，可以說(shuō)這次直流電機(jī)斬波調(diào)速控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)是在大家共同努力和在老師的精心指導(dǎo)下共同完成的。一開(kāi)始接觸這個(gè)課題時(shí)我還不知道該從何下手，很多東西不知該如何實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)2星期的努力，在圖書(shū)館和網(wǎng)上查資料，請(qǐng)教同學(xué)，終于是完成了任務(wù)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)加深了我對(duì)這門(mén)課程的了解，以前總是覺(jué)得理論結(jié)合不了實(shí)際，但通過(guò)這次設(shè)計(jì)使我認(rèn)識(shí)到了理論結(jié)合實(shí)際的重要性。但由于我知識(shí)的限制，設(shè)計(jì)還有很多不足之處，希望老師指出并教導(dǎo)。通過(guò)對(duì)電路圖的研究，也增強(qiáng)了我們的思考能

20、力。另外，在使用protel軟件繪制電路圖的過(guò)程中，我學(xué)到了很多實(shí)用的技巧，這也為以后的工作打下了很好的基礎(chǔ)。從開(kāi)始任務(wù)到查找資料，到設(shè)計(jì)電路圖，到最后的實(shí)際接線過(guò)程中，我學(xué)到了課堂上學(xué)習(xí)不到的知識(shí)。上課時(shí)總覺(jué)得所學(xué)的知識(shí)太抽象，沒(méi)什么用途，現(xiàn)在終于認(rèn)識(shí)到它的重要性。課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程。很感激學(xué)校給了我們這次動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，讓我們學(xué)生有了一個(gè)共同學(xué)習(xí)，增長(zhǎng)見(jiàn)識(shí)，開(kāi)拓視野的機(jī)會(huì)。也感謝老師對(duì)我們無(wú)私忘我的指導(dǎo)，我會(huì)以這次課程設(shè)計(jì)作為對(duì)自己的激勵(lì)，繼續(xù)學(xué)習(xí)。參考文獻(xiàn)1王兆安,黃俊.電力

21、電子技術(shù)(第四版).北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,20002康華光,陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版). 北京: 高等教育出版社,19983張義和.protel dxp電路設(shè)計(jì)快速入門(mén).北京:中國(guó)鐵道出版社,20034 張乃國(guó)電源技術(shù)北京：中國(guó)電力出版社，19985何希才新型開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用北京：科學(xué)出版社，20016 阮新波，嚴(yán)仰光直流開(kāi)關(guān)電源的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)北京：科學(xué)出版社，20007陳汝全電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊(cè)【m】機(jī)械工業(yè)出版社8 陳禮明實(shí)際直流斬波電路中若干問(wèn)題的淺析梅山科技，20052.1.5 元器件列表本系統(tǒng)除了pwm信號(hào)產(chǎn)生電路采用集成芯片外，其余的均采用分立元件。具體見(jiàn)下表 1（元器件

22、清單）：commentdescriptiondesignatorfootprintlibrefquantitycap pol1polarized capacitor (radial)c1, c2, c4rb7.6-15cap pol13capcapacitorc3rad-0.3cap1diode 1n54073 amp medium power silicon rectifier dioded1, d2, d3, d4, d5dio18.84-9.6x5.6diode 1n54075diode 1n4148high conductance fast dioded6, d7dio7.1-3.9x

23、1.9diode 1n41482plug ac femaleiec mains power outlet, en60 320-2-2 f class i,pc flange rear mount, chassis socketj1iec7-2h3plug ac female1socketsocketj2pin1socket1inductor ironmagnetic-core inductorl1, l2axial-0.9inductor iron2header 2header, 2-pinp1, p2, p3hdr1x2header 23rf1s40n1040a, 100v, 0.04 oh

24、m, n-channel power mosfetq1to-262aarf1s40n101d44h8npn power amplifierq2to-220d44h81d45h8pnp power amplifierq3to-220d45h81res2resistorr1, r2, r3, r4, r5, r6axial-0.4res2610kpotentiometerr7vr5rpot1trans eqtransformer (equivalent circuit model)t1trf_4trans eq1sg3525anregulating pulse width modulatoru1d

25、ip16sg3525an1optoisolator14-pin phototransistor optocoupleru2dip-4optoisolator112.1.3 保護(hù)電路設(shè)計(jì) 斬波器的散熱設(shè)計(jì)： 熱管散熱技術(shù)是當(dāng)今國(guó)際較流行的散熱方式，國(guó)內(nèi)近年來(lái)發(fā)展較快，被人們稱之為熱的“超導(dǎo)體”，已廣泛用于車(chē)輛電傳動(dòng)系統(tǒng)，熱管的主要特點(diǎn)：高效的導(dǎo)熱性，高度的等溫性，熱流密度變換能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)多樣靈活、重量輕。由于igbt模塊的開(kāi)關(guān)頻率高，開(kāi)關(guān)損耗大，特別是對(duì)大功率igbt模塊，一般普通型材散熱器難以滿足要求。熱管散熱器特別適合于這種安裝底板絕緣的大功率igbt模塊散熱。目前適合于大功率igbt模塊的

26、熱管散熱器的熱阻可以達(dá)到額定標(biāo)準(zhǔn)以下。過(guò)電流保護(hù)電路：過(guò)電流保護(hù)采用的是在主電路中串聯(lián)一個(gè)1的電阻，在其兩端并聯(lián)電磁繼電器的線圈。過(guò)流保護(hù)信號(hào)取自電阻兩端的電壓，當(dāng)主電路的電流高于一定數(shù)值時(shí)，電磁繼電器的開(kāi)關(guān)閉合，接通低電平，該過(guò)電流信號(hào)還送到sg3525的腳10。在sg3525內(nèi)部由于t3基極與a端線相連，a端線由低電壓上升為邏輯高電平，經(jīng)過(guò)sg3525a的13腳輸出為高電平，功率驅(qū)動(dòng)電路輸出至功率場(chǎng)效應(yīng)管的控制脈沖消失。在電路中，過(guò)流保護(hù)環(huán)節(jié)還輸出一個(gè)信號(hào)到與門(mén)的輸入端，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)流信號(hào)時(shí)，檢測(cè)環(huán)節(jié)輸出一低電平信號(hào)到與門(mén)的輸入端，使脈沖消失，與sg3525的故障關(guān)閉功能一起構(gòu)成雙重保護(hù)。ig

27、bt的保護(hù)設(shè)計(jì)：在斬波電路中對(duì)斬波器的保護(hù)，實(shí)際上就是對(duì)igbt的保護(hù)。所以重要的是怎么設(shè)計(jì)好對(duì)開(kāi)關(guān)管igbt的保護(hù)方案。在設(shè)計(jì)對(duì)igbt的保護(hù)系統(tǒng)中，主要是針對(duì)過(guò)電流保護(hù)和開(kāi)關(guān)過(guò)程中的過(guò)電壓保護(hù)。igbt的過(guò)電流保護(hù)igbt的過(guò)流保護(hù)電路可分為2類(lèi)：一類(lèi)是低倍數(shù)的（1.21.5倍）的過(guò)載保護(hù)；一類(lèi)是高倍數(shù)（可達(dá)810倍）的短路保護(hù)。對(duì)于過(guò)載保護(hù)不必快速響應(yīng)，可采用集中式保護(hù)，即檢測(cè)輸入端或直流環(huán)節(jié)的總電流，當(dāng)此電流超過(guò)設(shè)定值后比較器翻轉(zhuǎn)，封鎖所有igbt驅(qū)動(dòng)器的輸入脈沖，使輸出電流降為零。這種過(guò)載電流保護(hù)，一旦動(dòng)作后，要通過(guò)復(fù)位才能恢復(fù)正常工作。 igbt能承受很短時(shí)間的短路電流，能承受短路

28、電流的時(shí)間與該igbt的導(dǎo)通飽和壓降有關(guān)，隨著飽和導(dǎo)通壓降的增加而延長(zhǎng)。如飽和壓降小于2v的igbt允許承受的短路時(shí)間小于5s，而飽和壓降3v的igbt允許承受的短路時(shí)間可達(dá)15s，45v時(shí)可達(dá)30s以上。存在以上關(guān)系是由于隨著飽和導(dǎo)通壓降的降低，igbt的阻抗也降低，短路電流同時(shí)增大，短路時(shí)的功耗隨著電流的平方加大，造成承受短路的時(shí)間迅速減小。 通常采取的保護(hù)措施有軟關(guān)斷和降柵壓2種。軟關(guān)斷指在過(guò)流和短路時(shí)，直接關(guān)斷igbt。但是，軟關(guān)斷抗騷擾能力差，一旦檢測(cè)到過(guò)流信號(hào)就關(guān)斷，很容易發(fā)生誤動(dòng)作。為增加保護(hù)電路的抗騷擾能力，可在故障信號(hào)與啟動(dòng)保護(hù)電路之間加一延時(shí)，不過(guò)故障電流會(huì)在這個(gè)延時(shí)內(nèi)急劇

29、上升，大大增加了功率損耗，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致器件的di/dt增大。所以往往是保護(hù)電路啟動(dòng)了，器件仍然壞了。 降柵壓旨在檢測(cè)到器件過(guò)流時(shí)，馬上降低柵壓，但器件仍維持導(dǎo)通。降柵壓后設(shè)有固定延時(shí)，故障電流在這一延時(shí)期內(nèi)被限制在一較小值，則降低了故障時(shí)器件的功耗，延長(zhǎng)了器件抗短路的時(shí)間，而且能夠降低器件關(guān)斷時(shí)的di/dt，對(duì)器件保護(hù)十分有利。若延時(shí)后故障信號(hào)依然存在，則關(guān)斷器件，若故障信號(hào)消失，驅(qū)動(dòng)電路可自動(dòng)恢復(fù)正常的工作狀態(tài)，因而大大增強(qiáng)了抗騷擾能力。 igbt開(kāi)關(guān)過(guò)程中的過(guò)電壓保護(hù) 關(guān)斷igbt時(shí)，它的集電極電流的下降率較高，尤其是在短路故障的情況下，如不采取軟關(guān)斷措施，它的臨界電流下降率將達(dá)到數(shù)ka/

30、s。極高的電流下降率將會(huì)在主電路的分布電感上感應(yīng)出較高的過(guò)電壓，導(dǎo)致igbt關(guān)斷時(shí)將會(huì)使其電流電壓的運(yùn)行軌跡超出它的安全工作區(qū)而損壞。所以從關(guān)斷的角度考慮，希望主電路的電感和電流下降率越小越好。但對(duì)于igbt的開(kāi)通來(lái)說(shuō)，集電極電路的電感有利于抑制續(xù)流二極管的反向恢復(fù)電流和電容器充放電造成的峰值電流，能減小開(kāi)通損耗，承受較高的開(kāi)通電流上升率。一般情況下igbt開(kāi)關(guān)電路的集電極不需要串聯(lián)電感，其開(kāi)通損耗可以通過(guò)改善柵極驅(qū)動(dòng)條件來(lái)加以控制。2.2 電路參數(shù)及選型 ud=110v 考慮占空比為90%，則 us=ud/0.9=123v 取 us=1.2u2 u2=us/1.2= 102v 考慮到10%的

31、裕量 u2=1.1102v=113v 一、二次電流計(jì)算 i2=id=13a 變比 k=u1/u2=220/113=1.95 i1=i2/k=13/1.08=12a 考慮空載電流，取 i1=1.0512=12.6a 變壓器容量計(jì)算 s1=u1i1=22012.6=2772va s2=u2i2=11313=1469va s=(s1+s2)/2=2120.5va 整流元件選擇 二極管承受反向最大電壓 udm=1.414u2=1.414113160v 考慮3倍裕量，則 utn=3160=480v 取500v 該電路整流輸出接有大電容，而且負(fù)載也不是純電感負(fù)載，但為了簡(jiǎn)化計(jì)算，仍可按電感計(jì)算，只是電流裕

32、量要可適當(dāng)取大些即可。 idd=0.5id=0.513=6.5a id=id/1.414=13/1.414=9.2a id(av)=2id/1.57=29.2/1.57=11.7a 濾波電容選擇 c1一般根據(jù)放電的時(shí)間常數(shù)計(jì)算，負(fù)載越大，要求紋波系數(shù)越小，一般不做嚴(yán)格計(jì)算，多取2000 uf以上。因該系統(tǒng)負(fù)載不大，故 取 c1=2200 uf 耐壓 1.5udm=1.5160=240v取250v 即選用2200uf、250v電容器。 igbt的選擇 因?yàn)閡s=123v，取3倍裕量，選耐壓為400v以上的igbt。由于igbt是以最大標(biāo)注且穩(wěn)定電流與峰值電流間大致為4倍關(guān)系，故應(yīng)選用大于4倍額定負(fù)載電流的igbt為宜，因此選用50a,額定電壓1600v左右的igbt 續(xù)流二極管的選擇 根據(jù) 得知 續(xù)流二極管應(yīng)選icma、額定電壓為的urm二極管3.2 d cd c 變換器控制系統(tǒng)的原理和實(shí)現(xiàn)控制原理圖2所示是該dcdc變換器控制系統(tǒng)的控制原理框圖4，其應(yīng)用背景是衛(wèi)星儲(chǔ)能姿控兩用飛輪能量回饋系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)采用電壓、電流雙閉環(huán)串級(jí)控制結(jié)構(gòu)，外環(huán)是電壓環(huán)，內(nèi)環(huán)是電流環(huán)。控制原理是電壓給定u 與電壓反饋u進(jìn)行比較，得到的電壓誤差經(jīng)電壓調(diào)節(jié)器輸出作為電流給定 ，r與電流反饋i進(jìn)行比較，得到的電流誤差經(jīng)電流調(diào)節(jié)