直流斬波電路的MATLAB建模與仿真畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 直流斬波電路的matlab建模與仿真摘要: 直流斬波電路包括降壓斬波電路，升壓斬波電路，升降壓斬波電路，cuk斬波電路，sepic斬波電路和zeta斬波電路。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的是buck降壓斬波電路，采用全控型器件igbt。根據(jù)buck降壓斬波電路設(shè)計(jì)任務(wù)要求設(shè)計(jì)主電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路，并通過(guò)matlab仿真分析。關(guān)鍵詞:降壓斬波、主電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路。abstract: dc chopping circuit including step-down chopper circuit, boost chopper circuit, buck chopper circuit, c

2、uk chopping circuit, sepic chopper circuit and zeta chopper circuit.buck step-down chopper circuit is designed in this study, using igbt type control device. according to buck step-down chopper circuit design task requirement design of main circuit, control circuit, drive and protection circuit, and

3、 through matlab simulation analysis.key words: step-down chopper, main circuit, control circuit, drive and protection circuit.引言：直流傳動(dòng)是斬波電路應(yīng)用的傳統(tǒng)領(lǐng)域，而開(kāi)關(guān)電源則是斬波電路應(yīng)用的新領(lǐng)域，是電力電子領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。dc/dc變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱(chēng)為直流斬波。直流斬波電路的用途非常廣泛，包括直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)、開(kāi)關(guān)電源，以及用于其他領(lǐng)域的直流電源。斬波器的工作方式有：脈寬調(diào)制方式（pwm）、頻率調(diào)制方式和混合型。脈寬調(diào)制方式（pwm）較

4、為通用。當(dāng)今世界軟開(kāi)關(guān)(soft switching)技術(shù)使得dc/dc變換器發(fā)生了質(zhì)的變化和飛躍，其廣泛的應(yīng)用于直流不停電電源系統(tǒng)、航天電源系統(tǒng)、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、混合能源電動(dòng)汽車(chē)等場(chǎng)合。 1設(shè)計(jì)目的 直流斬波電路（dc chopper）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，也稱(chēng)為直流直流變換器（dc/dc converter）。直流斬波電路一般是指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟姷那闆r，其中igbt降壓斬波電路就是直流斬波中最基本的一種電路，是用igbt作為全控型器件的降壓斬波電路，用于直流到直流的降壓變換。igbt是mosfet與gtr的復(fù)合器件，它既有mosfet易驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)，

5、輸入阻抗高，又具有功率晶體管電壓、電流容量大等優(yōu)點(diǎn)。其頻率特性介于mosfet與功率晶體管之間，可正常工作于幾十千赫茲頻率范圍內(nèi)，故在較高頻率的大、中功率應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。所以用igbt作為全控型器件的降壓斬波電路就有了igbt易驅(qū)動(dòng)，電壓、電流容量大的優(yōu)點(diǎn)，因此發(fā)展很快。其在直流傳動(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。因此本文設(shè)計(jì)buck降壓斬波電路，采用全控型器件igbt，并通過(guò)matlab仿真，分析buck降壓斬波電路的特性。2 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 要求設(shè)計(jì)buck降壓斬波電路的主電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路，以及進(jìn)行matl

6、ab仿真分析。 主電路模塊： 由全控型igbt的開(kāi)通與關(guān)斷的時(shí)間占空比來(lái)決定輸出電壓u。的大小。 控制電路模塊：用sg3525來(lái)控制igbt的開(kāi)通與關(guān)斷。 驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路模塊：用來(lái)驅(qū)動(dòng)igbt以及保護(hù)主電路。 通過(guò)對(duì)主電路的建模，進(jìn)行仿真分析。2.2 設(shè)計(jì)要求 對(duì)buck降壓電路的基本要求有以下幾點(diǎn)： 1.輸入直流電壓：ud=100v 2.開(kāi)關(guān)頻率30khz 3.輸出電壓范圍20v80v 4.輸出電壓紋波：小于1% 5.最大輸出電流：5a（在額定負(fù)載下） 6.具有過(guò)流保護(hù)功能，動(dòng)作電流：6a 7.具有穩(wěn)壓功能 8.采用電阻性負(fù)載時(shí)，測(cè)試效率不低于80% 4 設(shè)計(jì)內(nèi)容 根據(jù)buck降壓斬波電路設(shè)

7、計(jì)任務(wù)要求設(shè)計(jì)主電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路，設(shè)計(jì)出降壓斬波電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。buck主電路驅(qū)動(dòng)電路控制電路sg3525 圖1 電路框圖在圖1結(jié)構(gòu)框圖中，控制電路是用來(lái)產(chǎn)生igbt降壓斬波電路的控制信號(hào)，控制電路產(chǎn)生的控制信號(hào)傳到驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路將控制信號(hào)通過(guò)轉(zhuǎn)換來(lái)控制igbt，使其開(kāi)通或關(guān)斷。通過(guò)控制igbt的開(kāi)通和關(guān)斷來(lái)控制igbt降壓斬波電路的主電路工作。保護(hù)電路是用來(lái)保護(hù)電路的，防止電路產(chǎn)生過(guò)電流、過(guò)電壓和欠電壓等現(xiàn)象損害電路設(shè)備。最后進(jìn)行對(duì)主電路進(jìn)行matlab仿真分析。5 設(shè)計(jì)方案的選定與說(shuō)明5.1 降壓斬波電路5.1.1 降壓斬波電路原理式中為v處于通態(tài)的時(shí)間；為v處

8、于斷態(tài)的時(shí)間；t為開(kāi)關(guān)周期；為導(dǎo)通占空比，簡(jiǎn)稱(chēng)占空比或?qū)ū?。降壓斬波電路的占空比小?。5.2 降壓斬波電路主電路設(shè)計(jì)5.2.1 buck降壓斬波主電路在電力系統(tǒng)中，直接承擔(dān)電能的變換或控制任務(wù)的電路稱(chēng)為主電路。igbt降壓斬波電路的主電路圖如下圖2所示。它是一種降壓型變換器，其輸出電壓平均值u，總是小于輸入電壓。該電路使用一個(gè)全控型器件igbt。在igbt關(guān)斷時(shí)，為了給負(fù)載中電感電流提供通道，設(shè)置了續(xù)流二極管vd。在開(kāi)關(guān)管igbt導(dǎo)通期間，二極管vd反偏，輸入電源經(jīng)電感與電容和負(fù)載形成回路，提供能量給電感和負(fù)載，同時(shí)電容充電，電感電流增大，等效電路如圖3所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)管igbt關(guān)斷時(shí)，電感

9、自感電勢(shì)使二極管導(dǎo)通，電感中儲(chǔ)存的能力經(jīng)二極管續(xù)流給負(fù)載，電感電流減小，等效電路圖如圖4所示。如果輸出端的濾波電容足夠大，則輸出電壓近似保持不變。在穩(wěn)態(tài)情況下，因?yàn)殡娙蓦娏髌骄禐?，所以電感電流平均值等于輸出電流平均值i。在不同的情況下，變換器可能工作在電流連續(xù)模式或電流斷續(xù)模式下，這需要具體的分析。本文就不對(duì)其詳細(xì)討論了，取電流處于連續(xù)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)。 圖2 降壓斬波主電路圖5.2.2主電路元器件參數(shù)選擇主電路中有直流電源、igbt、二極管、電感、電容、電阻等元器件需要確定參數(shù)的，其參數(shù)選擇作如下說(shuō)明：(1)電源 因?yàn)轭}目要求輸入直流電壓為100v，所以直流穩(wěn)壓電源取100v作為系統(tǒng)電源。(

10、2)igbt 由圖2易知當(dāng)igbt截止時(shí)，回路通過(guò)二極管續(xù)流，此時(shí)igbt兩端承受最大正壓為100v；而當(dāng)=1時(shí)，igbt有最大電流，其值為5a。故需選擇集電極最大連續(xù)電流5a，反向擊穿電壓b100v的igbt。但是考慮到2倍的安全裕量，則需要選擇集電極最大連續(xù)電流10a，反向擊穿電壓200v的igbt。 (3)二極管 當(dāng)=1時(shí)，其承受最大反壓100v；而當(dāng)趨近于1時(shí)，其承受最大電流趨近于5a，故需選擇100v,i5a的二極管。但是考慮到2倍的安全裕量： 則需要=200v =10a(4)電感 選擇大電感l(wèi)，使得電路不至于斷流，能夠續(xù)流，此時(shí)的臨界電感為： l=（）/2fi。 設(shè)輸出電壓為80v

11、，則l=80x（10080）/2x1000x30x100x5=0.03mh所以電感l(wèi) =0.03mh，取l=0.1mh。(5) 電容 選擇的電容既要使得輸出的電壓紋波小于1%，也不能取的太大，否則會(huì)使電路的速度變得很慢。電容的選擇：也取輸出電壓為80v時(shí)來(lái)算c=（）/8lff =80x（10080）/8x0.1mhx0.01x30kx30kx100=22.2uf這里取c=25uf。(6)電阻r 因?yàn)檩敵鲭妷簽?0v80v時(shí)，而輸出的最大電流為5a。所以由歐姆定律r=u/i可得負(fù)載電阻值為最小取值在5。5.3 降壓斬波電路控制電路的設(shè)計(jì)5.3.1控制電路及器件選擇5.4.1.1 控制方式根據(jù)對(duì)輸

12、出電壓平均值進(jìn)行調(diào)制的方式不同，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)間不變，稱(chēng)為pwm。2） 保持開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不變，改變開(kāi)關(guān)周期t，稱(chēng)為頻率調(diào)制或調(diào)頻型。3） 和t都可調(diào)，使占空比改變，稱(chēng)為混合型但是普遍采用的是脈沖寬調(diào)制工作方式。因?yàn)樵趯?shí)際輸出電壓中有諧波，而諧波頻率與開(kāi)關(guān)頻率（即開(kāi)關(guān)周期）有關(guān)，濾波器是根據(jù)開(kāi)關(guān)頻率設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)好后是固定不變的。頻率調(diào)制中，開(kāi)關(guān)周期是變化的，pwm的開(kāi)關(guān)周期是不變的，因此pwm調(diào)劑方法有較好的濾波效果，是常見(jiàn)的調(diào)制方式。此電路就是采用脈沖寬調(diào)制控制igbt的通斷。5.4.1.2 sg3525芯片sg3525芯片一是款專(zhuān)用的pwm控

13、制集成電路芯片，它采用恒頻調(diào)寬控制方案，內(nèi)部包括精密基準(zhǔn)源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比較器、分頻器和保護(hù)電路等。sg3525是定頻pwm電路，采用16引腳標(biāo)準(zhǔn)dip封裝。其各引腳功能如圖4所示，內(nèi)部框圖如圖5所示。 圖4 sg3525的引腳 圖5 內(nèi)部框圖 sg3525各引腳具體功能： （1）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(kāi)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。 （2）引腳2：誤差放大器同向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)和開(kāi)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)輸入端之間接入信號(hào)不同的反饋網(wǎng)絡(luò)。 （3） 引腳3：振蕩器外接同步信號(hào)輸入

14、端。該端接外部同步脈沖信號(hào)可實(shí)現(xiàn)外電路同步。 （4） 引腳4：振蕩器輸出端。 （5） 引腳5：振蕩器定時(shí)電容接入端。 （6） 引腳6：振蕩器定時(shí)電阻接入端。 （7） 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，形成放回路。 （8） 引腳8：軟啟動(dòng)電容接入端。 （9） 引腳9：pwm信號(hào)輸入端。 （10） 引腳10：外部關(guān)斷信號(hào)輸入端。 （11） 引腳11：輸出端a。 （12） 引腳12：信號(hào)地。 （13） 引腳13：輸出級(jí)偏置電壓接入端。 （14） 引腳14：輸出端b。 （15） 引腳15：偏置電源接入端。 （16） 引腳16：基準(zhǔn)電源輸出端。sg3525芯片特點(diǎn)如下： （1） 工

15、作電壓范圍：8-35v。 （2） 5.1v微調(diào)基準(zhǔn)電源 （3） 振蕩器頻率工作范圍：100hz-500khz。 （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（灌電流/拉電流）：ma(峰值)其11和14腳輸出兩個(gè)等幅、等頻、相位互補(bǔ)、占空比可調(diào)的pwm信號(hào)。腳6、腳7 內(nèi)有一個(gè)雙門(mén)限比較器，內(nèi)設(shè)電容充放電電路，加上外接的電阻電容電路共同構(gòu)成sg3525 的振蕩器。振蕩器還設(shè)有外同步輸入端(腳3)。腳1及腳2分別為芯片內(nèi)部誤差放大器的反相輸入端、

16、同相輸入端。該放大器是一個(gè)兩級(jí)差分放大器。根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性要求，在誤差放大器的輸出腳9和腳1之間一般要添加適當(dāng)?shù)姆答佈a(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，另外當(dāng)10腳的電壓為高電平時(shí)，11和14腳的電壓變?yōu)?0輸出。5.4.2控制電路原理由于sg3525的振蕩頻率可表示為 ：式中:, 分別是與腳5、腳6相連的振蕩器的電容和電阻；是與腳7相連的放電端電阻值。根據(jù)任務(wù)要求需要頻率為30khz，所以由上式可取=1f, =15,=7.6?？傻胒=30.03khz，基本上等于實(shí)際30 khz即滿(mǎn)足要求。 sg3525具有保護(hù)的功能，可以通過(guò)改變其10腳電壓的高低來(lái)控制脈沖波的輸出。因此可以將驅(qū)動(dòng)電路輸出的過(guò)流保護(hù)電流信號(hào)經(jīng)

17、過(guò)電阻作用將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)來(lái)進(jìn)行過(guò)流保護(hù)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路檢測(cè)到過(guò)流時(shí)發(fā)出電流信號(hào)，由于電阻的作用將10腳的電位抬高，從而13腳輸出低電平，從而作用。但當(dāng)其沒(méi)有過(guò)流時(shí)，10腳一直處于低電平，從而正常的輸出pwm波。由此得出控制電路的電路圖如圖6所示。 圖6 控制電路圖5.5 驅(qū)動(dòng)電路原理與設(shè)計(jì)5.5.1本設(shè)計(jì)采用光電耦合式驅(qū)動(dòng)電路該電路雙側(cè)都有電源，其提供的脈沖寬度不受限制，較易檢測(cè)igbt的電壓和電流的狀態(tài)，對(duì)外送出過(guò)流信號(hào)。此外它使用比較方便，穩(wěn)定性比較好。雖然它需要較多的工作電源，其對(duì)脈沖信號(hào)有1s的時(shí)間滯后，不適應(yīng)于某些要求比較高的場(chǎng)合，但是適合本設(shè)計(jì)的要求，因此本設(shè)計(jì)采用光電耦合式驅(qū)動(dòng)電

18、路。5.5.2 驅(qū)動(dòng)電路工作分析：該部分主要完成以下幾個(gè)功能：(1)提供適當(dāng)?shù)恼蚝头聪蜉敵鲭妷?，使igbt可靠的開(kāi)通和關(guān)斷；(2)提供足夠大的瞬態(tài)功率或瞬時(shí)電流，使igbt能迅速建立柵控電場(chǎng)而導(dǎo)通；(3)盡可能小的輸入輸出延遲時(shí)間，以提高工作效率；(4) 足夠高的輸入輸出電氣隔離性能，使信號(hào)電路與柵極驅(qū)動(dòng)電路絕緣；(5)具有靈敏的過(guò)流保護(hù)能力。針對(duì)以上幾個(gè)要求，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行以下設(shè)計(jì)。針對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的隔離方式：采用普通光電耦合式驅(qū)動(dòng)電路，該電路雙側(cè)都有源。其提供的脈沖寬度不受限制，較易檢測(cè)igbt的電壓和電流的狀態(tài)，對(duì)外送出過(guò)流信號(hào)。另外它使用比較方便，穩(wěn)定性比較好。經(jīng)過(guò)上文的分析采用以下驅(qū)動(dòng)

19、電路：接igbt源極接igbt柵極pwm調(diào)制 圖7 驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖7所示，igbt降壓斬波電路的驅(qū)動(dòng)電路提供電氣隔離環(huán)節(jié)。光耦合器由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成，封裝在一個(gè)外殼內(nèi)。本電路中采用的隔離方法是，先加一級(jí)光耦隔離，再加一級(jí)推挽電路進(jìn)行放大。采用推挽電路進(jìn)行放大的原因是因?yàn)轵?qū)動(dòng)igbt的電壓較高，約為12v左右，而sg3525芯片提供的電壓只有5v左右，直接連入無(wú)法驅(qū)動(dòng)igbt。并且推挽式電路簡(jiǎn)單實(shí)用，故用推挽式進(jìn)行電壓放大。igbt是電壓控制型器件，在它的柵極-發(fā)射極間施加十幾v的直流電壓，只有微安級(jí)的漏電流流過(guò)，基本上不消耗功率。但igbt的柵極-發(fā)射極間存在著較大的寄生電容（幾

20、千至上萬(wàn)pf），在驅(qū)動(dòng)脈沖電壓的上升及下降沿需要提供數(shù)安電流，才能滿(mǎn)足開(kāi)通和關(guān)斷的動(dòng)態(tài)要求，這使得它的驅(qū)動(dòng)電路也必須輸出一定的峰值電流。5.6保護(hù)電路原理與設(shè)計(jì)在電力電子電路中，除了電力電子器件參數(shù)選擇合適、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)良好外，采用合適的過(guò)電壓、過(guò)電流、保護(hù)和 保護(hù)也是必要的。1.引起過(guò)電壓的原因1）操作過(guò)電壓。由斷路器的拉閘、合閘、斷電等經(jīng)常性操作中的電磁過(guò)程引起的過(guò)電壓。2）浪涌過(guò)電壓。由雷擊等偶然原因引起的，從電網(wǎng)進(jìn)入變換器的過(guò)電壓，其幅值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工作電壓。3）電力電子器件的關(guān)斷過(guò)電壓。電力電子器件關(guān)斷時(shí)，由于回路電感在電力電子器件上產(chǎn)生的過(guò)電壓。4）過(guò)電壓和過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作引起的過(guò)電壓。

21、某處過(guò)電流過(guò)電壓動(dòng)作時(shí)所產(chǎn)生的電路的過(guò)電流過(guò)電壓抑制過(guò)程，可能引起電路其他部分的過(guò)電流過(guò)電壓。2.過(guò)電壓保護(hù)方法過(guò)電壓保護(hù)的原則是：根據(jù)電路中過(guò)電壓產(chǎn)生的不同部分，加入不同的附加電路，當(dāng)超過(guò)規(guī)定電壓值時(shí)，自動(dòng)開(kāi)通附加電路，使過(guò)電壓通過(guò)附加電路形成通路，消耗或儲(chǔ)存過(guò)電壓的電磁能量，從而是過(guò)電壓的能力不會(huì)加到電力電子器件上，從而達(dá)到保護(hù)的目的。保護(hù)電路的形式很多，也很復(fù)雜。3.引起過(guò)電流的原因1）外部出現(xiàn)負(fù)載過(guò)大、交流電源電壓過(guò)高或過(guò)低、缺相時(shí)引起的過(guò)電流。2）電力電子變換器內(nèi)部某一器件擊穿或短路、線(xiàn)路絕緣老化失效、直流側(cè)短路、可逆?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生環(huán)流或逆變失敗引起的過(guò)電流。3）控制電路、觸發(fā)電路、驅(qū)

22、動(dòng)電路的故障或干擾信號(hào)的侵入引起的誤動(dòng)作所引起的過(guò)電流4）配線(xiàn)等人為的錯(cuò)誤引起的過(guò)電流。由于電力電子器件的電流過(guò)載能力比一般電氣設(shè)備差很多，因此，必須對(duì)變換器進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^(guò)電流保護(hù)。變換器的過(guò)電流一般主要分為兩類(lèi)：過(guò)載過(guò)電流和短路過(guò)電流。4.過(guò)電流保護(hù)方法過(guò)電流保護(hù)可以采用交流進(jìn)線(xiàn)電抗器、電流檢測(cè)裝置和直流過(guò)流繼電器、快速熔斷器等方法。5.限制電壓上升率的原因晶閘管的pn結(jié)存在著結(jié)電容，在阻斷狀態(tài)下，當(dāng)加在晶閘管上的正向電壓上升率較大時(shí)，就會(huì)有較大的充電電流流過(guò)結(jié)電容，起到觸發(fā)電流的作用，使晶閘管誤導(dǎo)通，所以要限制電壓上升率。6.產(chǎn)生電壓上升率的原因1）由電網(wǎng)侵入的過(guò)電壓2）由于電力電子器件換相

23、時(shí)產(chǎn)生的7. 限制電流上升率的原因晶閘管在導(dǎo)通瞬間，電流集中在門(mén)極附近，隨著時(shí)間的推移，導(dǎo)通區(qū)才逐漸擴(kuò)大，直到全部結(jié)面導(dǎo)通為止。在剛導(dǎo)通時(shí)，如果電流上升率較大，會(huì)引起門(mén)極附近過(guò)熱，造成晶閘管損壞，所以要限制電流上升率。8. 變換器中產(chǎn)生過(guò)大的的原因1）電力電子器件從阻斷到導(dǎo)通期間，主電路電流增長(zhǎng)過(guò)快。2）交流側(cè)電抗小或交、直流側(cè)阻容吸收裝置電容量過(guò)大，當(dāng)電子電子器件導(dǎo)通時(shí)，流過(guò)過(guò)大的附加電容的充、放電電流。3）與電力電子器件并聯(lián)的緩沖保護(hù)電路在晶閘管開(kāi)通時(shí)的放電電流。5.6.1 過(guò)電壓保護(hù)電路：本次設(shè)計(jì)的電路要求輸出電壓為20v80v，所以當(dāng)輸出電壓設(shè)定時(shí)，一旦出現(xiàn)過(guò)電壓，為了保護(hù)電路和器件，

24、應(yīng)立刻將電路斷開(kāi)，及關(guān)斷igbt的脈沖，使電路停止工作。因?yàn)樾酒瑂g3525的引腳10端為外部關(guān)斷信號(hào)輸入端，所以可以利用sg3525的這個(gè)特點(diǎn)進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)。當(dāng)引腳10端輸入的電壓等于或超過(guò)8v時(shí)，芯片將立刻鎖死，輸出脈沖將立即斷開(kāi)。所以可以從輸出電壓中進(jìn)行電壓取樣，并將取樣電壓通過(guò)比較器輸入10端，從而實(shí)現(xiàn)電壓保護(hù)。如圖6所示：取樣電壓的方法是在u。端串聯(lián)兩個(gè)電阻再通過(guò)在電阻中分得的電壓連入比較器的正端，與連入負(fù)端的基準(zhǔn)電壓（5v）進(jìn)行比較。正常狀態(tài)下，取樣電壓小于基準(zhǔn)電壓，此時(shí)比較器輸出的是負(fù)的最大值，芯片正常工作，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)電壓時(shí)，取樣電壓高于基準(zhǔn)電壓，此時(shí)輸出高電平15v，在通過(guò)電阻分壓

25、得到5v的高電平送入芯片的10端，使其鎖死，igbt脈沖斷開(kāi)，電路斷開(kāi)，從而對(duì)電路實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)。設(shè)計(jì)的過(guò)壓保護(hù)電路圖如圖8所示：取樣電壓接入sg3525的10端 圖8 過(guò)壓保護(hù)電路原理圖5.6.2過(guò)電流保護(hù)電路待添加的隱藏文字內(nèi)容3本次設(shè)計(jì)要求具有過(guò)流保護(hù)功能，在電流達(dá)到6a時(shí)動(dòng)作。如前所述，sg3525的引腳10端在輸入一個(gè)高電平時(shí)具有自鎖功能，所以仍然可以利用這個(gè)方法進(jìn)行過(guò)流保護(hù)。主要思想是將過(guò)電流轉(zhuǎn)化為過(guò)電壓。具體的做法是在干路上串聯(lián)一個(gè)很小的電阻，再在這個(gè)小電阻上并聯(lián)一個(gè)大電阻，從而進(jìn)行過(guò)電流與過(guò)電壓的轉(zhuǎn)化。將轉(zhuǎn)化的電壓連入比較器和一個(gè)基準(zhǔn)電壓(取0.6v)相比較，就是在基準(zhǔn)5.1v經(jīng)

26、過(guò)電阻分壓得到0.6v,再將輸出經(jīng)降壓后得到5v后連入sg3525的10端。在正常狀態(tài)下連入的電壓小于基準(zhǔn)電壓，此時(shí)，輸出一個(gè)負(fù)的最大值，芯片不會(huì)鎖死，正常工作。而當(dāng)過(guò)電流時(shí)，轉(zhuǎn)化的電壓高于基準(zhǔn)電壓，此時(shí)輸出一個(gè)高電平，芯片的10端鎖死，igbt脈沖斷開(kāi)，電路斷開(kāi)，從而對(duì)電路實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)。設(shè)計(jì)的過(guò)流保護(hù)電路如圖9所示：接入sg3525的10端過(guò)流保護(hù)輸入圖9 過(guò)電流保護(hù)原理電路圖5.6.3 igbt的保護(hù)igbt如果不采取保護(hù)，它很容易損壞。一般認(rèn)為igbt要原因有兩種：一是igbt退出飽和區(qū)而進(jìn)入了放大區(qū)，使得開(kāi)關(guān)損耗增大；二是igbt發(fā)生短路，產(chǎn)生很大的瞬態(tài)電流，從而使igbt損壞。下面是

27、對(duì)igbt進(jìn)行設(shè)計(jì)的保護(hù)電路。rc串聯(lián)電路可以對(duì)igbt進(jìn)行過(guò)電壓保護(hù)，而反向二極管可以對(duì)igbt進(jìn)行過(guò)電流保護(hù)。在無(wú)緩沖電路的情況下，igbt開(kāi)通時(shí)電流迅速上升，di/dt很大；關(guān)斷時(shí)du/dt很大，并出現(xiàn)很大的過(guò)電壓。在有緩沖電路的情況下；v開(kāi)通時(shí)c5通過(guò)r34向v放電，使先上一個(gè)臺(tái)階，以后因有，上升速度減慢；v關(guān)斷時(shí)負(fù)載電流通過(guò)vd向c5分流，減輕了v的負(fù)擔(dān)，抑制了du/dt過(guò)電壓。vd和r34的作用是在v關(guān)斷時(shí)，給提供釋放儲(chǔ)能的回路。如圖11所示： 圖11 igbt保護(hù)電路6 matlab仿真與分析6.1 主電路的建模建模步驟如下：1.建立一個(gè)新的模型窗口，命名為buck。2.打開(kāi)電力

28、電子模塊組，分別復(fù)制igbt模塊、二極管d模塊到buck模型窗口中，按要求設(shè)置igbt的參數(shù)。3.打開(kāi)電源模塊組，復(fù)制電壓源模塊dc voltage source到buck模型窗口中，打開(kāi)參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框，設(shè)置電壓為100v。4.打開(kāi)元件模塊組，復(fù)制一個(gè)并聯(lián)r-c元件組模塊到buck模型窗口中作為負(fù)載，打開(kāi)參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框，按要求設(shè)置參數(shù)；再?gòu)?fù)制一個(gè)l元件模塊到buck模型窗口中，串接在igbt模塊和負(fù)載r-c之間，參數(shù)按要求設(shè)置。5.打開(kāi)測(cè)量模塊組，添加一電壓量裝置以測(cè)量負(fù)載電壓。6.從輸入源模塊組中復(fù)制一個(gè)脈沖發(fā)生器pulse模塊到仿真模型窗口中，將其輸出連接到igbt的門(mén)級(jí)上。7.通過(guò)適當(dāng)連

29、接，可以得到系統(tǒng)仿真電路，如下圖所示。6.2 主電路的仿真打開(kāi)仿真參數(shù)窗口，選擇ode23tb算法，將相對(duì)誤差設(shè)置為1e-3，仿真開(kāi)始時(shí)間為0.0194s,停止時(shí)間為設(shè)置為20.8e-3s，仿真結(jié)果如下面情況所示。當(dāng)pwm的占空比取的是a=50%，當(dāng)一個(gè)周期t結(jié)束后，負(fù)載電壓的理論平均值，經(jīng)過(guò)相關(guān)參數(shù)的調(diào)試，實(shí)際,此時(shí)設(shè)計(jì)的最佳參數(shù)為：l=400e-5 h，r=3.8歐，c=3e-5 f。輸出負(fù)載電壓波形圖為： 當(dāng)pwm的占空比取的是a=25%，當(dāng)一個(gè)周期t結(jié)束后，負(fù)載電壓的理論平均值，經(jīng)過(guò)相關(guān)參數(shù)的調(diào)試，實(shí)際,此時(shí)設(shè)計(jì)的最佳參數(shù)為：l=500e-5 h，r=15歐，c=4e-5 f。輸出負(fù)載端電壓波形圖為：當(dāng)pwm的占空比取的是a=75%，當(dāng)一個(gè)周期t結(jié)束后，負(fù)載電壓的理論平均值，經(jīng)過(guò)相關(guān)參數(shù)的調(diào)試，實(shí)際,此時(shí)設(shè)計(jì)的最佳參數(shù)為：l=250e-5 h，r=8歐，c=2.8e-5 f。輸出負(fù)載端電壓波形圖為： 對(duì)以上的仿真結(jié)果進(jìn)行分析可知，通過(guò)buck降壓斬波電路所得到的直流電壓與理論值基本相同，結(jié)果正確，達(dá)到了設(shè)計(jì)的基本要求。結(jié)束語(yǔ)本課程要求設(shè)計(jì)直流斬波電路的matlab建模與仿真，本文選擇了其中的buck降壓直流斬波進(jìn)行matlab建模與仿真。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，驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路模塊，除了上述主要模塊之外，還必須考慮電路中電力電子器