升壓直流斬波電路

1、 電力電子技術(shù)課程設(shè)計說明書 升壓直流斬波電路設(shè)計院 、 部： 電氣與信息工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職稱 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 完成時間： 電力電子課程設(shè)計課題任務(wù)書學(xué)院： 電氣與信息工程學(xué)院 專業(yè)：電氣工程及其自動化專業(yè) 指導(dǎo)教師學(xué)生姓名課題名稱升壓直流斬波電路設(shè)計內(nèi)容及任務(wù)一、 設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個升壓直流斬波電路，已知交流電源：單相220V，前級整流輸出電壓限制在50V以內(nèi)，斬波輸出電流最大值2A，純電阻負(fù)載，斬波輸出直流電壓在50100V可調(diào)。二、設(shè)計內(nèi)容1、關(guān)于本課程學(xué)習(xí)情況簡述；2、主電路的設(shè)計、原理分析和器件的選擇；3、控制電路的設(shè)計；4、保護(hù)電路的設(shè)計；5

2、、利用MATLAB軟件對自己的設(shè)計進(jìn)行仿真。主要參考資料1 王兆安,王俊編.電力電子技術(shù)(第5版).北京:機械工業(yè)出版社,20122 黃俊,秦祖蔭編.電力電子自關(guān)斷器件及電路.北京:機械工業(yè)出版社,19913 李序葆,趙永健編.電力電子器件及其應(yīng)用.北京:機械工業(yè)出版社,1996教研室意見 教研室主任：年 月 日I摘 要電力電子電路的基本作用是進(jìn)行電能的變換與控制，即將一定形式的輸入點能變換成另外一種形式的電能輸出，從而滿足不同負(fù)載的要求。電能的形式可以分為交流和直流兩種類型，因此根據(jù)輸入、輸出的不同形式，可將電力電子電路分為四大類型，即AC-DC變換器、DC-AC變換器、DC-DC變換器、A

3、C-AC變換器。該設(shè)計將主要介紹其中的DC-DC變換器。隨著半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。目前直流變換電路的用途非常廣泛，無論是從性能、功率還是節(jié)能性上，都處于不斷地發(fā)展之中。其中升壓直流斬波電路是輸出電壓高于電源電壓的一種斬波電路，主要運用于直流電動機傳動、單相功率因數(shù)校正以及交直流電源中。該設(shè)計中，運用了單相橋式全控整流電路和升壓斬波電路結(jié)合，從而實現(xiàn)升壓直流斬波。通過方案選定，電路構(gòu)造以及電路調(diào)試，最終基本實現(xiàn)升壓直流斬波電路功能。由于知識淺薄，該課程設(shè)計說明書里還存在不少紕漏和錯誤，殷切希望老師和同學(xué)們的批評指正。關(guān)鍵詞：直流；

4、斬波；升壓II目 錄1 緒論11.1 電力電子技術(shù)的介紹11.2 電力電子技術(shù)的應(yīng)用11.3 直流直流變流技術(shù)21.4 設(shè)計要求22 系統(tǒng)總體方案設(shè)計22.1 總體電路設(shè)計框圖22.2 整流電路選擇23 主電路設(shè)計53.1 整流電路53.1.1 整流電路圖及工作波形53.1.2 整流電路工作原理63.2 升壓斬波電路63.2.1 升壓斬波電路及工作波形63.2.2 升壓斬波電路工作原理73.3 元器件參數(shù)及選型73.3.1 晶閘管的選型73.3.2 絕緣柵雙極晶體管（IGBT）選型94 控制電路及驅(qū)動電路114.1 控制電路114.1.1 SG3525控制芯片介紹114.1.2 SG3525外

5、部引腳功能124.2 驅(qū)動電路134.3 控制和驅(qū)動電路原理圖135 保護(hù)電路設(shè)計155.1 過電流保護(hù)155.2 過電壓保護(hù)156 仿真電路圖及結(jié)果166.1 MATLAB仿真軟件166.2 整流電路仿真及部分參數(shù)設(shè)置166.2.1 整流電路仿真模型166.2.2 部分參數(shù)設(shè)置176.3 升壓斬波電路仿真模型196.4 總電路仿真模型196.5 仿真波形及波形分析207 設(shè)計總結(jié)22參考文獻(xiàn)23致 謝24附錄25附錄A 升壓直流斬波總電路圖25附錄B 元件清單261 緒論1.1 電力電子技術(shù)的介紹電力電子技術(shù)是一門新興的應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，就是使用電力電子器件（如晶閘管，GTO，IGB

6、T等）對電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)所變換的“電力”功率可大到數(shù)百MW甚至GW，也可以小到數(shù)W甚至1W以下，和以信息處理為主的信息電子技術(shù)不同電力電子技術(shù)主要用于電力變換。電力電子技術(shù)分為電力電子器件制造技術(shù)和變流技術(shù)兩個分支。 現(xiàn)已成為現(xiàn)代電氣工程與自動化專業(yè)不可缺少的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)該專業(yè)人才中占有重要地位。 電力電子學(xué)（Power Electronics）這一名稱是在上世紀(jì)60年代出現(xiàn)的。1974年，美國的W .Newell用一個倒三角形對電力電子學(xué)進(jìn)行了描述，認(rèn)為它是由電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論三個學(xué)科交叉而形成的。這一觀點被全世界普遍接受?！半娏﹄娮訉W(xué)”和“電力電子技術(shù)

7、”是分別從學(xué)術(shù)和工程技術(shù)2個不同的角度來稱呼的。1.2 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)是一門新興技術(shù)，它是由電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論三個學(xué)科交叉而成的，在電氣自動化專業(yè)中已成為一門專業(yè)基礎(chǔ)性強且與生產(chǎn)緊密聯(lián)系的不可缺少的專業(yè)基礎(chǔ)課。本課程體現(xiàn)了弱電對強電的控制，又具有很強的實踐性。能夠理論聯(lián)系實際，在培養(yǎng)自動化專業(yè)人才中占有重要地位。它包括了晶閘管的結(jié)構(gòu)和分類、晶閘管的過電壓和過電流保護(hù)方法、可控整流電路、晶閘管有源逆變電路、晶閘管無源逆變電路、PWM控制技術(shù)、交流調(diào)壓、直流斬波以及變頻電路的工作原理。在電力電子技術(shù)中，可控整流電路是非常重要的內(nèi)容，整流電路是將交流電變?yōu)橹绷麟姷碾娐?，其?yīng)用非

8、常廣泛。工業(yè)中大量應(yīng)用的各種直流電動機的調(diào)速均采用電力電子裝置；電氣化鐵道（電氣機車、磁懸浮列車等）、電動汽車、飛機、船舶、電梯等交通運輸工具中也廣泛采用整流電力電子技術(shù)；各種電子裝置如通信設(shè)備中的程控交換機所用的直流電源、大型計算機所需的工作電源、微型計算機內(nèi)部的電源都可以利用整流電路構(gòu)成直流電源供電，可以說有電源的地方就有電力電子技術(shù)的設(shè)備。1.3 直流直流變流技術(shù)直流-直流變流電路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，包括直接直流變流電路和間接直流變流電路。直接直流變流電路也稱斬波電路，它的功能是將直流電變成為另一固定電壓或可調(diào)電壓的直流電，一般是指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷?/p>

9、電，這種情況下輸入與輸出之間不隔離。間接直流變流電路是在直流變流電路中增加了交流環(huán)節(jié)，在交流環(huán)節(jié)中通常采用變壓器實現(xiàn)輸入輸出間的隔離，因此也稱為帶隔離的直流-直流變流電路或直-交-直電路。直流斬波電路的種類較多，包括六種基本斬波電路：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，其中前兩種是最基本的電路。直流斬波器在把直流變換成另一電壓直流的過程中，依靠的是脈沖寬度調(diào)制(PWM)的工作方式，因此直流斬波調(diào)速系統(tǒng)也稱直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)。斬波器的工作方式有：脈寬調(diào)制方式（Ts不變，改變ton）和頻率調(diào)制方式（ton不變，改變Ts）兩種。前者較為通用

10、，后者容易產(chǎn)生干擾。當(dāng)今世界軟開關(guān)技術(shù)使得DC/DC變換器發(fā)生了質(zhì)得變化和飛躍。經(jīng)濟性能：直流電動機VM調(diào)速系統(tǒng)使用的電源是三相交流電源，但是在許多應(yīng)用場合的電源卻是直流電源，例采用直流電網(wǎng)供電的城市公交車(電車)、地鐵，由蓄電池供 電的電動汽車、電瓶車等，在這種應(yīng)用場合使用的直流調(diào)速系統(tǒng)則必須采用DCDC變換器，即在這種應(yīng)用場合不能使用VM調(diào)速系統(tǒng)，而應(yīng)使用直流斬波調(diào)速系統(tǒng)。1.4 設(shè)計要求電路中要求：交流電源為單相220V，前級整流輸出電壓限制在50V以內(nèi)，斬波電路所帶負(fù)載為純電阻負(fù)載，斬波電路輸出電流最大值為2A，輸出直流電壓在50100V可調(diào)。22 系統(tǒng)總體方案設(shè)計該設(shè)計中，升壓直流斬

11、波電路有前級整流電路和升壓斬波主電路構(gòu)成。下面將就前級整流電路的選擇進(jìn)行說明。直流可調(diào)升壓斬波整流電路2.1 總體電路設(shè)計框圖控制驅(qū)動電路負(fù) 載工頻交流電源直流直流直流圖1 系統(tǒng)設(shè)計框圖交流輸入、直流輸出的開關(guān)電源將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，再通過升壓斬波電路輸出直流可調(diào)電壓，其基本的變換過程如圖1所示。2.2 整流電路選擇單相整流電路可分為單相橋式相控整流電路和單相橋式半控整流電路，整流的結(jié)構(gòu)也較多。因此在做設(shè)計之前主要考慮了以下幾種方案：方案一：單相橋式半控整流電路電路簡圖如圖2所示。圖2 單相橋式半控整流電路圖2電路中，對每個導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，相對于全控橋而言少了一個控制器件，用二極管代替，有

12、利于降低損耗。如果不加續(xù)流二極管，當(dāng)突然增大至180°或觸發(fā)沖丟失時，由于電感儲能不經(jīng)變壓器二次繞組釋放，只是消耗在負(fù)載電阻上，會發(fā)生一個晶閘管導(dǎo)通而兩個二極管輪流導(dǎo)通的情況，這使ud成為正弦半波，即半周期ud為正弦，另外半周期為ud為零，其平均值保持穩(wěn)定，相當(dāng)于單相半波不可控整流電路時的波形，即為失控。所以必須加續(xù)流二極管，以免發(fā)生失控現(xiàn)象。方案二：單相橋式全控整流電路電路簡圖如圖3所示。圖3 單相橋式全控整流電路圖3電路中，對每個導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，無須用續(xù)流二極管，也不會失控現(xiàn)象，負(fù)載形式多樣，整流效果好，波形平穩(wěn)，應(yīng)用廣泛。變壓器二次繞組中，正負(fù)兩個半周電流方向相反且波形對稱，

13、平均值為零，即直流分量為零，不存在變壓器直流磁化問題，變壓器的利用率也高。方案三：單相半波可控整流電路電路簡圖如圖4所示。圖4 單相半波可控整流電路圖4電路中，只需要一個可控器件，電路比較簡單，VT的a移相范圍為180。但輸出脈動大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化。為使變壓器鐵心不飽和，需增大鐵心截面積，增大了設(shè)備的容量。實際上很少應(yīng)用此電路。方案四：單相全波可控整流電路電路簡圖如圖5所示。圖5 單相全波可控整流電路圖5電路中，變壓器是帶中心抽頭的，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，只要用2個可控器件，單相全波只用2個晶閘管，比單相全控橋少2個，因此少了一個管壓降，相應(yīng)地，門極驅(qū)動電路也少2

14、個，但是晶閘管承受的最大電壓是單相全控橋的2倍。不存在直流磁化的問題，適用于輸出低壓的場合作電流脈沖大（電阻性負(fù)載時），且整流變壓器二次繞組中存在直流分量,使鐵心磁化，變壓器不能充分利用。而單相全控式整流電路具有輸出電流脈動小，功率因數(shù)高，變壓器二次電流為兩個等大反向的半波，沒有直流磁化問題，變壓器利用率高的優(yōu)點。相同的負(fù)載下流過晶閘管的平單相全控式整流電路其輸出平均電壓是半波整流電路2倍，在均電流減小一半；且功率因數(shù)提高了一半。在以上不同單相整流電路中，單相橋式全控整流電路對每個導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，無須用續(xù)流二極管，也不會失控現(xiàn)象，負(fù)載形式多樣，整流效果好，波形平穩(wěn)，應(yīng)用廣泛。變壓器二次繞組中

15、，正負(fù)兩個半周電流方向相反且波形對稱，平均值為零，即直流分量為零，不存在變壓器直流磁化問題，變壓器的利用率也高，因此，在整流電路選擇單相橋式全控整流電路, 即采用方案二。3 主電路設(shè)計主電路由前級整流電路與升壓斬波電路構(gòu)成，下面就整流電路與升壓斬波電路進(jìn)行說明。3.1 整流電路整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。完成這一任務(wù)主要是靠晶閘管的單向?qū)щ娮饔?，因此晶閘管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。3.1.1 整流電路圖及工作波形該電路中電源變壓器的作用是將交流電網(wǎng)電壓變成整流電路要求的交流電壓，電阻是要求直流供電的負(fù)載電阻，四只晶閘管接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。前級整流電路圖如圖6所示，工

16、作波形圖如圖7 所示。圖6 單相橋式全控整流電路圖圖7 單相橋式全控整流電路工作波形圖3.1.2 整流電路工作原理 在電源電壓正半周期間，VT1、VT2承受正向電壓，若在時觸發(fā)，VT1、VT2導(dǎo)通，電流經(jīng)VT1、負(fù)載、VT2和T二次側(cè)形成回路，但由于大電感的存在，過零變負(fù)時，電感上的感應(yīng)電動勢使VT1、VT2繼續(xù)導(dǎo)通，直到VT3、VT4被觸發(fā)導(dǎo)通時，VT1、VT2承受反相電壓而截止。輸出電壓的波形出現(xiàn)了負(fù)值部分。在電源電壓負(fù)半周期間，晶閘管VT3、VT4承受正向電壓，同時觸發(fā)VT3、VT4導(dǎo)通，VT1、VT2受反相電壓截止，負(fù)載電流從VT1、VT2中換流至VT3、VT4中在時，電壓過零，VT3

17、、VT4因電感中的感應(yīng)電動勢一直導(dǎo)通，直到下個周期VT1、VT2導(dǎo)通時，VT3、VT4因加反向電壓才截止。只有當(dāng)時負(fù)載電流才連續(xù)，當(dāng)時負(fù)載電流不連續(xù)，而且輸出電壓的平均值均接近零，因此這種電路控制角的移相范圍是。3.2 升壓斬波電路直接直流變流電路也稱斬波電路，包括直接直流電變流電路和間接直流電變流電路，它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。直流斬波電路的種類有很多，包括六種基本斬波電路：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。該設(shè)計主要針對升壓斬波電路，它是輸出電壓高于電源電壓的一種斬波電路。3.2.1 升壓斬波電路及

18、工作波形圖8 升壓斬波電路及工作波形3.2.2 升壓斬波電路工作原理圖8電路中，使用一個全控型器件IGBT。假設(shè)電路中電感L值很大，電容C值也很大。當(dāng)V處于通態(tài)時，電源E向電感L充電，充電電流基本恒定為I1，同時電容C上的電壓向負(fù)載R供電。因為C值很大，基本保持輸出電壓Uo為恒值，記為Uo。設(shè)V處于通態(tài)時間為Ton,此階段電感L上積蓄的能量為EI1Ton。設(shè)V處于通態(tài)時E和L共同向電容C充電，并向負(fù)載R提供能量，設(shè)V處于斷態(tài)的時間為Toff,則在此期間電感L釋放的能量（Uo-Ui）I1Toff。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時，一個周期T中電感L積蓄的能量與釋放的能量相等，即 （1） 化簡得， （2） 上式

19、中表示導(dǎo)通占空比，調(diào)節(jié)其大小，即可改變輸出電壓Uo的大小。升壓斬波電路能使輸出電壓高于電源電壓的原因： 1.電感L儲能以后具有使電壓泵升的作用； 2.電容C可保持輸出電壓。3.3 元器件參數(shù)及選型由于單相橋式全控整流帶電感性負(fù)載主電路主要元件是晶閘管，所以選取元件時主要考慮晶閘管的參數(shù)及其選取原則。3.3.1 晶閘管的選型額定電壓UTn通常取UDRM和URRM中較小的，再取靠近標(biāo)準(zhǔn)的電壓等級作為晶閘管型的額定電壓。在選用管子時，額定電壓應(yīng)為正常工作峰值電壓的23倍，以保證電路的工作安全。晶閘管的額定電壓： (3)額定電流IT(AV) IT(AV)又稱為額定通態(tài)平均電流。其定義是在室溫40

20、76;和規(guī)定的冷卻條件下，元件在電阻性負(fù)載流過正弦半波、導(dǎo)通角不小于170°的電路中，結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時，所允許的最大通態(tài)平均電流值。將此電流按晶閘管標(biāo)準(zhǔn)電流取相近的電流等級即為晶閘管的額定電流。要注意的是若晶閘管的導(dǎo)通時間遠(yuǎn)小于正弦波的半個周期，即使正向電流值沒超過額定值，但峰值電流將非常大，可能會超過管子所能提供的極限，使管子由于過熱而損壞。在實際使用時不論流過管子的電流波形如何、導(dǎo)通角多大，只要其最大電流有效值,散熱冷卻符合規(guī)定，則晶閘管的發(fā)熱、溫升就能限制在允許的范圍。：額定電流有效值，根據(jù)管子的換算出，、 三者之間的關(guān)系如下： (4) (5)波形系數(shù)：有直流分量的電流波形

21、，其有效值I與平均值Id之比稱為該波形的波形系數(shù)，用表示： (6) 額定狀態(tài)下， 晶閘管的電流波形系數(shù)： (7)晶閘管承受最大電壓為（考慮到2倍裕量）200V.晶閘管的選擇原則：、若散熱條件不符合規(guī)定要求時，則元件的額定電流應(yīng)降低使用。 a.通態(tài)平均管壓降 Ut(av) 。指在規(guī)定的工作溫度條件下，使晶閘管導(dǎo)通的正弦波半個周期內(nèi)陽極與陰極電壓的平均值，一般在0.41.2V。 b.維持電流Ih 。指在常溫門極開路時，晶閘管從較大的通態(tài)電流降到剛好能保持通態(tài)所需要的最小通態(tài)電流。一般Ih值從幾十到幾百毫安，由晶閘管電流容量大小而定。 c.門極觸發(fā)電流Ig 。在常溫下，陽極電壓為6V時，使晶閘管能完

22、全導(dǎo)通所需的門極電流，一般為毫安級。 d.斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt。在額定結(jié)溫和門極開路的情況下，不會導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的最大正向電壓上升率。一般為每微秒幾十伏。e.通態(tài)電流臨界上升率di/dt。在規(guī)定條件下，晶閘管能承受的最大通態(tài)電流上升率。若晶閘管導(dǎo)通時電流上升太快，則會在晶閘管剛開通時，有很大的電流集中在門極附近的小區(qū)域內(nèi)，從而造成局部過熱而損壞晶閘管。、所選晶閘管電流有效值Itn 大于元件 在電路中可能流過的最大電流有效值。、選擇時考慮（1.52）倍的安全余量。即Itn1.57It(av)（1.52）Itm。晶閘管的額定電流輸出電流的有效值為最小值，所以該額定電流也為最小值

23、，考慮到2倍裕量,取4A.即晶閘管的額定電流至少應(yīng)大于4A.因此，設(shè)計中選用4個KP5-8晶閘管來實現(xiàn)電路功能。3.3.2 絕緣柵雙極晶體管（IGBT）選型該設(shè)計的電源電壓為220V，前級輸出電壓50V,當(dāng)二極管VD導(dǎo)通時V的C和E兩端承受的電壓為前級輸出電壓，因此UCE=50V。圖9 IGBT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性UGE(th)隨溫度的升高略有下降，溫度每升高1°C，其值下降5mV左右。在+25°C時，UGE(th)的值一般為26V。由計算公式有： (8) (9) 式中，；。取為50，則：Imax=220/R=4.4A。根據(jù)設(shè)計要求：電阻參數(shù)：升壓斬波電路電壓輸出50100

24、V可調(diào)，電流輸出最大值為2A，選取阻值為50電阻。電感參數(shù)：由于電感L要盡量大一些否則會出現(xiàn)負(fù)載電流斷續(xù)的情況，所以選擇L的值為1mH。續(xù)流二極管VD的參數(shù)設(shè)定：VD所承受的最大反向電壓是當(dāng)IGBT導(dǎo)通時的電壓?？紤]其安全裕度則IGBT的額定電壓可以為23倍峰值電壓，所以額定電壓可為440V660V.額定電流33A44A，二極管VD與其類似,最大反向電壓為220V。考慮到器件安全裕度,則IGBT的額定電壓可以為23倍峰值電壓，所以額定電壓可為440V660V，額定電流33A44A，二極管VD與其類似，VD的最大反向電壓為220V。選擇IGBT的型號為IRG4PC40U,其額定電壓為600V，額

25、定電流為40A。選擇續(xù)流二極管的型號為HFA25TB60，其額定電壓為600V，額定電流為25A。4 控制電路及驅(qū)動電路該系統(tǒng)中，控制電路應(yīng)用SG3525芯片，驅(qū)動電路將控制電路輸出的PWM脈沖放大至足以驅(qū)動功率晶體管，起到開關(guān)功率放大作用。4.1 控制電路4.1.1 SG3525控制芯片介紹SG3525 是一種性能優(yōu)良、功能齊全和通用性強的單片集成PWM控制芯片，它簡單可靠及使用方便靈活，輸出驅(qū)動為推拉輸出形式，增加了驅(qū)動功能；內(nèi)部含有欠壓鎖定電路、軟啟動控制電路、PWM鎖存器，有過流保護(hù)功能，頻率可調(diào)，同時能限制最大占空比。SG3525控制芯片特點如下： （1）工作電壓范圍寬：835V。

26、（2）5.1（11.0%）V微調(diào)基準(zhǔn)電源。 （3）振蕩器工作頻率范圍寬：100Hz400KHz。 （4）具有振蕩器外部同步功能。 （5）死區(qū)時間可調(diào)。 （6）內(nèi)置軟啟動電路。 （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）逐個脈沖關(guān)斷。 （10）雙路輸出（灌電流/拉電流）：mA(峰值)。 SG3525內(nèi)置了5.1V精密基準(zhǔn)電源，微調(diào)至1.0%，在誤差放大器共模輸入電壓范圍內(nèi)，無須外接分壓電組。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)時鐘信號同步，為設(shè)計提供了極大的靈活性。在CT引腳和Discharge引腳之間加入一個電阻就可以實現(xiàn)對死區(qū)

27、時間的調(diào)節(jié)功能。由于SG3525內(nèi)部集成了軟啟動電路，因此只需要一個外接定時電容。SG3525內(nèi)部電路中，直流電源 Vs 從腳 15 接入后分兩路，一路加到或非門；另一路送到基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓器的輸入端，產(chǎn)生穩(wěn)定的元器件作為電源。振蕩器腳 5 須外接電容 CT，腳 6須外接電阻 RT。振蕩器頻率由外接電阻RT 和電容CT決定，振蕩器的輸出分為兩路，一路以時鐘脈沖形式送至雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及兩個或非門；另一路以鋸齒波形式送至比較器的同相輸入端，比較器的反向輸入端接誤差放大器的輸出，誤差放大器的輸出與鋸齒波電壓在比較器中進(jìn)行比較，輸出一個隨誤差放大器輸出電壓高低而改變寬度的方波脈沖，再將此方波脈沖送到或非門的

28、一個輸入端。其他引腳分別為：引腳1為反相輸入，2為同相輸入引腳，3為同步端引腳，4為振蕩器輸出引腳，7為放電端引腳，8為軟啟動端引腳，9為補償引腳，10為閉鎖控制引腳，引腳12接地。4.1.2 SG3525外部引腳功能1 162 153 144 135 126 117 108 9圖10 SG3525外部管腳圖（1）Inv.input(引腳1)：誤差放大器反向輸入端。閉環(huán)系統(tǒng)中，該引腳接反饋信號。開環(huán)系統(tǒng)中，該端與補償信號輸入端（引腳9）相連，構(gòu)成跟隨器。 （2）Noninv.input(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。根據(jù)需要，在該端與補償信號輸入端（引

29、腳9）之間接入不同的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型的調(diào)節(jié)器。 （3）Sync(引腳3)：振蕩器外接同步信號輸入端。該端接外部同步脈沖信號可實現(xiàn)與外電路同步。 （4）OSC.Output(引腳4)：振蕩器輸出端。 （5）CT(引腳5)：振蕩器定時電容接入端。 （6）RT（引腳6）：振蕩器定時電阻接入端。 （7）Discharge(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。 （8）Soft-Start(引腳8)：軟啟動電容接入端。該端通常接一只5uf的軟啟動電容。 （9）Compensation(引腳9)：PWM比較器補償信號輸入端。在該端與引腳2之間接

30、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。（10）Shutdown(引腳10)：外部關(guān)斷信號輸入端。該端接高電平時控制器輸出被禁止。該端可與保護(hù)電路相連，以實現(xiàn)故障保護(hù)。 （11）Output A（引腳11）：輸出端A。引腳11和引腳14是兩路互補輸出端。（12）Ground(引腳12)：信號地。 （13）Vc(引腳13)：輸出級偏置電壓接入端。 （14）Output B（引腳14）：輸出端B。引腳14和引腳11是兩路互補輸出端。（15）Vcc（引腳15）：偏置電源接入端。 （16）Vref(引腳16)：基準(zhǔn)電源輸出端。該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極好的基準(zhǔn)

31、電壓。4.2 驅(qū)動電路驅(qū)動電路如圖11所示，在升壓斬波電路中，三極管V的基極接驅(qū)動電路的V-G，發(fā)射極E接驅(qū)動電路的V-E，結(jié)點11、12、13、14為SG3525的相應(yīng)引腳。 圖11 驅(qū)動電路電路圖4.3 控制和驅(qū)動電路原理圖控制和驅(qū)動電路原理圖如圖12所示，驅(qū)動電路主要用來驅(qū)動IGBT斬波。產(chǎn)生PWM信號有很多方法，但歸根到底不外乎直接產(chǎn)生PWM的專用芯片、單片機、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單的連接幾個電阻電容，就能產(chǎn)生特定頻率的PWM波，通過改變IN+輸入電阻就能改變輸出PWM波的占空比，故在IN+端接個可調(diào)電阻就能實

32、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，是一款性價比相當(dāng)不錯的工業(yè)級芯片。圖12 控制和驅(qū)動電路原理圖為了減少不同電源之間的相互干擾，SG3525輸出的PWM經(jīng)過光電耦合之后才送至驅(qū)動電路。通過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信號由OUTA、OUTB輸出，調(diào)節(jié)R5可以改變占空比。輸出的PWM信號通過二極管D6、D7送至光電耦合器U2，光耦后通過驅(qū)動電路對信號進(jìn)行放大。放大后的電壓可以直接驅(qū)動IGBT。此電路具有信號穩(wěn)定，安全可靠等優(yōu)點。因此它適用于中小容量的PWM斬波電路。5 保護(hù)電路設(shè)計保護(hù)電路對電源電

33、路和整體電路的穩(wěn)定安全運行非常重要。當(dāng)整體電路出現(xiàn)非正常運作時，保護(hù)電路動作，切斷電源，以達(dá)到保護(hù)電路的目的。下面就該設(shè)計中的保護(hù)電路作簡單說明。5.1 過電流保護(hù)常見的過電流保護(hù)有：快速熔斷器保護(hù)，過電流繼電器保護(hù)，直流快速開關(guān)過電流保護(hù)?？焖偃蹟嗥鞅Ｗo(hù)是最有效的保護(hù)措施。過電流繼電器保護(hù)中過電流繼電器開關(guān)時間長（只有在短路電流不大時才有用）直流快速開關(guān)過電流保護(hù)功能很好，但造價高，體積大，不宜采用。因此，最佳方案用快速熔斷器保護(hù)，快速熔斷器結(jié)構(gòu)如圖13所示。圖13 快速熔斷器結(jié)構(gòu)圖5.2 過電壓保護(hù)電力電子電路中，除了電力電子器件參數(shù)選擇合適，驅(qū)動電路設(shè)計良好外，采用合適的過電壓保護(hù)、過電

34、流保護(hù)、du/dt保護(hù)和di/dt也是必須的。抑制過電壓的方法有：用非線性元件限制過電壓的幅度，用電阻消耗生產(chǎn)過電壓的能量，用儲能元件吸收生產(chǎn)過電壓的能量。對于非線性元件，不是額定電壓小，使用麻煩，就是不宜用于抑制頻繁出現(xiàn)過電壓的場合。所以我們選用用儲能元件吸收生產(chǎn)過電壓的能量的保護(hù)。使用RC吸收電路，這種保護(hù)可以把變壓器繞組中釋放出的電磁能量轉(zhuǎn)化為電容器的電場能量儲存起來。由于電容兩端電壓不能突變，所以能有效抑制過電壓，串聯(lián)電阻消耗部分產(chǎn)生過電壓的能量，并抑制LC回路的震動。在保護(hù)電路中串聯(lián)接入適當(dāng)?shù)碾姼屑纯善鸬椒乐龟枠O電壓上升率過高的保護(hù)。過電壓保護(hù)電路如圖14所示。圖14 過電壓保護(hù)電路

35、6 仿真電路圖及結(jié)果利用MATLAB軟件對電路原理圖進(jìn)行仿真，以下為仿真電路圖及仿真波形。6.1 MATLAB仿真軟件MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。MATLAB（矩陣實驗室）是MATrix LABoratory的縮寫，是一款由美國The MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。MATLAB是一種用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)

36、分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境。除了矩陣運算、繪制函數(shù)/數(shù)據(jù)圖像等常用功能外，MATLAB還可以用來創(chuàng)建用戶界面及與調(diào)用其它語言（包括C，C+和FORTRAN）編寫的程序。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多，使MATLAB成為一個強大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對C，F(xiàn)ORTRAN，C+，JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以

37、直接進(jìn)行下載就可以用。MATLAB的繪圖是十分方便的，它有一系列繪圖函數(shù)（命令），使用時只需調(diào)用不同的 繪圖函數(shù)（命令），在圖上標(biāo)出圖題、XY軸標(biāo)注，格繪制也只需調(diào)用相應(yīng)的命令，簡單易行。另外，在調(diào)用繪圖函數(shù)時調(diào)整自變量可繪出不變顏色的點、線、復(fù)線或多重線。6.2 整流電路仿真及部分參數(shù)設(shè)置6.2.1 整流電路仿真模型整流電路仿真模型如圖15所示。 圖15 整流電路MATLAB仿真模型6.2.2 部分參數(shù)設(shè)置 電源參數(shù)設(shè)置：交流工頻電源220V，根據(jù)要求及式（1），經(jīng)變壓器變壓之后輸?shù)诫娐?0V。圖16 電源參數(shù)設(shè)置波形發(fā)生器參數(shù)設(shè)置:觸發(fā)角時，圖17 波形發(fā)生器參數(shù)設(shè)置6.3 升壓斬波電路仿真模型圖18 升壓斬波電路仿真模型6.4 總電路仿真模型 整流電路與升壓斬波電路結(jié)合，可得升壓直流斬波電路仿真總模型，如圖19所示。圖19 升壓直流斬波仿真總模型6.5 仿真波形及波形分析IGBT升壓斬波仿真波形如圖20所示。圖20 IGBT升壓斬波仿真波形圖仿真結(jié)果分析：1、電源端輸入大小為的直流電壓圖21 輸入直流電壓2、輸出電壓圖22 IGBT升壓后的輸出電壓