電力電子降壓斬波電路設(shè)計(jì)

1、1. 引言隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，電子設(shè)備的種類也越來越多。電子設(shè)備的小型化和低成本化使電源向輕，薄，小和高效率方向發(fā)展。開關(guān)電源因其體積小，重量輕和效率高的優(yōu)點(diǎn)而在各種電子信息設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。伴隨著人們對(duì)開關(guān)電源的進(jìn)一步升級(jí)，低電壓，大電流和高效率的開關(guān)電源成為研究趨勢(shì)。開關(guān)電源分為AC/DC 和 DC/DC ，其中 DC/DC 變換已實(shí)現(xiàn)模塊化，其設(shè)計(jì)技術(shù)和生產(chǎn)工藝已相對(duì)成熟和標(biāo)準(zhǔn)化。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。斬波電路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。IGBT 降壓斬波電路就

2、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 與雙極晶體管的復(fù)合器件。它既有 MOSFET 易驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)， 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)。IGBT 降壓斬波電路由于易驅(qū)動(dòng)，電壓、電流容量大在電力電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中有廣闊的發(fā)展前景，也由于開關(guān)電源向低電壓，大電流和高效率發(fā)

3、展的趨勢(shì)，促進(jìn)了IGBT 降壓斬波電路的發(fā)展。2. 方案確定電力電子器件在實(shí)際應(yīng)用中，一般是由控制電路，驅(qū)動(dòng)電路，保護(hù)電路和以電力電子器件為核心的主電路組成一個(gè)系統(tǒng)。由信息電子電路組成的控制電路按照系統(tǒng)的工作要求形成控制信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)電路去控制主電路中電力電子器件的導(dǎo)通或者關(guān)斷來完成整個(gè)系統(tǒng)的功能，當(dāng)控制電路所產(chǎn)生的控制信號(hào)能夠足以驅(qū)動(dòng)電力電子開關(guān)時(shí)就無需驅(qū)動(dòng)電路。根據(jù)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，設(shè)計(jì)出降壓斬波電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。圖 1 降壓斬波電路結(jié)構(gòu)框圖在圖 1 結(jié)構(gòu)框圖中，控制電路是用來產(chǎn)生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

4、路，驅(qū)動(dòng)電路把控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為加在開關(guān)控制端，可以使其開通或關(guān)斷的信號(hào)。通過控制開關(guān)的開通和關(guān)斷來控制降壓斬波電路的主電路工作?？刂齐娐分械谋Ｗo(hù)電路是用來保護(hù)電路的，防止電路產(chǎn)生過電流現(xiàn)象損害電路設(shè)備。3. 主電路設(shè)計(jì)3.1主電路方案根據(jù)所選課題設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)降壓斬波電路，可運(yùn)用電力電子開關(guān)來控制電路的通斷即改變占空比， 從而獲得我們所想要的電壓。 這就可以根據(jù)所學(xué)的buck 降壓電路作為主電路，這個(gè)方案是較為簡(jiǎn)單的方案，直接進(jìn)行直直變換簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)。而另一種方案是先把直流變交流降壓，再把交流變直流，這種方案把本該簡(jiǎn)單的電路復(fù)雜化，不可取。至于開關(guān)的選擇， 選用比較熟悉的全控型的IGBT 管

5、，而不選半控型的晶閘管， 因?yàn)?IGBT控制較為簡(jiǎn)單，且它既具有輸入阻抗高、開關(guān)速度快、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，又用通態(tài)壓降小、耐壓高、電流大等優(yōu)點(diǎn)。3.2工作原理根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，直流降壓斬波主電路如圖2 所示：圖 2主電路圖直流降壓斬波主電路使用一個(gè)全控器件IGBT 控制導(dǎo)通。用控制電路和驅(qū)動(dòng)電路來控制 IGBT 的通斷，當(dāng) t=0 時(shí)，驅(qū)動(dòng) IGBT 導(dǎo)通，電源 E 向負(fù)載供電，負(fù)載電壓u0 =E，負(fù)載電流 i0 按指數(shù)曲線上升。電路工作時(shí)波形圖如圖3 所示：iGtofftontoffiGOTttoniG Oioi1i2T txtioi1I10I20i2Ot1tOEt1I20t2tuoEuoE

6、Oa)tOb)EMt圖 3 降壓電路波形圖當(dāng) tt1 時(shí)刻，控制 IGBT 關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)二極管VD 續(xù)流，負(fù)載電壓 u0 近似為零，負(fù)載電流指數(shù)曲線下降。為了使負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小，故串聯(lián)L 值較大的電感。至一個(gè)周期 T 結(jié)束，再驅(qū)動(dòng) IGBT 導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過程。當(dāng)電力工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)負(fù)載電流在一個(gè)周期的初值和終值相等，負(fù)載電壓的平均值為tonU itonU iU iU oTton toffton 為 IGBT 處于通態(tài)的時(shí)間； toff 為處于斷態(tài)的時(shí)間； T 為開關(guān)周期； 為導(dǎo)通占空比。通過調(diào)節(jié)占空比 使輸出到負(fù)載的電壓平均值 Uo 最大為 E，若減小占空比 ，則 Uo隨之減小。由

7、此可知，輸出到負(fù)載的電壓平均值 Uo 最大為 U i，若減小占空比 ，則 Uo 隨之減小，由于輸出電壓低于輸入電壓，故稱該電路為降壓斬波電路。3.3 參數(shù)分析主電路中需要確定參數(shù)的元器件有 IGBT 、二極管、直流電源、電感、電阻值的確定，其參數(shù)確定如下：(1)電源 要求輸入電壓為100V。(2)電阻 因?yàn)楫?dāng)輸出電壓為50-80V 時(shí)，假設(shè)輸出電流為0.1-5A。所以由歐姆定律U 0RIo可得負(fù)載電阻值為 10 800 ，所以取電阻 20 歐姆。(3)IGBT 由圖 3 易知當(dāng) IGBT 截止時(shí)，回路通過二極管續(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

8、流，其值為 5A 。故需選擇集電極最大連續(xù)電流 I c =10 A ，反向擊穿電壓 Bvceo 200V的 IGBT ，而一般的 IGBT 都滿足要求。(4)二極管 其承受最大反壓 100V，其承受最大電流趨近于5A ，考慮 2 倍裕量，故需選擇UN 200V ，IN10 A 的二極管。U 0(5)電感 由上面所選的電阻 20 歐姆，根據(jù)歐姆定律：R當(dāng) Uo=80V 時(shí)， Iomax=4A;Io當(dāng) Uo=50V 時(shí)， Iomin=2.5A;根據(jù)電感電流連續(xù)時(shí)電感量臨界值條件：L=Uo* （ Ud-Uo）/(2UdIo)為了保證負(fù)載最小電流電路能夠連續(xù)，取Io=2.5A 來算，可得 L=0.12

9、5mH ，所以只要所取電感 L>0.125mH ，取 L=1mH 。（6）開關(guān)頻率f=40kHz（7）電容 設(shè)計(jì)要求輸出電壓紋波小于1%，由紋波電壓公式：Uc Uo * (Ud Uo) / 8LCf 2Ud可得LC >= 0.195 uH*F取 C=0.47mF4. 控制電路設(shè)計(jì)4.1 控制電路方案選擇控制電路需要實(shí)現(xiàn)的功能是產(chǎn)生控制信號(hào)，用于控制斬波電路中主功率器件的通斷，通過對(duì)占空比的調(diào)節(jié)達(dá)到控制輸出電壓大小的目的。斬波電路有三種控制方式：1.保持開關(guān)周期 T 不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton，稱為脈沖寬度調(diào)制或脈沖調(diào)寬型；2.保持導(dǎo)通時(shí)間不變，改變開關(guān)周期T，成為頻率調(diào)制或調(diào)頻型

10、；3.導(dǎo)通時(shí)間和周期T 都可調(diào)，是占空比改變，稱為混合型。因?yàn)閿夭娐酚羞@三種控制方式，又因?yàn)?PWM 控制技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，所以采用 PWM 控制方式來控制 IGBT 的通斷。 PWM 控制就是對(duì)脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。這種電路把直流電壓 “斬”成一系列脈沖，改變脈沖的占空比來獲得所需的輸出電壓。改變脈沖的占空比就是對(duì)脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制，只是因?yàn)檩斎腚妷汉退枰妮敵鲭妷憾际侵绷麟妷?，因此脈沖既是等幅的，也是等寬的，僅僅是對(duì)脈沖的占空比進(jìn)行控制。圖 4.1 SG3525 引腳圖對(duì)于控制電路的設(shè)計(jì)其實(shí)可以有很多種方法，可以通過一些數(shù)字運(yùn)算芯片如單片機(jī)、CPLD 等等來輸出 PWM 波，也可以通過

11、特定的 PWM 發(fā)生芯片來控制。因?yàn)轭}目要求輸出電壓連續(xù)可調(diào)，所以我選用一般的 PWM 發(fā)生芯片來進(jìn)行連續(xù)控制。對(duì)于 PWM 發(fā)生芯片，我選用了 SG3525 芯片，其引腳圖如圖 4.1 所示，它是一款專用的 PWM 控制集成電路芯片，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。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

12、大器的反相輸入端、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)?10 輸出。4.2工作原理由于 SG3525 的振蕩頻率可表示為 ：14.1fC t (0.7Rt 3Rd )式中 : C t ,Rt 分別是與腳 5、腳 6 相連的振蕩器的電容和電阻； Rd 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 40kHz ， 所以 由上 式可 取C t =0.01 F, Rt =1k, Rd = 600?？傻?f=40k

13、Hz ，滿足要求。圖 4.2控制電路SG3525有過流保護(hù)的功能，可以通過改變 10 腳電壓的高低來控制脈沖波的輸出。因此可以將驅(qū)動(dòng)電路輸出的過流保護(hù)電流信號(hào)經(jīng)一電阻作用，轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)來進(jìn)行過流保護(hù)，同理也可以用10 端進(jìn)行過壓保護(hù)，如圖4.2 所示10 端外接過壓過流保護(hù)電路。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路檢測(cè)到過流時(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11、14 腳輸出低電平，而當(dāng)其沒有過流時(shí)，10 腳一直處于低電平，從而正常的輸出PWM波。SG3525還有穩(wěn)壓作用。 1 端接芯片內(nèi)置電源， 2 端接負(fù)載輸出電壓，通過1 端的變位器得到它的一個(gè)基準(zhǔn)電位，從而當(dāng)負(fù)載電位發(fā)生變化時(shí)能夠通過1、

14、 2 所接的誤差放大器來控制輸出脈寬的占空比，若負(fù)載電位升高則輸出脈寬占空比減小，使得輸出電壓減小從而穩(wěn)定了輸出電壓，反之則然。調(diào)節(jié)變位器使得1 端得到不同的基準(zhǔn)電位，控制輸出脈寬的占空比，從而可使得輸出電壓為50-80V范圍。4.3 控制芯片介紹本控制電路是以 SG3525 為核心構(gòu)成 ,SG3525 為美國 Silicon General 公司生產(chǎn)的專用，它集成了 PWM 控制電路 ,其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)及各引腳功能如圖 4.3 所示 ,它采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案 ,內(nèi)部包含有精密基準(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 .調(diào)節(jié) Ur 的大小 ,在 11,14兩端可輸

15、出兩個(gè)幅度相等 ,頻率相等 ,相位相差 , 占空比可調(diào)的矩形波 (即 PWM 信號(hào) ).然后，將脈沖信號(hào)送往芯片 HL402，對(duì)微信號(hào)進(jìn)行升壓處理，再把經(jīng)過處理的電平信號(hào)送往 IGBT ，對(duì)其觸發(fā)，以滿足主電路的要求。圖 4.3 SG3525A 芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）基準(zhǔn)電壓調(diào)整器基準(zhǔn)電壓調(diào)整器是輸出為5.1V， 50mA，有短路電流保護(hù)的電壓調(diào)整器。它供電給所有內(nèi)部電路，同時(shí)又可作為外部基準(zhǔn)參考電壓。若輸入電壓低于6V 時(shí)，可把 15、16 腳短接，這時(shí) 5V 電壓調(diào)整器不起作用。（2）振蕩器3525A的振蕩器，除CT、RT 端外，增加了放電7、同步端3。RT 阻值決定了內(nèi)部恒流值對(duì)CT充電，

16、 CT的放電則由5、7 端之間外接的電阻值RD決定。把充電和放電回路分開，有利于通過 RD 來調(diào)節(jié)死區(qū)的時(shí)間，因此是重大改進(jìn)。這時(shí)3525A 的振蕩頻率可表1為： f SCT (0.7RT 3RD )（3.1）在 3525A 中增加了同步端 3 專為外同步用， 為多個(gè) 3525A 的聯(lián)用提供了方便。 同步脈沖的頻率應(yīng)比振蕩頻率 fs 要低一些。(3)誤差放大器誤差放大器是差動(dòng)輸入的放大器。它的增益標(biāo)稱值為80dB，其大小由反饋或輸出負(fù)載決定，輸出負(fù)載可以是純電阻，也可以是電阻性元件和電容的元件組合。該放大器共模輸入電壓范圍在 1.83.4V，需要將基準(zhǔn)電壓分壓送至誤差放大器1 腳（正電壓輸出）

17、或2 腳（負(fù)電阻輸出）。3524 的誤差放大器、電流控制器和關(guān)閉控制三個(gè)信號(hào)共用一個(gè)反相輸入端，3525A 改為增加一個(gè)反相輸入端，誤差放大器與關(guān)閉電路各自送至比較器的反相端。這樣避免了彼此相互影響。有利于誤差放大器和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)工作精度的提高。(4)閉鎖控制端 10利用外部電路控制10 腳電位，當(dāng) 10 腳有高電平時(shí)， 可關(guān)閉誤差放大器的輸出， 因此，可作為軟起動(dòng)和過電壓保護(hù)等。(5)有軟起動(dòng)電路8，端 8 可外接軟起動(dòng)電容。該電容由內(nèi)部 Vref 的 50A比較器的反相端即軟起動(dòng)控制端2.5VC8恒流源充電。達(dá)到 2.5V 所經(jīng)的時(shí)間為t50 A。點(diǎn)空比由小到大（ 50）變化。(6)增加 PW

18、M 鎖存器使關(guān)閉作用更可靠比較器（脈沖寬度調(diào)制）輸出送到PWM 鎖存器。鎖存器由關(guān)閉電路置位，由振蕩器輸出時(shí)間脈沖復(fù)位。這樣，當(dāng)關(guān)閉電路動(dòng)作，即使過流信號(hào)立即消失，鎖存器也可維持一個(gè)周期的關(guān)閉控制，直到下一周期時(shí)鐘信號(hào)使倘存器復(fù)位為止。另外，由于 PWM 鎖存器對(duì)比較器來的置位信號(hào)鎖存，將誤差放大器上的噪音、振鈴及系統(tǒng)所有的跳動(dòng)和振蕩信號(hào)消除了。只有在下一個(gè)時(shí)鐘周期才能重新置位，有利于可靠性提高。(7)增設(shè)欠壓鎖定電路電路主要作用是當(dāng) IC 塊輸入電壓小于 8V 時(shí)，集成塊內(nèi)部電路鎖定，停止工作（其準(zhǔn)源及必要電路除外），使之消耗電流降到很?。s 2mA）。(8)輸出級(jí)由兩個(gè)中功率 NPN 管構(gòu)

19、成，每管有抗飽和電路和過流保護(hù)電路，每組可輸出 100mA。組間是相互隔離的。電路結(jié)構(gòu)改為確保其輸出電平或者是高電平或者是低電平的一個(gè)電平狀態(tài)中。為了能適應(yīng)驅(qū)動(dòng)快速的場(chǎng)效應(yīng)功率管的需要，末級(jí)采用推拉式電路，使關(guān)斷速度更快。11 端（或 14 端）的拉電流和灌電流，達(dá)100mA。在狀態(tài)轉(zhuǎn)換中，由于存在開閉滯后，使流出和吸收間出現(xiàn)重迭導(dǎo)通。在重迭處有一個(gè)電流尖脈沖，其持續(xù)時(shí)間約100ns。使用時(shí) VC 接一個(gè) 0.1 f電容可以濾去尖峰。另一個(gè)不足處是吸電流時(shí)， 如負(fù)載電流達(dá)到50mA 以上時(shí)，管飽和壓降較高 （約 1V ）。5. 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)5.1 驅(qū)動(dòng)電路方案選擇IGBT 是電力電子器件，控制

20、電路產(chǎn)生的控制信號(hào)一般難以以直接驅(qū)動(dòng)IGBT 。因此需要信號(hào)放大的電路。另外直流斬波電路會(huì)產(chǎn)生很大的電磁干擾，會(huì)影響控制電路的正常工作，甚至導(dǎo)致電力電子器件的損壞。因而還設(shè)計(jì)中還學(xué)要有帶電氣隔離的部分。該驅(qū)動(dòng)部分是連接控制部分和主電路的橋梁，驅(qū)動(dòng)電路的穩(wěn)定與可靠性直接影響著整個(gè)系統(tǒng)變流的成敗。具體來講IGBT的驅(qū)動(dòng)要求有一下幾點(diǎn)：1）動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，能為在開通及關(guān)延時(shí)，同時(shí)要保證當(dāng)IGBT 柵極提供具有陡峭前后沿的驅(qū)動(dòng)脈沖。否則IGBT 損壞時(shí)驅(qū)動(dòng)電路中的其他元件不會(huì)被損壞。IGBT會(huì)2）能向IGBT提供適當(dāng)?shù)恼蚝头聪驏艍?，一般?15 V左右的正向柵壓比較恰當(dāng)，取 -5V反向柵壓能讓IGB

21、T可靠截止。3）具有柵壓限幅電路，保護(hù)柵極不被擊穿。IGBT柵極極限電壓一般為土20 V，驅(qū)動(dòng)信號(hào)超出此范圍可能破壞柵極。4）當(dāng) IGBT 處于負(fù)載短路或過流狀態(tài)時(shí)， 能在 IGBT 允許時(shí)間內(nèi)通過逐漸降低柵壓自動(dòng)抑制故障電流，實(shí)現(xiàn)IGBT 的軟關(guān)斷。驅(qū)動(dòng)電路的軟關(guān)斷過程不應(yīng)隨輸入信號(hào)的消失而受到影響。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，有以下2種驅(qū)動(dòng)電路，下面對(duì)其進(jìn)行比較選擇。方案 1：采用光電耦合式驅(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)外送出過流信號(hào)。另外它使用比較方便，穩(wěn)定性比較好。但是它需要較多的工

22、作電源，其對(duì)脈沖信號(hào)有1us 的時(shí)間滯后，不適應(yīng)于某些要求比較高的場(chǎng)合。方案 2：采用變壓器耦合驅(qū)動(dòng)器，其輸入輸出耐壓高，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，延遲小。但是它不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)過流保護(hù)，不能實(shí)現(xiàn)任意脈寬輸出，而且其對(duì)變壓器的繞制要求嚴(yán)格。通過以上比較，結(jié)合本系統(tǒng)中，對(duì)電壓要求不高，而且只有一個(gè)全控器件需要控制，使用光耦電路，使用方便，所以選擇方案1。對(duì)于方案 1 可以用 EXB841 驅(qū)動(dòng)芯片來實(shí)現(xiàn)也可以直接用光耦電路進(jìn)行主電路與控制電路隔離，再把驅(qū)動(dòng)信號(hào)加一級(jí)推挽電路進(jìn)行放大使得驅(qū)動(dòng)信號(hào)足以驅(qū)動(dòng)IGBT 管。由于我所設(shè)計(jì)的過流保護(hù)電路是利用控制芯片10 端來設(shè)計(jì)的，且直接用光耦電路比較簡(jiǎn)單，所以我沒有用驅(qū)

23、動(dòng)芯片而是直接用光耦電路。5.2 工作原理如圖 5.2 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)。一般電氣隔離采用光隔離或磁隔離。光隔離一般采用光耦合器，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。 采用的光耦是 TLP521-1。為得到最佳的波形， 在調(diào)試的過程中對(duì)光耦兩端的電阻要進(jìn)行合理的搭配。圖 5.2驅(qū)動(dòng)電路原理：控制電路所輸出的信號(hào)通過 TLP521-1 光耦合器實(shí)現(xiàn)電氣隔離，再經(jīng)過推挽電路進(jìn)行放大，從而把輸出的控制信號(hào)放大6. 保護(hù)電路設(shè)計(jì)6.1 過壓保護(hù)電路過壓保護(hù)要根據(jù)電路中過壓產(chǎn)生

24、的不同部位，加入不同的保護(hù)電路，當(dāng)達(dá)到定電壓值時(shí)，自動(dòng)開通保護(hù)電路，所以可分為主電路器件保護(hù)和負(fù)載保護(hù)。6.1.1 主電路器件保護(hù)當(dāng)達(dá)到 定電壓值時(shí)，自動(dòng)開通保護(hù)電路，使過壓通過保護(hù)電路形成通路，消耗過壓儲(chǔ)存的電磁能量，從而使過壓的能量不會(huì)加到主開關(guān)器件上，保護(hù)了電力電子器件。為了達(dá)到保護(hù)效果，可以使用阻容保護(hù)電路來實(shí)現(xiàn)。將電容并聯(lián)在回路中，當(dāng)電路中出現(xiàn)電壓尖峰電壓時(shí)，電容兩端電壓不能突變的特性，可以有效地抑制電路中的過壓。與電容串聯(lián)的電阻能消耗掉部分過壓能量，同時(shí)抑制電路中的電感與電容產(chǎn)生振蕩，過電壓保護(hù)電路如圖 6.1.1 所示。圖 6.1.1RC 阻容過電壓保護(hù)電路圖6.1.2 負(fù)載過壓

25、保護(hù)如圖 6.1.1 所示比較器同相端接到負(fù)載端，反相端接到一個(gè)基準(zhǔn)電壓上，輸出端接控制芯片10 端，當(dāng)負(fù)載端電壓達(dá)到一定的值，比較器輸出Uom抬高10 端電位，從而使10 端上的信號(hào)為高電平時(shí)，PWM瑣存器將立即動(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，從而實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)。電阻的取值，比較器反相端接5.1V 電源經(jīng)變位器后為可調(diào)基準(zhǔn)電壓，比較器同相端電壓應(yīng)在 5V 以內(nèi)，取負(fù)載輸出電壓最大值80V 來算 R20/R18=80/3 左右 ，所以 R20=100K，R18=4K，R17=10k，R19

26、=2k。圖 6.1.2負(fù)載過壓保護(hù)6.2 過流保護(hù)電路當(dāng)電力電子電路運(yùn)行不正常或者發(fā)生故障時(shí)， 可能會(huì)發(fā)生過電流。 當(dāng)器件擊穿或短路、觸發(fā)電路或控制電路發(fā)生故障、出現(xiàn)過載、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，以及交流電源電壓過高或過低、缺相等，均可引起過流。由于電力電子器件的電流過載能力相對(duì)較差，必須對(duì)變換器進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^流保護(hù)。過流保護(hù)的方法比較多，比較簡(jiǎn)單的方法是一般采用添加 FU 熔斷器來限制電流的過大，防止 IGBT 的破壞和對(duì)電路中其他元件的保護(hù) 。如圖 1 在主電路串接一個(gè)快速熔斷絲。還有一種方法如圖 6.2 所示，也是利用控制電路芯片的第 10 端。在主電路的負(fù)載端串接一個(gè)很小取樣電阻，把它接到放大器進(jìn)行放大，后再利用比較器，運(yùn)用過壓保護(hù)原理同樣能實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。電阻的取值，一般取樣電阻端所獲得的電壓為零點(diǎn)幾伏，需要通過放大器把電壓放大到幾伏左右，由放大器運(yùn)算公式： Uo=（1+R12/R10）*Ui ，取放大 10 倍，即