降壓斬波電路設(shè)計(jì)說明

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上1 緒論電力電子及開關(guān)電源技術(shù)因應(yīng)用需求不斷向前發(fā)展,新技術(shù)的出現(xiàn)又會(huì)使許多應(yīng)用產(chǎn)品更新?lián)Q代,還會(huì)開拓更多更新的應(yīng)用領(lǐng)域。開關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實(shí)現(xiàn),將標(biāo)志著這些技術(shù)的成熟,實(shí)現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。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。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。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，也稱為直接直流直流變換器（DC/DC

2、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，不包括直流交流直流的情況，直流斬波電路的種類較多，包括6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)，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圍，故在較高頻率的大、中功率應(yīng)用中

3、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。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)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件的保護(hù)，以及控制電路與主電路的電氣隔離。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)展的趨勢，促進(jìn)了IGBT降壓斬波電路的發(fā)展。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題:（1）系統(tǒng)損耗的問；2）柵極電阻；（3）驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)過流過壓保護(hù)的問題

4、。此斬波電路中IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由集成脈寬調(diào)制控制器SG3525產(chǎn)生，由于它簡單可靠及使用方便靈活，大大簡化了脈寬調(diào)制器的設(shè)計(jì)及調(diào)試。二.課程設(shè)計(jì) 1. 降壓斬波電路的設(shè)計(jì)目的（1）培養(yǎng)文獻(xiàn)檢索的能力，特別是如何利用Internet檢索需要的文獻(xiàn)資料。（2）培養(yǎng)綜合分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。（3）培養(yǎng)運(yùn)用知識(shí)的能力和工程設(shè)計(jì)的能力。（4）提高課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫水平。2. 降壓斬波電路設(shè)計(jì)的基本要求對(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=100V2.開關(guān)頻率40KHz3.輸出電壓圍50V80V4.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

5、過流保護(hù)功能，動(dòng)作電流：6A7.具有穩(wěn)壓功能8.效率不低于70%3. 總體電路框圖電力電子器件在實(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。因此，一個(gè)完整的降壓斬波電路也應(yīng)包括主電路，控制電路，驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路這些環(huán)節(jié)。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 電路框圖在圖1結(jié)構(gòu)框圖中，控制電路是用來產(chǎn)生IGBT降壓斬波電路的控制信號(hào)，控制

6、電路產(chǎn)生的控制信號(hào)傳到驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路把控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為加在IGBT控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號(hào)。通過控制IGBT的開通和關(guān)斷來控制IGBT降壓斬波電路的主電路工作。保護(hù)電路是用來保護(hù)電路的，防止電路產(chǎn)生過電流、過電壓和欠電壓等現(xiàn)象損害電路設(shè)備。4 降壓斬波主電路的設(shè)計(jì)4.1 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Ud。該電路使用一個(gè)全控型器件V，為IGBT。在V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。圖2 降壓

7、斬波主電路圖4.2 電路工作原理分析： 直流降壓斬波主電路使用一個(gè)全控電壓驅(qū)動(dòng)器件IGBT。用控制電路和驅(qū)動(dòng)電路來控制IGBT的導(dǎo)通或關(guān)斷。當(dāng)t=0時(shí)，V管被激勵(lì)趨于導(dǎo)通，VD管要承受反壓。在V管接通的t1時(shí)間，開關(guān)管V流過的電流就是電感電流，電感L中電流直線上升，能量存儲(chǔ)于電感中。電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓=E，負(fù)載電流按指數(shù)曲線上升。電路工作時(shí)波形圖如圖3（b）所示： 圖3 電路工作時(shí)的電流波形圖當(dāng)時(shí)刻V管關(guān)斷，由于電感儲(chǔ)能作用，電感電流必須要按某一路徑流通，能量要釋放。其中二極管VD勢必導(dǎo)通，電感電流可通過負(fù)載，VD形成通電回路。電流經(jīng)二極管續(xù)流，負(fù)載電壓近似為零，負(fù)載電流指數(shù)曲線下降。

8、為了使負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小，故應(yīng)串聯(lián)較大的電感L。（2）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U.=KE, 為IGBT處于通態(tài)的時(shí)間；為處于斷態(tài)的時(shí)間；T為開關(guān)周期；K為導(dǎo)通占空比。通過調(diào)節(jié)占空比K使輸出到負(fù)載的電壓平均值最大為E，若減小占空比，則隨之減小。根據(jù)對(duì)輸出電壓平均值進(jìn)行調(diào)制的方式不同，可分為三種工作方式：1） 保持開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton不變，改變開關(guān)周期T，稱為頻率調(diào)制工作方式；2） 保持開關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton，稱為脈沖寬調(diào)制工作方式；3） 開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton和開關(guān)周期T都可調(diào)，

9、稱為混合型。但是普遍采用的是脈沖寬調(diào)制工作方式。因?yàn)椴捎妙l率調(diào)制工作方式，容易產(chǎn)生諧波干擾，而且濾波器設(shè)計(jì)也比較困難。此電路就是采用脈沖寬調(diào)制控制IGBT的通斷。4.3 主電路元器件參數(shù)選擇：主電路中需要確定參數(shù)的元器件有直流電源、IGBT、二極管、電感、電容、電阻值，其參數(shù)選擇如下說明：(1) 對(duì)于電源，因?yàn)轭}目要求輸入直流電壓為100V，所以該直流穩(wěn)壓電源可直接作為系統(tǒng)電源。(2)IGBT 由圖2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有最大電流，其值為5A。故需選擇集電極最續(xù)電流>5A，反向擊穿電壓Bvceo>10

10、0v的IGBT。如果考慮2倍的安全裕量需選擇集電極最續(xù)電流10A，反向擊穿電壓Bvceo200V的IGBT。 (4)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Vc>100v,I>5A的二極管?？紤]2倍的安全裕量： Umin=2Xu1=200V Imin=1xIt=2x5=10A(5)電感 選擇大電感L，使得電路能夠續(xù)流，此時(shí)的臨界電感為： L=U0（UdU0）/2fUdI。 設(shè)輸出電壓為80V，則 L=80x（10080）/2x1000x40x100x5=0.04mH 所以電感L>=0.04mH，取L=0.1mH。(6) 電容

11、 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)來算 C=U0（UdU0）/8LUcffUd =80x（10080）/8x0.1mHx0.01x40Kx40Kx100=12.5uF這里取C=13uF。(7)電阻RL 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10。5. 控制電路原理與設(shè)計(jì)：5.1控制電路方案比較及選擇：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。IGBT控制電路的功能有：給逆

12、變器的電子開關(guān)提供控制信號(hào)；以及對(duì)保護(hù)信號(hào)作出反應(yīng)，關(guān)閉控制信號(hào)。脈寬調(diào)節(jié)器的基本工作原理是用一個(gè)電壓比較器，在正輸入端輸入一個(gè)三角波，在負(fù)輸入端輸入一直流電平，比較后輸出一方波信號(hào)，改變負(fù)輸入端直流電平的大小，即可改變方波信號(hào)的脈寬。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，也可以通過特定的PWM發(fā)生芯片來控制。因?yàn)閿夭娐酚腥N控制方式，又因?yàn)镻WM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

13、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. 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，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，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，部框圖如圖5所示。 圖4 SG3525的引腳 圖5 部框圖 5.2 SG3525各引腳具體功能：（1）引腳1：誤

14、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。（2）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)輸入端。該端接外部同步脈沖信號(hào)可實(shí)現(xiàn)與外電路同步。（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，形成放電回路。（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1

15、0：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。5.3 SG3525芯片特點(diǎn)如下：（1） 工作電壓圍：8-35v。（2） 5.1V微調(diào)基準(zhǔn)電源（3） 振蕩器頻率工作圍：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） 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

16、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 有一個(gè)雙門限比較器，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 分別為芯片部誤差放大器的反相輸入端、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)?0輸出。5.4 控制電路原理分析：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

17、率為40kHz，所以由上式可取=1F, =10,=6.2?？傻胒=39.1kHz，基本上等于實(shí)際40 kHz即滿足要求。 SG3525有保護(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)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路檢測到過流時(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13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。由此可以得出控制電路的電路圖如圖6所示：圖6.控制電路圖其中第十腳過流過壓還有欠電壓保護(hù)輸入端。 6 驅(qū)動(dòng)電路原理與設(shè)計(jì)6.1 驅(qū)動(dòng)電路方案設(shè)計(jì)與選擇：該驅(qū)動(dòng)部分是

18、連接控制部分和主電路的橋梁，該部分主要完成以下幾個(gè)功能：(1)提供適當(dāng)?shù)恼蚝头聪蜉敵鲭妷海笽GBT可靠的開通和關(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：(1)采用磁耦隔離，最常用的是用時(shí)變壓器隔離，即通過一次側(cè)和二次側(cè)的磁耦聯(lián)系將電路隔開，從而取到電氣隔離的作用。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡單，不需要外接電源對(duì)器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，且傳遞的效率很高。但同時(shí)缺點(diǎn)

19、也很明顯，首先磁耦隔離只能用于交流電路，直流電路無效，其次變壓器的體積較大，不利于集成。(2)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合。（11）由于這次設(shè)計(jì)的電路是直流電路，且要求不是很高，所以選擇光耦隔離。6.2 驅(qū)動(dòng)電路工作分析： 驅(qū)動(dòng)電路的電路圖如圖5所示：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

20、二極管和光敏晶體管組成，封裝在一個(gè)外殼。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的電壓叫高，約為12V左右，而SG3525芯片提供的電壓只有5V左右，直接連入無法驅(qū)動(dòng)IGBT。并且推挽式電路簡單實(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A級(jí)的漏電流流過，基本上不消耗功率。但I(xiàn)GBT的柵極-發(fā)射極間存在著較大的寄生電容（幾千至上萬pF），在驅(qū)動(dòng)脈沖電壓的上升及下降沿需要提供數(shù)A的充放電電流，才能滿足開通和關(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

21、。7 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，采用合適的過電壓、過電流、保護(hù)和 保護(hù)也是必要的。7.1 過電壓保護(hù)電路：過壓保護(hù)要根據(jù)電路中過壓產(chǎn)生的不同部位，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，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。本次設(shè)計(jì)的電路要求輸出電壓為50V80V，所以當(dāng)輸出電壓設(shè)定時(shí)，一旦出現(xiàn)過電壓，為了保護(hù)電路和器件，應(yīng)立刻將電路斷開，及關(guān)斷IGBT的脈沖，使電路停止工作。因?yàn)樾酒琒G3525的引腳10端為外部關(guān)斷信號(hào)輸入端，所以可以利用SG3

22、525的這個(gè)特點(diǎn)進(jìn)行過壓保護(hù)。當(dāng)引腳10端輸入的電壓等于或超過8V時(shí)，芯片將立刻鎖死，輸出脈沖將立即斷開。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)過電壓是，取樣電壓高于基準(zhǔn)電壓，此時(shí)輸出高電平15V，在通過電阻分壓得到5V的高電平送入芯片的10端，使其鎖死，IGBT脈沖斷開，電路斷開，從而對(duì)電路實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)。設(shè)計(jì)的過壓保護(hù)電路圖如圖8所示：

23、取樣電壓接入SG3525的10端 圖8：過壓保護(hù)電路原理圖7.2 過電流保護(hù)電路當(dāng)電力電子電路運(yùn)行不正?；蛘甙l(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)。本次設(shè)計(jì)要求具有過流保護(hù)功能，在電流達(dá)到6A時(shí)動(dòng)作。因?yàn)榍懊嬲f過，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)行過流保護(hù)。主要思想是將過電流轉(zhuǎn)化為過電壓。具體的做法是在干路上串聯(lián)一個(gè)很小的功率電阻，再在

24、這個(gè)小電阻上并聯(lián)一個(gè)大電阻，從而進(jìn)行過電流與過電壓的轉(zhuǎn)化。將轉(zhuǎn)化的電壓連入比較器于一個(gè)基準(zhǔn)電壓(取0.6V)相比較，就是在基準(zhǔn)5.1V經(jīng)過電阻分壓得到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，電路斷開，從而對(duì)電路實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。設(shè)計(jì)的過流保護(hù)電路如圖9所示：接入SG3525的10端過流保護(hù)輸入圖9： 過電流保護(hù)原理電路圖7.3 欠電壓保護(hù)電路 欠電壓保護(hù)是指防止輸入電壓發(fā)生故障，輸入電壓突然下跌，使

25、得輸入電壓過低，導(dǎo)致電力電子器件或芯片工作在低電壓下，可能產(chǎn)生的損害。所以欠電壓保護(hù)就是對(duì)輸入電源進(jìn)行檢測，當(dāng)出現(xiàn)低電壓時(shí)動(dòng)作。本次設(shè)計(jì)的欠電壓保護(hù)還是利用芯片SG3525的引腳10端的自鎖功能。設(shè)計(jì)的欠電壓保護(hù)電路如圖10所示。如圖所示，具體的方法是在電源側(cè)并聯(lián)大電阻，再通過電阻進(jìn)行電壓取樣，將取樣電壓接入比較器的負(fù)端，與比較器的正端的基準(zhǔn)電壓（取5V）相比較。正常狀態(tài)下，取樣電壓高于基準(zhǔn)電壓，此時(shí)輸出一個(gè)負(fù)的高電壓，芯片正常工作。當(dāng)出現(xiàn)欠電壓時(shí)，取樣電壓降低，低于基準(zhǔn)電壓，此時(shí)輸出一個(gè)高電平，芯片SG3525的引腳10端鎖死，IGBT的脈沖關(guān)斷，電路斷開，從而實(shí)現(xiàn)欠壓保護(hù)的功能。 電源電壓

26、檢測測測接入SG3525的10端 圖10： 欠電壓保護(hù)電路原理圖7.4 IGBT的保護(hù)IGBT如果不采取保護(hù)，它很容易損壞。一般認(rèn)為損壞的主要原因有兩種：一是退出飽和區(qū)而進(jìn)入了放大區(qū)，使得開關(guān)損耗增大；二是發(fā)生短路，產(chǎn)生很大的瞬態(tài)電流，從而使損壞。下面是對(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)行過電壓保護(hù)，而反向二極管可以對(duì)IGBT進(jìn)行過電流保護(hù)。在無緩沖電路的情況下，開通時(shí)電流迅速上升，di/dt很大；關(guān)斷時(shí)du/dt很大，并出現(xiàn)很大的過電壓。在有緩沖電路的情況下；V開通時(shí)C5通過R34向V放電，使ic先上一個(gè)臺(tái)階，以后因有Li，ic上升速度減慢；V關(guān)斷時(shí)負(fù)載電流通過VD向

27、C5分流，減輕了V的負(fù)擔(dān)，抑制了du/dt和過電壓。VD和R34的作用是在V關(guān)斷時(shí)，給Li提供釋放儲(chǔ)能的回路。如圖11所示： 圖11 ：IGBT保護(hù)電路8.設(shè)計(jì)穩(wěn)壓直流電源15V和直流電壓100V 題目只給直流電壓Ud=100V，而運(yùn)算放大器和SG3525芯片需要15V的工作電壓。如圖12所示，先用變壓器將220V降壓為22V的交流電，再經(jīng)過橋式整流得到直流電壓。通過濾波電容濾波后，用三端集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓成15V的電壓輸出。其中變壓器匝數(shù)比為220V/24V,電容C1=100uF并且耐壓50V，三端集成穩(wěn)壓器型號(hào)為7815。選擇二極管型號(hào)為IN4003。同時(shí)再將220V通過變壓器降壓后，再通過橋

28、式整流，再接濾波電容濾波后，即可得到直流電壓Ud=100V。 圖12 ：穩(wěn)壓15V電路9.課程設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過七天的電力電子課程設(shè)計(jì)讓我懂了很多，也得到了很多的收獲，受益匪淺。不僅僅是在知識(shí)方面得到了提升，在交流方面也有了進(jìn)一步提高。剛剛看到這個(gè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書時(shí)，對(duì)這些課題很熟悉卻無從入手，課本上都有提到，但有些不大全面。考慮了很久，才確定了設(shè)計(jì)課題，那就是“降壓斬波電路設(shè)計(jì)”這個(gè)課題時(shí)，在復(fù)習(xí)這章節(jié)的同時(shí)，也去了圖書館找了很多資料以便更廣地了解這部分的容，再不懂得地方請(qǐng)教老師，還有自己網(wǎng)上查資料。經(jīng)過幾天的努力，終于有了一個(gè)電路的基本框架，知道了一個(gè)完整的電路應(yīng)該包含幾部分，各部分之間的連接又應(yīng)該注意些什么問題等等。知道了大概的模塊之后，我對(duì)認(rèn)真地設(shè)計(jì)每個(gè)模塊，在設(shè)計(jì)過程中發(fā)現(xiàn)問題后，可以再加于完善。實(shí)在不懂的問題，可以和團(tuán)隊(duì)交流，再者就是查資料。也正因此，我對(duì)直流降壓斬波電路有了更深的認(rèn)識(shí)和了解，同時(shí)，也加強(qiáng)了自己的文件檢索能力，特別是如何利用Internet檢索需要的文獻(xiàn)資料。為了能夠是設(shè)計(jì)更加合理，對(duì)很多實(shí)際問題也進(jìn)行了比較深入的思考。比如，保護(hù)電路這個(gè)模塊。所以在很大程度上提高了思考能力和解決實(shí)際問題的能力。尤其在控制電路這個(gè)環(huán)節(jié)，花費(fèi)了很多心思。首先通過不斷地查資料，了解PWM控制器（