IGBT升壓斬波電路的設(shè)計(jì)2

1、 1設(shè)計(jì)要求與方案設(shè)計(jì)要求利用IGB微計(jì)一個(gè)升壓斬波電路。輸入直流電壓Ud =50V,輸出功率P=300W , 開關(guān)頻率為5KHz,占空比10哌IJ50%輸出電壓脈率小于10%設(shè)計(jì)方案根據(jù)升壓斬波電路設(shè)計(jì)任務(wù)要求設(shè)計(jì)主電路、驅(qū)動(dòng)電路。具結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示。圖1在圖1結(jié)構(gòu)框圖中，控制電路用來產(chǎn)生IGBT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)電路把控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為加在IGBT空制端 與公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號(hào)。通過控制IGBT勺開通和關(guān)斷來控制 IGBT#壓斬波電路工作。控制電路中保護(hù)電路是用來保護(hù)電路， 防止電路產(chǎn)生過 電流、過電壓現(xiàn)象而損壞電路設(shè)備。2升

2、壓斬波電路設(shè)計(jì)方案2.1升壓斬波主電路電路工作原理原理圖本設(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，故斬波器件選用能夠承受大電壓和導(dǎo)通內(nèi)阻小，開關(guān)頻率高,開關(guān)時(shí)間小的大功率IGBT管。在IGBT關(guān)斷時(shí)給負(fù)載中電感電流提供通道，設(shè) 置了續(xù)流二極管VD。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。原理圖如下圖1所示：圖1主電路仿真圖左邊E為輸入直流50V電壓，右邊為U0斬波電壓輸出。Ig為SG3525俞出的 PW蜥波信號(hào)。V為IGBT, VD為電力二極管，L為電感，C為電容，R為負(fù)載。原理分析：首先假設(shè)電感L值很

3、大，電容C值也很大。當(dāng)Ig為高電平時(shí)，V 導(dǎo)通，50V電源向L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，基本彳持輸出電壓Uo為恒值，記為Uo。設(shè)V處于通態(tài)的時(shí)間 為ton,此階段電感L上積儲(chǔ)的能量為ELton。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處于段態(tài)的時(shí)間為to ,則在此期間電感L 釋放的能量為(U。E)It off o當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期 T中電感L積儲(chǔ)的能量于釋放的能量相等，即EI% (Uo E)“ff(2-1)化簡(jiǎn)得U0= tontoff etoff工E toff(2-2)上式中的T/toff 1 ,輸出電壓高于電源電壓

4、。式（2-1） 其大小即可改變輸出電壓Uo的大小。中T/驍為升壓比，調(diào)節(jié)Ttof升壓比，調(diào)節(jié)其即可改變U。將升壓比的倒數(shù)記作B ,即t offT和導(dǎo)通占空比，有如下關(guān)系：1因此，式（2-2）可表75為：1Uo -E(2-3)，E1-升壓斬波電路之所以能使輸出電壓高于電源電壓，關(guān)鍵有兩個(gè)原因:(2-4)日L儲(chǔ)能之后具有使電壓泵開的作用，二是電容C可將輸出電壓保持住。在以上分 析中，認(rèn)為V處于通態(tài)期間因電容C的作用使得輸出電壓Uo不變，但實(shí)際上C 值不可能為無窮大，在此階段其向負(fù)載放電，Uo必然會(huì)有所下降，故實(shí)際輸出電壓會(huì)略低于理論所得結(jié)果，不過，在電容 C值足夠大時(shí)，誤差很小，基本可 以忽略。2

5、.3觸發(fā)脈沖的放大 2.3觸發(fā)脈沖的放大 #2.2觸發(fā)電路的設(shè)計(jì) 電路主要用來驅(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)過光電耦合之 后

6、才送至驅(qū)動(dòng)電路。其電路圖如下圖 2所示：U1VCCVC豌 15 V) 也動(dòng)115 V315VRff cecout SYNCRTDISC CT CMPFMIN-GNDOCTACUTBSD11EiodelMlDiodeimns3+04圖2 PWM觸發(fā)電路工作原理：通過R2、R3、C3結(jié)合SG3525產(chǎn)生鋸齒波輸入到SG3525的振蕩器。此時(shí)形成脈沖信號(hào)，冉將脈沖信號(hào)通過SG3525AN的OUTA、OUTB端輸出整流，送到光電耦合器去將信號(hào)放大。脈沖的放大電路如圖3所示。脈沖信號(hào)經(jīng)過光電耦合器 U2隔離輸出，最后經(jīng)過Q2放大輸出到IGBT的門極g動(dòng)15VU2J。H |3|時(shí)間17.320 皿17.3

7、30 g 0.000 S通道一啟通道55.154，S5.L5-lt V o.can vrssiiE#,鼬發(fā)器12 J* *172-T1保存時(shí)間軸面首口通道日觸發(fā)5tate! 100 Us/Div比例 M V/DIy比例 5 V/Div*呻尸上1向；片位置0丫位置 叵?位置0日平|。V所血蚓麗1亞| o |3c向日底口1正弦1標(biāo)準(zhǔn)|自動(dòng)II無1T1 fcl -* 時(shí)代道道A道道fI三高1己 二宣24,1B3 mt0.000 V良河 IT- * *4J3 me0,) VT&T1 0 wa 5 0.3DDV 保存 I ELU冊(cè)1河沿B油鋁-rflln: BdugflX也宜ftHf-.Y位直10 V/

8、P7 |描例怛第她電千干 L i |QVfSQ_(| V國TlUiu裘礪|1南住11自動(dòng)1.萬圖10由以上仿真結(jié)果圖得到的波形可以看出在輸入電壓為50V時(shí)，在純電阻負(fù)載情況下，占空比選擇10%寸，得到的輸出電壓的平均值近似 55V得到的輸出功 率的平均值近似為300W這滿足電路所需的要求。且從波形圖中可以看出，輸 出的電壓電流波形的形狀是一致的，這滿足純電阻的要求。并且波形是連續(xù)的， 符合理論要求。 (2)當(dāng)占空比為a =30%寸，輸入直流電壓Ud=50V,得到輸出直流電壓Uo=78M 此時(shí)負(fù)載電阻為 R=20Q,將電感取值為4mH,電容取值為60uF,從示波器 上觀察輸出電壓U。大小及仿真結(jié)

9、果如下：圖11圖12圖13由以上仿真結(jié)果圖得到的波形可以看出在輸入電壓為50V時(shí)，在純電阻負(fù)載情況下，占空比選擇30%寸，得到的輸出電壓的平均值近似 78V。得到的輸出功 率的平均值近似為300W這滿足電路所需的要求。且從波形圖中可以看出，輸 出的電壓電流波形的形狀是一致的，這滿足純電阻的要求。(3)當(dāng)占空比為a =50%寸，輸入直流電壓 U=50V,得到輸出直流電壓 Uo=100M此時(shí)負(fù)載電阻為 R=38,將電感取值為4mH,電容取值為80uF,從示波器 上觀察輸出電壓U。大小及仿真結(jié)果如下：圖14圖15111!1gi|1ii1I11 _ :. _Bi41IBBI!BIl1111111iiI

10、i|jii1il1tl111111i14aIIIIII1aaiI1BiBB1frr_i_ 1 -i- r111i1B11II1II41iii1ii|iXL1 f f 一一 ， !|- 廣1I1I4J,.|.fi|I|f|11|1|l| L. Kg L111i111|iiaiiii1T1丁三rz-Ti時(shí)向SOO . OOO Li與SOD.ODO U. OOD 零畫3第一日 SO.OOO V 5O.OCO 7 U . UOD 7ICO Lis/Oiv匕匕帆1V位sc通宣B比例1!V位聲SOLacJL o JKdcJFHWT田口莘J B；向Z0 du 0 1DC 1圖16由以上仿真結(jié)果圖得到的波形可

11、以看出在輸入電壓為 50V時(shí)，在純電阻負(fù)載 情況下，占空比選擇90%寸，得到的輸出電壓的平均值近似 100V。得到的輸出 功率的平均值近似為300W這滿足電路所需的要求。 仿真結(jié)果分析由仿真得到的波形可以看出在輸入直流電壓為 50V 時(shí)，在純電阻負(fù)載情況下且不同占空比時(shí)， 得到的輸出電壓的平均值都不一樣。 但是得到的輸出功率的平均值都近似為 300W， 這點(diǎn)滿足電路設(shè)計(jì)所需的要求。 且從波形圖中可以看出，無論占空比有怎么變化， 輸出電壓的波形的形狀始終是一致的， 這滿足純電阻的 要求。并且波形是連續(xù)的，符合理論要求。由仿真圖可以看得到，當(dāng)占空比=10%時(shí)，輸出電壓為54.5V;當(dāng)占空比=30%

12、時(shí)，輸出電壓為77.4V;當(dāng)占空比=50%時(shí)，輸出電壓為92.4V。這與理論計(jì)算的結(jié)果差不多是一致的， 說明這此仿真結(jié)果是正確的， 符合要求輸入直 流電壓Ud=50V,占空比10哌J 50% 開關(guān)頻率為5KHz;輸出功率P=300WW勺基本 要求。致謝回顧起此次的電力電子課程之IGBT升壓斬波電路設(shè)計(jì)，感慨頗多，它使我 有了很多的心得體會(huì)，可以說這次IGBT升壓斬波電路設(shè)計(jì)是在自己用心努力和 在老師的精心指導(dǎo)下共同完成的。在兩個(gè)星期的日子里， 可以說自己每天都充滿著壓力與忙碌， 自己也的確從此次安排的課程設(shè)計(jì)中學(xué)到了很多東西。 設(shè)計(jì)過程中， 因?yàn)槭堑谝淮巫觯?難免會(huì)遇到各種各樣的問題。 在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處， 對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻， 掌握得不夠牢固。 通過查閱大量有關(guān)資料， 并與同課題同學(xué)互相討論，交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，若遇到實(shí)在搞不明白的問題就會(huì)及時(shí)請(qǐng)教老師，使自己經(jīng)歷了不少艱辛， 但收獲同樣巨大， 學(xué)到了不少知識(shí)。 通過本次課程設(shè)計(jì)讓我更加的深刻的理解了斬波器的原理， 從而由斬波器這個(gè)小小的器件體會(huì)到了電力電子這門學(xué)科的重要性。 通過這次設(shè)計(jì)， 我還發(fā)現(xiàn)課本上的理論知識(shí)和實(shí)踐還是有一定的差別， 理論知識(shí)要應(yīng)用到實(shí)踐中要經(jīng)過仔細(xì)地思考和多次嘗試， 只有這要才能達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)踐的效果。 如果不是通