直流降压斩波电路的设计.doc

直流降压斩波电路的设计
摘要: 本实验设计的是Buck降压斩波电路,采用全控型器件IGBT。根据降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动及保护电路。
关键词:降压斩波,主电路、控制电路、驱动及保护电路。
引言:直流传动是斩波电路应用的传统领域,而开关电源则是斩波电路应用的新领域,是电力电子领域的一大热点。DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压,也称为直流斩波。直流变换电路的用途非常广泛,包括直流电动机传动、开关电源、单相功率因数校正,以及用于其他领域的交直流电源。斩波器的工作方式有:脉宽调制方式,频率调制方式和混合型。脉宽调制方式较为通用。当今世界软开关技术使得DC/DC变换器发生了质得变化和飞跃。美国VICOR公司设计制造得多种ECI软开关DC/DC变换器,最大输出功率有300W、600W、800W等,相应得功率密度为(、10、17)W/cm3,效率为(80—90)%。日本NemicLambda公司最新推出得一种采用软开关技术得高频开关电源模块RM系列,其开关频率为200—300KHz,功率密度已达27W/cm3,采用同步整流器(MOS-FET代替肖特基二极管),使整个电路效率提高到90%。
1设计目的
直流斩波电路(DC Chopper)的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电,也称为直接直流—直流变换器(DC/DC Converter)。直流斩波电路一般是指直接将直流电变为另一直流电的情况,不包括直流—交流—直流的情况, 其中IGBT降压斩波电路就是直流斩波中最基本的一种电路,是用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路,用于直流到直流的降压变换。IGBT是MOSFET与GTR的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点,输入阻抗高,又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间,可正常工作于几十千赫兹频率范围内,故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。所以用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路就有了IGBT易驱动,电压、电流容量大的优点,因此发展很快。
2 设计任务与要求
设计任务
要求设计降压斩波电路的主电路、控制电路、驱动及保护电路,稳压直流电源15V和直流电压100V的设计
设计要求
对Buck降压电路的基本要求有以下几点:
:Ud=100V

~80V
:小于1%
:5A(在额定负载下)
,动作电流:6A

%
3 设计内容
根据降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动及保护电路,设计出降压斩波电路的结构框图如图1所示。
图1 电路框图
在图1结构框图中,控制电路是用来产生IGBT降压斩波电路的控制信号,控制电路产生的控制信号传到驱动电路,驱动电路把控制信号转换为加在IGBT控制端和公共端之间,可以使其开通或关断的信号。通过控制IGBT的开通和关断来控制IGBT降压斩波电路的主电路工作。保护电路是用来保护电路的,防止电路产生过电流、过电压和欠电压等现象损害电路设备。
设计方案的选定与说明
降压斩波电路
降压斩波电路原理
式中为V处于通态的时间;为V处于断态的时间;T为开关周期;为导通占空比,简称占空比或导通比。降压斩波电路的占空比小于1。
根据对输出电压平均值进行调制的方式不同,斩波电路有三种控制方式:
保持开关周期T不变,调节开关导通时间不变,称为PWM。
保持开关导通时间不变,改变开关周期T,称为频率调制或调频型。
和T都可调,使占空比改变,称为混合型
但是普遍采用的是脉冲宽调制工作方式。因为采用频率调制工作方式,容易产生谐波干扰,而且滤波器设计也比较困难。此电路就是采用脉冲宽调制控制IGBT的通断。
降压斩波电路主电路设计
BUCK降压斩波主电路
在电力系统中,直接承担电能的变换或控制任务的电路称为主电路。IGBT降压斩波电路的主电路图如下图2所示。它是一种降压型变换器,其输出电压平均值U,总是小于输入电压。该电路使用一个全控型器件V,为IGBT。在V关断时,为了给负载中电感电流提供通道,设置了续流二极管VD。
图2 降压斩波主电路图

主电路中需要确定参数的元器件有直流电源、IGBT、二极管、电感、电容、电阻值,其参数选择如下说明:
(1) 对于电源,因为题目要求输入直流电压为100V,所以该直流稳压电源可直接作为系统电源。
(2)IGBT 由图2易知当IGBT截止时,回路通过二极管续流,此时IGBT两端