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1、概述1.1 直流斩波电路的分类直流斩波电路的种类较多，基本斩波电路包括：降压斩波电路， 升压斩波电路，升降压斩波电路。1.2 直流斩波电路的运用领域直流斩波电源广泛运用于各种电子设备的直流电源（开关电源）， 也可拖动直流电动机或带蓄电池的负载。具体运用如地铁机车。1.3 直流斩波电路的发展前景随着电力电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛， 电子设备的种类也越来越多。电子设备的小型化和低成本化使电源向 轻，薄小和高效率方向发展，开关电源因其体积小，重量轻和高效率 的优点而在各种电子设备中得到广泛的应用。直流斩波电路作为开关 电源中的一种，它的变换已实现模块化，其设计技术和生产工艺已相
2、 对成熟和标准化。直流斩波电路变换是将固定的直流电压变换成可变 的直流电压，也称DC/DC变换。直流斩波电路是电力电子技术领域的 一个热点，以其中的IGBT降压斩波电路为例，它由于易驱动，电压， 电流容量大等优点，在电力电子技术应用领域中有广阔的发展前景， 也是由于开关电源向低电压，大电流和高效率的发展趋势，也促进了 IGBT斩波电路的发展。本此课程设计是以直流斩波电路中一种最基本 ,常见的直流降压 斩波电路作为研究分析对象二 降压斩波电路的设计思路2.1 设计思路 直流斩波电路总共分为三个部分电路摸块。分别为主电路模块， 控制电路模块和驱动电路模块。主电路模块： 由全控型 IGBT 的开通与
3、关断的时间占空比来决定 输出电压u。的大小。控制电路模块：用 SG3525 来控制 IGBT 的开通与关断。 驱动电路模块：用来驱动 IGBT。2.2 原理框图 根据降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动电 路，设计出降压斩波电路的原理框图如下图所示。门极01集电核g沁发射换F+基騷Z基极沁缓冲区H层IGBT 结构图三 直流降压斩波电路的设计与仿真3.1 主电路模块的设计直流降压斩波电路由直流电源，全控型器件IGBT，电感线圈，续流二极管以及负载组成。具体电路图如下主电路的原理图主电路有两种工作状态，即IGBT导通和截止状态a. V 导通，此时电源经电感线圈向负载供电，同时，电感线
4、圈贮存能量。等效电路图Ud = u ()+ u ()LR u t)亍 Ud - u t)L dRb. V 截止，此时，电源脱离电路，电感线圈向负载供电，释放贮存的等效电路L/VYYAt)+ u t)= t)=-u t)LR电容c：属于斩波电路本身，不属于负载。V导通时充电，V截止时 放电，从而使负载两端电压保持平稳。3.3 主电路图的仿真主电路的仿真图其中直流电源的参数设置为100V, PWM周期设置为0.0001S。当PWM的占空比取的是a=50%，当一个周期T结束后，负载电压的理 论平均值U二tonU二tonU=QU二50/，经过相关参数的调o t +1 i T i 1on off试，实际
5、u = 49. 79，此时设计的最佳参数为:L=400e-5 H, R=3.8 欧,0C=3e-5 F。输出负载电压波形图为：时间/t当PWM的占空比取的是a=25%，当一个周期T结束后，负载电压的理论平均值U二tonU二tonU= QU二25V，经过相关参数的调o t +11 T 11on off试，实际u = 24.12，此时设计的最佳参数为：L=500e-5 H, R=15欧,oC=4e-5 F。输出负载端电压波形图为：当PWM的占空比取的是a=75%，当一个周期T结束后，负载电压的理 论平均值U二tonU二lonU = QU二75V，经过相关参数的调o t +11 T 11on off
6、试，实际u = 75.14，此时设计的最佳参数为：L=250e-5 H, R=8欧， oC=2.8e-5 F。输出负载端电压波形图为：3.4 主电路设计图四 控制电路的设计4.1 方案的选择对于控制电路的设计其实可以有很多种方法，可以通过一些数字运算芯片如单片机、CPLD等等来输出PWM波，也可以通过特定的PWM发生芯片来控制。因为设计课题要求，所以选用一般的 SG3525 作为 PWM 发生芯片来进行连续控制。SG3525 其原理图如图4.13下：I. 1 nv.input（引脚1）：误差放大器反向输入端。在闭环系统中，该引脚接反馈信号。 在开环系统中，该端与补偿信号输入端（引脚9）相连，可
7、构成跟随器。2.Noninv.input（引脚2）：误差放大器同向输入端。在闭环系统和开环系统中，该端 接给定信号。根据需要，在该端与补偿信号输入端（引脚9）之间接入不同类型 的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型的调节器。3.Sy nc（引脚3）:振荡器外接同步信号输入端。该端接外部同步脉冲信号可实现与 外电路同步。4.0SC.0utput（引脚4）：振荡器输出端。5. CT（引脚5）：振荡器定时电容接入端。6. RT （引脚6）：振荡器定时电阻接入端。7. Discharge（引脚7）：振荡器放电端。该端与引脚5之间外接一只放电电阻，构成 放电回路。8.Soft-Start（引脚8
8、）：软启动电容接入端。该端通常接一只5的软启动电容。9.Compensation（引脚9）： PWM比较器补偿信号输入端。在该端与引脚2之间接入 不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型调节器。10.Shutdown（引脚10）：外部关断信号输入端。该端接高电平时控制器输出被禁止。 该端可与保护电路相连，以实现故障保护。II. Output A （引脚11）：输出端A。引脚11和引脚14是两路互补输出端。12. Ground（引脚12）：信号地。13. VC（引脚13）：输出级偏置电压接入端。14.Output B （引脚14）：输出端B。引脚14和引脚11是两路互补输出端。15
9、.VCC（引脚15）：偏置电源接入端。16.Vref（引脚16）：基准电源输出端。该端可输出一温度稳定性极好的基准电压。其特点特点如下： （1）工作电压围宽： 835V。（2）5.1（1 1.0%） V微调基准电源。（3）振荡器工作频率围宽：100Hz400KHz.（ 4）具有振荡器外部同步功能。（5）死区时间可调。（ 6）置软启动电路。（ 7）具有输入欠电压锁定功能。（8）具有PWM琐存功能，禁止多脉冲。（ 9 ）逐个脉冲关断。（10）双路输出（灌电流/拉电流）：mA（峰值）。SG3525的工作原理SG3525置了5.1V精密基准电源，微调至1.0%，在误差放大器共模输入电压 围，无须外接分
10、压电组o SG3525还增加了同步功能，可以工作在主从模式，也可 以与外部系统时钟信号同步，为设计提供了极大的灵活性。在 CT 5 引脚和 Discharge 7 引脚之间加入一个电阻就可以实现对死区时间的调节功能。由于 SG3525部集成了软启动电路，因此只需要一个外接定时电容。SG3525的软启动接入端（引脚8）上通常接一个5的软启动电容。上电过程 中，由于电容两端的电压不能突变，因此与软启动电容接入端相连的PWM比较 器反向输入端处于低电平，PWM比较器输出高电平。此时，PWM琐存器的输出 也为高电平，该高电平通过两个或非门加到输出晶体管上，使之无法导通。只有 软启动电容充电至其上的电压
11、使引脚8处于高电平时，SG3525才开始工作。由 于实际中，基准电压通常是接在误差放大器的同相输入端上，而输出电压的采样 电压则加在误差放大器的反相输入端上。当输出电压因输入电压的升高或负载的 变化而升高时，误差放大器的输出将减小，这将导致PWM比较器输出为正的时 间变长，PWM琐存器输出高电平的时间也变长，因此输出晶体管的导通时间将 最终变短，从而使输出电压回落到额定值，实现了稳态。反之亦然。外接关断信号对输出级和软启动电路都起作用。当Shutdown （引脚10）上 的信号为高电平时，PWM琐存器将立即动作，禁止SG3525的输出，同时，软启 动电容将开始放电。如果该高电平持续，软启动电容
12、将充分放电，直到关断信号 结束，才重新进入软启动过程。注意，Shutdow n引脚不能悬空，应通过接地电 阻可靠接地，以防止外部干扰信号耦合而影响SG3525的正常工作。欠电压锁定功能同样作用于输出级和软启动电路。如果输入电压过低，在 SG3525 的输出被关断同时，软启动电容将开始放电。控制电路如下五 驱动电路模块的设计该部分主要完成以下几个功能： （1）提供适当的正向和反向输出电压，使IGBT可靠的开通和关断；（2）提供足够大的瞬态功率或瞬时电流，使IGBT能迅 速建立栅控电场而导通；(3)尽可能小的输入输出延迟时间，以提高工作效率； (4) 足够高的输入输出电气隔离性能，使信号电路与栅极
13、驱动电路绝缘；(5)具 有灵敏的过流保护能力。针对以上几个要求，对驱动电路进行以下设计。针对驱 动电路的隔离方式：采用普通光电耦合式驱动电路，该电路双侧都有源。其提供的脉冲宽度不 受限制，较易检测 IGBT 的电压和电流的状态，对外送出过流信号。另外它使用 比较方便，稳定性比较好。经过上文的分析采用以下驱动电路：六 总结与体会本次电力电子设计为期两周，这两周的时间是充实的，有对我们学 过的知识重新熟悉与积累，也有对一些新知识的了解与掌握。前两天 上网查询资料，但是收获很小，由于电力电子技术是去年学的，相关 方面的知识多少有些生疏。但是通过重新翻阅书籍，头脑中的概念慢 慢变得清晰。书本上有我们本
14、次课题的相关例题，所以我们花了大量 的时间温习课本，收获很大，课程设计部分的仿真进行得很顺利。同 时，在仿真的过程中也了解到，理论上可行的东西，实际上执行起来 还是有困难的，开始按理论参数进行设置，得出的仿真结果与理论差 距较大。但是通过我们一遍一遍的修改参数，最终得到了最佳仿真结 果。在这个过程中，让我们重新温习使用MATLAB软件，同时这个过 程也要足够的耐心和细心。之后我们又遇到了问题，由于本次课程设 计需要采用SG3525芯片来产生PWM波信号，而我在MATLAB, proteus 等办公软件里找不到。通过和老师的交流，这个问题得到了很好的解 决。通过这次课程设计，提高了我对电力电子技术知识的掌握和相关 的动手能力，更重要的是增强的自己的信心，坚定了自己信念，明确 了以后的方向，收获了许多在教室在课堂很难体会到的东西，让我知 道了的不只是这个简单的课题，它让我知道的是面对一个问题时应该 从哪下手，怎样才能更好的解决问题。这对与我们使一次很好的锻炼， 我坚信，这对于以后我们的工作与生活有很大的帮助。附录直流降压斩波总电路图
