电力电子技术摘要

1、摘要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，重量轻和效率高的优点而在各种电子信息设备中得到广泛的应用。伴随着人们对开关电源的进一步升级，低电压，大电流和高效率的开关电源成为研究趋势。开关电源分为ac/dc和 dc/dc，其中 dc/dc 变换已实现模块化，其设计技术和生产工艺已相对成熟和标准化。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。斩波电路主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。igbt 降压斩波电路就是直流斩波中

2、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与双极晶体管的复合器件。它既有mosfet易驱动的特点，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。直流斩波降压斩波电路由于易驱动，电压、电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔的发展前景，也由于开关电源向低电压，大电流和高效率发展的趋势，促进了igbt 降压斩波电路的发展

3、。关键字：电力电子技术直流斩波 igbt 开关电源目录1 设计原理分析11.1 总体结构分析11.2 主电路的设计11.3 触发电路的设计21.4 驱动电路设计31.5 整流滤波电路52. 设计总电路图及参数62.1 设计总电路图62.1 元件参数计算83. matlab 仿真分析93.1 建立仿真模型93.2 仿真结果分析113.3 存在反电动势的分析.13 小结.16 参考文献17igbt 直流斩波电路的设计1设计原理分析1.1 总体结构分析直流斩波电路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。它在电源的设计上有很重要的应用。一般来说，斩波电路的实现都要依靠全控型器件。在这里，我

4、所设计的是基于igbt 的降压斩波短路。直流降压斩波电路主要分为三个部分，分别为主电路模块，控制电路模块和驱动电路模块。电路的结构框图如下图（图1）所示。图 1 电路结构框图除了上述主要结构之外，还必须考虑电路中电力电子器件的保护，以及控制电路与主电路的电器隔离。1.2 主电路的设计主电路是整个斩波电路的核心，降压过程就由此模块完成。其原理图如图 2所示。图2 主电路原理图em如图， igbt 在控制信号的作用下开通与关断。开通时，二极管截止，电流 io 流过大电感 l，电源给电感充电，同时为负载供电。而 igbt截止时，电感 l 开始放电为负载供电，二极管 vd导通，形成回路。 igbt 以

5、这种方式不断重复开通和关断， 而电感 l 足够大，使得负载电流连续，而电压断续。从总体上看，输出电压的平均值减小了。输出电压与输入电压之比 由控制信号的占空比来决定。这也就是降压斩波电路的工作原理。降压斩波的典型波形如下图所示。igi 图3 降压电路波形图图2中的负载为电动机，是一种放电动式负载。反电动势负载有电流断续和电流连续两种工作状态。分别入图3中 b）和 a）所示。无论哪一种情况，输出电压的平均值都与负载无关，其大小为：tonton（ 1-1 ）ton 表示导通的时； toff 表示截止的时间；a 表示导通时间占空比。对于输出电流，当uoe时电流连续，输出电流平均值大小为：（ 1-2

6、）r当 uoe时才会有电流。设定e 为40v，内阻为 6。要使输出电压 100v时电流连续可调， 则占空比必须大于 20%。仿真模型的电路图如下所。图 13 存在反电动势的仿真电路图占空比为 50%的仿真波形如下图所示。第16/20 页占空比为 20%的仿真波形如下图所示。图 15 20%占空比 l 波形由上面的分析，当存在反电动势时与纯电阻的情况不太一样，主要是由于当d小于 em时，电流出现断续，所以占空比必须大于20%。所以连续调节从 20%到 50%，输出电压从 40v 到100v。小结在此次课程设计中， 我做的是降压直流斩波电路， 其要求是输出电压为 100v，电流为 10a。在电力电

7、子技术中，我们学习了直流斩波原理，故此次课程设计更加加深了我对这一章的了解。 其中整个电路包括整流滤波电路， 降压直流斩波主电路，以及 igbt 的触发电路和驱动电路。触发电路使用的是 pwm控制，驱动电路将其信号放大，控制 igbt 的关断和导通，从而改变输出直流电压的大小，达到连续调节的目的。首先我使用 altum designer 软件绘制了系统的硬件图。 这是我第一次使用这个软件，因为触发电路和驱动电路要分别使用 sg3525芯片和 m57962l芯片，在 protel 软件中无法找到，故我只好使用 altum designer 软件绘图。此软件可以自己画芯片，在其中我遇到了很多问题，

8、 开始连如何新建绘制原理图文件都不会，而后来在元件也颇费了一番功夫， 尤其是光电耦合器， 我找了很久才找到。 不过，总而言之，我初步学会了使用该软件绘制原理图的方法。 也体会到了作为 protel 软件的升级版，该软件功能确实强大很多。在今后还需要更深入的学习。其次，我使用 matlab中的 simulink 对主电路进行了仿真。在这仿真中我学到了两点。第一，我对降压直流斩波电路原理有了更深的了解。 从仿真结果来分析，输出电压为直线， 但电流却不是像我们在书中学的理论为直线， 而是一条波浪线。这是因为在理论中，电感设为无穷大，但实际电感为有限值，在充电放电的过程中，无法使电流恒定， 故为波浪线

9、。 另外我还仿真了当负载只为纯电阻的情况和负载有反电动势的的情况。 两者有些不同。 主要是后者占空比不够时， 电流出现断续， 最后得到的值基本为零。 故当负载为反电动势时， 要注意占空比的选择。第二，我更加了解了 simulink 的使用。其中最深的就是如何改变示波器的量程和使元件旋转的方法。 学会了改变示波器的量程， 我把波形分析的更加清楚了。此次课程设计我大概用了五天时间，遇到了很多问题，也学到了很到知识。每一次跌倒都是最好的成长。 只有把理论跟实践相结合， 从实践中得出结论， 分析理论，才能跟好的掌握所学知识， 同时也提高了我们的实际动手能力和独立思考能力。第18/20 页参考文献1 王兆安、黄俊 . 电力电子技术 . 北京：机械工业出版社， 2008 2王维平 . 现代电力电子技术及应用. 南京：东南大学出版社，1999 3 叶斌 . 电力电子应用技术及装置 . 北京：铁道出版社， 1999 4 马建国 . 孟宪元 . 电子设计自动化技术基础 . 清华大学出版社 ,2004 5 马建