斩波电路设计报告

1、 1、 设计的目的（1）通过对降压斩波电路的设计，掌握其工作原理，运用所学知识，进行降压斩波电路和系统的设计，了解与熟悉降压斩波电路拓扑，控制方法。理解和掌握降压斩波电路及系统的主电路、控制电路和保护电路的设计方法，掌握器件的选择计算方法。二、课程设计的任务和要求1.设计任务（1）熟悉降压斩波电路的基本原理，能够运用所学的理论知识分析设计任务。（2）掌握基本电路的数据分析、处理;描绘波形并加以判断。（3）能正确设计电路，画出电路图，分析电路原理。（4）按时参加课程设计指导，定期汇报课程设计进展情况。（5）广泛收集相关技术资料。（6）独立思考，刻苦钻研，严禁抄袭。（7）按时完成课程设计

2、任务，认真、正确的书写课程设计报告。（8）培养实事求是、科学严谨的工作态度和认真的工作作风。2.设计要求（1）理论设计：了解掌握降压斩波电路的工作原理，设计降压斩波电路的主电路的工作原理，设计降压斩波电路的主电路和控制电路，包括：IGBT额定电流、电压的选择驱动电路、保护电路的设计以及各元器件参数的选择。3、 具体计算和选择过程（1） 主电路的选型降压斩波电路     电路的原理图如图2所示，            此电路使用一个全控型

3、器件V，图中为IGBT，若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。并设置了续流二极管VD，在V关断时给负载中电感电流提供通道。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，后两种情况下负载中均会出现反电动势，如图中Em所示。    工作原理：当t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压uo=E，负载电流io按指数曲线上升。    当 t=t1时控制V关断，二极管VD续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降，通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。 此电路的基

4、本数量关系为 ：（1）电流连续时，负载电压的平均值为  上式中，ton为V处于通态的时间，toff为V处于断态的时间，T为开关周期。其中为占空比，简称占空比或导通比。则平均电流为：(2) 电流断续时，负载电压uo平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。  斩波电路有三种控制方式： （1）脉冲宽度调制（PWM）：保持开关周期T不变，调节开关导通时间ton 。    （2）频率调制：保持开关导通时间ton不变，改变开关周期T。 （3）混合型：ton和T都可调，使占空比改变。2、驱动电

5、路 1、IGBT驱动电路 IGBT的门极驱动条件密切地关系到他的静态和动态特性。门极电路的正偏压uGS、负偏压-uGS和门极电阻RG的大小，对IGBT的通态电压、开关、开关损耗、承受短路能力及du/dt电流等参数有不同程度的影响。其中门极正电压uGS的变化对IGBT的开通特性，负载短路能力和duGS/dt电流有较大的影响，而门极负偏压对关断特性的影响较大。门极电路设计中也必须注意开通特性，负载短路能力和由duGS/dt电流引起的误触发等问题。根据上述分析，对IGBT驱动电路提出以下要求和条件：(1)由于是容性输出输出阻抗；因此IBGT对门极电荷集聚很敏感，驱动电路必须可靠，要保证有一条低阻抗的

6、放电回路。 (2)用低内阻的驱动源对门极电容充放电，以保证门及控制电压uGS有足够陡峭的前、后沿，使IGBT的开关损耗尽量小。另外，IGBT开通后，门极驱动源应提供足够的功率，使IGBT不至退出饱和而损坏。 (3)门极电路中的正偏压应为+12+15V；负偏压应为-2V-10V。 (4)IGBT 驱动电路中的电阻RG对工作性能有较大的影响，RG较大，有利于抑制IGBT 的电流上升率及电压上升率，但会增加IGBT 的开关时间和开关损耗；RG较小，会引起电流上升率增大，使IGBT 误导通或损坏。RG的具体数据与驱动电路的结构及IG

7、BT 的容量有关，一般在几欧几十欧，小容量的IGBT 其RG值较大。 (5)驱动电路应具有较强的抗干扰能力及对IGBT 的自保、IGBT 的控制、驱动及保护电路等应与其高速开关特性相匹配，另外，在未采取适当的防静电措施情况下，IGBT的GE极之间不能为开路。 IGBT驱动电路分类驱动电路分为：分立插脚式元件的驱动电路；光耦驱动电路；厚膜驱动电路；专用集成块驱动电路。本文设计的电路采用的是专用集成块SG3525驱动电路。IGBT驱动电路分析随着微处理技术的发展(包括处理器、系统结构和存储器件)，数字信号处理器以其优越的性能在交流调速、运

8、动控制领域得到了广泛的应用。一般数字信号处理器构成的控制系统， IGBT驱动信号由处理器集成的PWM模块产生的。而PWM接口驱动能力及其与IGBT的接口电路的设计直接影响到系统工作的可靠性。因此本文采用SG3525设计出了一种可靠的IGBT驱动方案。 本文将在斩波信号产生电路一节将分立元件组成的驱动电路和集成驱动电路做一下简单的比较，以此来说明集成驱动电路的优越性。2、 对于SG3525驱动电路PWM控制芯片SG3525功能简介：SG3525是用于驱动N沟道功率MOSFET。它是电流控制型PWM控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入

9、端直接用流过输出电感线圈的信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环和电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器。1、 引脚功能引脚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，可构成跟随器。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）之间接入比例、比例积分和积分等类型的调节器。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。

10、引脚4：振荡器输出端。引脚5：振荡器定时电容接入端。引脚6：振荡器定时电阻接入端。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。引脚8：软启动电容接入端。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。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。引脚11：输出端A。引脚11和引脚14是两路互补输出端。引脚12：信号地。引脚13：输出级偏置电压接入端。引脚14：输出端B。引脚15：偏置电源接入端。引脚16：基准电源输出端。该端可输出一温度稳定性极

11、好的基准电压2、特点如下（1） 工作电压范围：835V；（2） 5.1V微调基准电源；（3） 振荡器工作频率范围：100HZ400KHZ；（4） 具有振荡器外部同步功能；（5） 死区时间可调；（6） 内置软启动电路；（7） 具有输入欠电压锁定功能；（8） 具有PWM锁存功能，禁止多脉冲；（9） 逐个脉冲关断；（10） 双路输出。3、 工作原理 SG3525内置了5.1V精密基准电压，微调至1.0%，在误差放大器共模输入电压范围内，无须外接分压电阻。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5引脚和7引脚之间加入一个电阻就可以实现

12、对死区时间的调节功能。由于SG3525内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

13、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锁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。当引脚10上的信号为高电平时，PWM锁存器将立即动作，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，10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

14、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。 此外，SG3525还具有以下功能，即无论因为什么原因造成PWM脉冲中止，输出都将被中止，直到下一个时钟信号到来，PWM锁存器才被复位。3、 整流电路 本设计采用桥式电路整流：由四个二极管组成一个全桥整流电路. wp由整流电路出来的电压含有较大的纹波，电压质量不太好，故需要进行滤波。本电路采用RC滤波器,因为电容滤波的直流输出电压Uo与变压器副边电压U2的比值比较大，而且适用在小电流、整流管的冲击电流比较大的电路中。因此本电路选用电容滤波.因为本电路要求有稳定的输出因此还需用到稳压二极

15、管进行稳压。三、最优参数选择 3.1 整流电路部分 整流桥二极管的选择。在桥式整流电路中，每只二极管只在输入电压的半个周期内导通，因此二极管的平均电流只有负载电阻上平均电流的一半，即 ID(AV)=IO(AV)/2=0.45U2/RL 在二极管不导通期间，承受反压的最大值就是变压器二次测电压U2的最大值，即 URM=1.414U2，根据上面的选择原则可知选择二极管的最大整流电流IF(1.1IO)/20.5(U2/RL);最大反向电压UR1.12U2=1.12×55=84.7V。 滤波电容的选择：C=(5T/2)/RL 4、 总电路图随着电力电子技术的发展，有源功率因数校正(APFC)技术已经能有效地抑制输入电流的谐波分量，其波形接近正弦波，并与输入电压同相位。APFC电路不仅能实现输出直流电压的斩波调节，还能实现电网一侧单位功率因数。降压斩波APFC的电路图如图8所示：五、体会总结回顾起此次电力电子课程设计，感慨颇多，在两个星期的日子里可以说是整天都充满着压力与忙碌，自己也的确从此次安排的课程设计中学到了很多东西。从开始得到老师给定课题时