電力電子技術(shù)摘要

1、摘要隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，電子設(shè)備的種類也越來越多。電子設(shè)備的小型化和低成本化使電源向輕，薄，小和高效率方向發(fā)展。開關(guān)電源因其體積小，重量輕和效率高的優(yōu)點(diǎn)而在各種電子信息設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。伴隨著人們對開關(guān)電源的進(jìn)一步升級(jí)，低電壓，大電流和高效率的開關(guān)電源成為研究趨勢。開關(guān)電源分為ac/dc和 dc/dc，其中 dc/dc 變換已實(shí)現(xiàn)模塊化，其設(shè)計(jì)技術(shù)和生產(chǎn)工藝已相對成熟和標(biāo)準(zhǔn)化。dc/dc變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。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。igbt 降壓斬波電路就是直流斬波中

2、最基本的一種電路，是用 igbt 作為全控型器件的降壓斬波電路，用于直流到直流的降壓變換。igbt 是mosfet與雙極晶體管的復(fù)合器件。它既有mosfet易驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)，又具有功率晶體管電壓、電流容量大等優(yōu)點(diǎn)。其頻率特性介于mosfet與功率晶體管之間，可正常工作于幾十千赫茲頻率范圍內(nèi)，故在較高頻率的大、中功率應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。所以用igbt 作為全控型器件的降壓斬波電路就有了igbt 易驅(qū)動(dòng)，電壓、電流容量大的優(yōu)點(diǎn)。直流斬波降壓斬波電路由于易驅(qū)動(dòng)，電壓、電流容量大在電力電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中有廣闊的發(fā)展前景，也由于開關(guān)電源向低電壓，大電流和高效率發(fā)展的趨勢，促進(jìn)了igbt 降壓斬波電路的發(fā)展

3、。關(guān)鍵字：電力電子技術(shù)直流斬波 igbt 開關(guān)電源目錄1 設(shè)計(jì)原理分析11.1 總體結(jié)構(gòu)分析11.2 主電路的設(shè)計(jì)11.3 觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)21.4 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)31.5 整流濾波電路52. 設(shè)計(jì)總電路圖及參數(shù)62.1 設(shè)計(jì)總電路圖62.1 元件參數(shù)計(jì)算83. matlab 仿真分析93.1 建立仿真模型93.2 仿真結(jié)果分析113.3 存在反電動(dòng)勢的分析.13 小結(jié).16 參考文獻(xiàn)17igbt 直流斬波電路的設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)原理分析1.1 總體結(jié)構(gòu)分析直流斬波電路的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電。它在電源的設(shè)計(jì)上有很重要的應(yīng)用。一般來說，斬波電路的實(shí)現(xiàn)都要依靠全控型器件。在這里，我

4、所設(shè)計(jì)的是基于igbt 的降壓斬波短路。直流降壓斬波電路主要分為三個(gè)部分，分別為主電路模塊，控制電路模塊和驅(qū)動(dòng)電路模塊。電路的結(jié)構(gòu)框圖如下圖（圖1）所示。圖 1 電路結(jié)構(gòu)框圖除了上述主要結(jié)構(gòu)之外，還必須考慮電路中電力電子器件的保護(hù)，以及控制電路與主電路的電器隔離。1.2 主電路的設(shè)計(jì)主電路是整個(gè)斬波電路的核心，降壓過程就由此模塊完成。其原理圖如圖 2所示。圖2 主電路原理圖em如圖， igbt 在控制信號(hào)的作用下開通與關(guān)斷。開通時(shí)，二極管截止，電流 io 流過大電感 l，電源給電感充電，同時(shí)為負(fù)載供電。而 igbt截止時(shí)，電感 l 開始放電為負(fù)載供電，二極管 vd導(dǎo)通，形成回路。 igbt 以

5、這種方式不斷重復(fù)開通和關(guān)斷， 而電感 l 足夠大，使得負(fù)載電流連續(xù)，而電壓斷續(xù)。從總體上看，輸出電壓的平均值減小了。輸出電壓與輸入電壓之比 由控制信號(hào)的占空比來決定。這也就是降壓斬波電路的工作原理。降壓斬波的典型波形如下圖所示。igi 圖3 降壓電路波形圖圖2中的負(fù)載為電動(dòng)機(jī)，是一種放電動(dòng)式負(fù)載。反電動(dòng)勢負(fù)載有電流斷續(xù)和電流連續(xù)兩種工作狀態(tài)。分別入圖3中 b）和 a）所示。無論哪一種情況，輸出電壓的平均值都與負(fù)載無關(guān)，其大小為：tonton（ 1-1 ）ton 表示導(dǎo)通的時(shí)； toff 表示截止的時(shí)間；a 表示導(dǎo)通時(shí)間占空比。對于輸出電流，當(dāng)uoe時(shí)電流連續(xù)，輸出電流平均值大小為：（ 1-2

6、）r當(dāng) uoe時(shí)才會(huì)有電流。設(shè)定e 為40v，內(nèi)阻為 6。要使輸出電壓 100v時(shí)電流連續(xù)可調(diào)， 則占空比必須大于 20%。仿真模型的電路圖如下所。圖 13 存在反電動(dòng)勢的仿真電路圖占空比為 50%的仿真波形如下圖所示。第16/20 頁占空比為 20%的仿真波形如下圖所示。圖 15 20%占空比 l 波形由上面的分析，當(dāng)存在反電動(dòng)勢時(shí)與純電阻的情況不太一樣，主要是由于當(dāng)d小于 em時(shí)，電流出現(xiàn)斷續(xù)，所以占空比必須大于20%。所以連續(xù)調(diào)節(jié)從 20%到 50%，輸出電壓從 40v 到100v。小結(jié)在此次課程設(shè)計(jì)中， 我做的是降壓直流斬波電路， 其要求是輸出電壓為 100v，電流為 10a。在電力電

7、子技術(shù)中，我們學(xué)習(xí)了直流斬波原理，故此次課程設(shè)計(jì)更加加深了我對這一章的了解。 其中整個(gè)電路包括整流濾波電路， 降壓直流斬波主電路，以及 igbt 的觸發(fā)電路和驅(qū)動(dòng)電路。觸發(fā)電路使用的是 pwm控制，驅(qū)動(dòng)電路將其信號(hào)放大，控制 igbt 的關(guān)斷和導(dǎo)通，從而改變輸出直流電壓的大小，達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)的目的。首先我使用 altum designer 軟件繪制了系統(tǒng)的硬件圖。 這是我第一次使用這個(gè)軟件，因?yàn)橛|發(fā)電路和驅(qū)動(dòng)電路要分別使用 sg3525芯片和 m57962l芯片，在 protel 軟件中無法找到，故我只好使用 altum designer 軟件繪圖。此軟件可以自己畫芯片，在其中我遇到了很多問題，

8、 開始連如何新建繪制原理圖文件都不會(huì)，而后來在元件也頗費(fèi)了一番功夫， 尤其是光電耦合器， 我找了很久才找到。 不過，總而言之，我初步學(xué)會(huì)了使用該軟件繪制原理圖的方法。 也體會(huì)到了作為 protel 軟件的升級(jí)版，該軟件功能確實(shí)強(qiáng)大很多。在今后還需要更深入的學(xué)習(xí)。其次，我使用 matlab中的 simulink 對主電路進(jìn)行了仿真。在這仿真中我學(xué)到了兩點(diǎn)。第一，我對降壓直流斬波電路原理有了更深的了解。 從仿真結(jié)果來分析，輸出電壓為直線， 但電流卻不是像我們在書中學(xué)的理論為直線， 而是一條波浪線。這是因?yàn)樵诶碚撝?，電感設(shè)為無窮大，但實(shí)際電感為有限值，在充電放電的過程中，無法使電流恒定， 故為波浪線

9、。 另外我還仿真了當(dāng)負(fù)載只為純電阻的情況和負(fù)載有反電動(dòng)勢的的情況。 兩者有些不同。 主要是后者占空比不夠時(shí)， 電流出現(xiàn)斷續(xù)， 最后得到的值基本為零。 故當(dāng)負(fù)載為反電動(dòng)勢時(shí)， 要注意占空比的選擇。第二，我更加了解了 simulink 的使用。其中最深的就是如何改變示波器的量程和使元件旋轉(zhuǎn)的方法。 學(xué)會(huì)了改變示波器的量程， 我把波形分析的更加清楚了。此次課程設(shè)計(jì)我大概用了五天時(shí)間，遇到了很多問題，也學(xué)到了很到知識(shí)。每一次跌倒都是最好的成長。 只有把理論跟實(shí)踐相結(jié)合， 從實(shí)踐中得出結(jié)論， 分析理論，才能跟好的掌握所學(xué)知識(shí)， 同時(shí)也提高了我們的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考能力。第18/20 頁參考文獻(xiàn)1 王兆安、黃俊 . 電力電子技術(shù) . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2008 2王維平 . 現(xiàn)代電力電子技術(shù)及應(yīng)用. 南京：東南大學(xué)出版社，1999 3 葉斌 . 電力電子應(yīng)用技術(shù)及裝置 . 北京：鐵道出版社， 1999 4 馬建國 . 孟憲元 . 電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)基礎(chǔ) . 清華大學(xué)出版社 ,2004 5 馬建