直流降壓斬波電路的設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電子科學(xué)與技術(shù)課程設(shè)計報告 課題：直流降壓斬波電路的設(shè)計專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 2011級三班 姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 日 期 摘要: 本實(shí)驗(yàn)設(shè)計的是Buck降壓斬波電路，采用全控型器件IGBT。根據(jù)降壓斬波電路設(shè)計任務(wù)要求設(shè)計主電路、控制電路、驅(qū)動及保護(hù)電路。關(guān)鍵詞:降壓斬波，主電路、控制電路、驅(qū)動及保護(hù)電路。引言：直流傳動是斬波電路應(yīng)用的傳統(tǒng)領(lǐng)域，而開關(guān)電源則是斬波電路應(yīng)用的新領(lǐng)域，是電力電子領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。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。直流變換電路的用途非常廣泛，包括直流電動機(jī)傳動、開關(guān)電源、單相功率因數(shù)校正

2、，以及用于其他領(lǐng)域的交直流電源。斬波器的工作方式有：脈寬調(diào)制方式，頻率調(diào)制方式和混合型。脈寬調(diào)制方式較為通用。當(dāng)今世界軟開關(guān)技術(shù)使得DC/DC變換器發(fā)生了質(zhì)得變化和飛躍。美國VICOR公司設(shè)計制造得多種ECI軟開關(guān)DC/DC變換器，最大輸出功率有300W、600W、800W等，相應(yīng)得功率密度為（6.2、10、17）W/cm3，效率為（8090）%。日本NemicLambda公司最新推出得一種采用軟開關(guān)技術(shù)得高頻開關(guān)電源模塊RM系列，其開關(guān)頻率為200300KHz,功率密度已達(dá)27W/cm3，采用同步整流器（MOS-FET代替肖特基二極管），使整個電路效率提高到90%。1設(shè)計目的 直流斬波電路（

3、DC Chopper）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，也稱為直接直流直流變換器（DC/DC Converter）。直流斬波電路一般是指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟姷那闆r，不包括直流交流直流的情況， 其中IGBT降壓斬波電路就是直流斬波中最基本的一種電路，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GTR的復(fù)合器件。它既有MOSFET易驅(qū)動的特點(diǎn)，輸入阻抗高，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IG

4、BT作為全控型器件的降壓斬波電路就有了IGBT易驅(qū)動，電壓、電流容量大的優(yōu)點(diǎn)，因此發(fā)展很快。2 設(shè)計任務(wù)與要求 2.1 設(shè)計任務(wù) 要求設(shè)計降壓斬波電路的主電路、控制電路、驅(qū)動。2.2 設(shè)計要求對Buck降壓電路的基本要求有以下幾點(diǎn)：1.輸入直流電壓：Ud=15V2.開關(guān)頻率20KHz3.輸出電壓8V4.輸出電壓紋波：小于1%5.具有穩(wěn)壓功能3 設(shè)計內(nèi)容 根據(jù)降壓斬波電路設(shè)計任務(wù)要求設(shè)計主電路、控制電路、驅(qū)動，設(shè)計出降壓斬波電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。 圖1 電路框圖在圖1結(jié)構(gòu)框圖中，控制電路是用來產(chǎn)生IGBT降壓斬波電路的控制信號，控制電路產(chǎn)生的控制信號傳到驅(qū)動電路，驅(qū)動電路把控制信號轉(zhuǎn)換為加在

5、IGBT控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號。通過控制IGBT的開通和關(guān)斷來控制IGBT降壓斬波電路的主電路工作。3.1 設(shè)計方案的選定與說明3.2 降壓斬波電路3.2.1 降壓斬波電路原理式中為V處于通態(tài)的時間；為V處于斷態(tài)的時間；T為開關(guān)周期；為導(dǎo)通占空比，簡稱占空比或?qū)ū?。降壓斬波電路的占空比小?。根據(jù)對輸出電壓平均值進(jìn)行調(diào)制的方式不同，斬波電路有三種控制方式：1） 保持開關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時間不變，稱為PWM。2） 保持開關(guān)導(dǎo)通時間不變，改變開關(guān)周期T，稱為頻率調(diào)制或調(diào)頻型。3） 和T都可調(diào)，使占空比改變，稱為混合型但是普遍采用的是脈沖寬調(diào)制工作方式。因?yàn)椴捎妙l率調(diào)

6、制工作方式，容易產(chǎn)生諧波干擾，而且濾波器設(shè)計也比較困難。此電路就是采用脈沖寬調(diào)制控制IGBT的通斷。3.3 降壓斬波電路主電路設(shè)計3.3.1 BUCK降壓斬波主電路在電力系統(tǒng)中，直接承擔(dān)電能的變換或控制任務(wù)的電路稱為主電路。IGBT降壓斬波電路的主電路圖如下圖2所示。它是一種降壓型變換器，其輸出電壓平均值U，總是小于輸入電壓。該電路使用一個全控型器件V，為IGBT。在V關(guān)斷時，為了給負(fù)載中電感電流提供通道，設(shè)置了續(xù)流二極管VD。圖2 降壓斬波主電路圖3.3.2主電路元器件參數(shù)選擇主電路中需要確定參數(shù)的元器件有直流電源、IGBT、二極管、電感、電容、電阻值，其參數(shù)選擇如下說明：(1) 對于電源，

7、因?yàn)轭}目要求輸入直流電壓為15V，所以該直流穩(wěn)壓電源可直接作為系統(tǒng)電源。(2)IGBT 由圖2易知當(dāng)IGBT截止時，回路通過二極管續(xù)流，此時IGBT兩端承受最大正壓為15V；而當(dāng)=1時，IGBT有最大電流，R=50，計算約為0.3A。故需選擇集電極最大連續(xù)電流>0.3A，反向擊穿電壓B>15v的IGBT。如果考慮2倍的安全裕量需選擇集電極最大連續(xù)電流0.6A，反向擊穿電壓15V的IGBT。 (3)二極管 當(dāng)=1時，其承受最大反壓15V；而當(dāng)趨近于1時，其承受最大電流趨近于0.3A，故需選擇>15v,I>0.3A的二極管?？紤]2倍的安全裕量： =2=15V =1xIt=2

8、x0.3=0.6A(4)電感 選擇大電感L，使得電路能夠續(xù)流，此時的臨界電感為： L=（）/2fI。設(shè)輸出電壓為8V，則L=8x（158）/2x1000x20x15x0.3=0.03mH所以電感L>=0.03mH，取L=0.1mH。(5) 電容 選擇的電容既要使得輸出的電壓紋波小于1%，也不能取的太大，否則會使電路的速度變得很慢。電容的選擇：也取輸出電壓為80V時來算C=（）/8Lff =8x（158）/8x0.1mHx0.01x20Kx20Kx15=11.6mF這里取C=12mF。3.4 降壓斬波電路控制電路的設(shè)計3.4.1控制電路及器件選擇3.4.1.1 因?yàn)閿夭娐酚腥N控制方式，

9、又因?yàn)镻WM控制技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，所以采用PWM控制方式來控制IGBT的通斷。由此可以得出控制電路的電路圖如圖6所示：3.5驅(qū)動電路核心芯片（IR2110）1、 IR2110簡介：  IR2110內(nèi)部功能由三部分組成：邏輯輸入；電平平移及輸出保護(hù)。根據(jù)IR2110的特點(diǎn)，可以為裝置的設(shè)計帶來許多方便。尤其是高端懸浮自舉電源的設(shè)計，可以大大減少驅(qū)動電源的數(shù)目，即一組電源即可實(shí)現(xiàn)對上下端的控制。IR2110可按如下方式接線：這里利用IR2110的功率放大作用，將單片機(jī)生成的PWM波進(jìn)行放大后，再發(fā)送給主電路的控制開關(guān)IGBT，基本接線圖如下：圖6 控制電路圖4 元器件清單器件名稱規(guī)格與型號數(shù)量絕緣柵雙極型晶體管30V/0.6A1個續(xù)流二極管IN414B1個電感0.1mH1個電容47pF/10uF/12mF/1uF2/1/1/1個金屬膜電阻50/8.2k2/1 個三極管PNP型.NPN型各1個PWM控制器IR21121片回顧起此次電力電子課程設(shè)計，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，可以學(xué)到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且培養(yǎng)了我的自學(xué)能力，特別是對PWM控制技術(shù)的學(xué)習(xí)。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論