IGBT升压斩波电路的设计2

1、 1设计要求与方案设计要求利用IGB微计一个升压斩波电路。输入直流电压Ud =50V,输出功率P=300W , 开关频率为5KHz,占空比10哌IJ50%输出电压脉率小于10%设计方案根据升压斩波电路设计任务要求设计主电路、驱动电路。具结构框图如图 1 所示。图1在图1结构框图中，控制电路用来产生IGBT压斩波电路的控制信号，控制 电路产生的控制信号传到驱动电路，驱动电路把控制信号转换为加在IGBT空制端 与公共端之间，可以使其开通或关断的信号。通过控制IGBT勺开通和关断来控制 IGBT#压斩波电路工作。控制电路中保护电路是用来保护电路， 防止电路产生过 电流、过电压现象而损坏电路设备。2升

2、压斩波电路设计方案2.1升压斩波主电路电路工作原理原理图本设计为直流升压斩波(boost chopper)电路，该电路是本系统的核心。应 为输出电压比较大，故斩波器件选用能够承受大电压和导通内阻小，开关频率高,开关时间小的大功率IGBT管。在IGBT关断时给负载中电感电流提供通道，设 置了续流二极管VD。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。原理图如下图1所示：图1主电路仿真图左边E为输入直流50V电压，右边为U0斩波电压输出。Ig为SG3525俞出的 PW蜥波信号。V为IGBT, VD为电力二极管，L为电感，C为电容，R为负载。原理分析：首先假设电感L值很

3、大，电容C值也很大。当Ig为高电平时，V 导通，50V电源向L充电，充电基本恒定为 ，同时电容C上的电压向负载R供 电，因C值很大，基本彳持输出电压Uo为恒值，记为Uo。设V处于通态的时间 为ton,此阶段电感L上积储的能量为ELton。当V处于段态时E和L共同向电容 C充电，并向负载R提供能量。设V处于段态的时间为to ,则在此期间电感L 释放的能量为(U。E)It off o当电路工作于稳态时，一个周期 T中电感L积储的能量于释放的能量相等，即EI% (Uo E)“ff(2-1)化简得U0= tontoff etoff工E toff(2-2)上式中的T/toff 1 ,输出电压高于电源电压

4、。式（2-1） 其大小即可改变输出电压Uo的大小。中T/骁为升压比，调节Ttof升压比，调节其即可改变U。将升压比的倒数记作B ,即t offT和导通占空比，有如下关系：1因此，式（2-2）可表75为：1Uo -E(2-3)，E1-升压斩波电路之所以能使输出电压高于电源电压，关键有两个原因:(2-4)日L储能之后具有使电压泵开的作用，二是电容C可将输出电压保持住。在以上分 析中，认为V处于通态期间因电容C的作用使得输出电压Uo不变，但实际上C 值不可能为无穷大，在此阶段其向负载放电，Uo必然会有所下降，故实际输出电压会略低于理论所得结果，不过，在电容 C值足够大时，误差很小，基本可 以忽略。2

5、.3触发脉冲的放大 2.3触发脉冲的放大 #2.2触发电路的设计 电路主要用来驱动IGBT斩波。产生PWM信号有很多方法，但归根到底不 外乎直接产生PWM的专用芯片、单片机、PLC、可编程逻辑控制器等本电路采 用直接产生PWM的专用芯片SG3525该芯片的外围电路只需简单的连接几个电 阻电容，就能产生特定频率的 PWM波，通过改变IN+输入电阻就能改变输出 PWM波的占空比，故在IN+端接个可调电阻就能实现 PWM控制。为了提高安 全性，该芯片内部还设有保护电路。它还具有高抗干扰能力，是一款性价比相当 不错的工业级芯片。为了减少不同电源之间的相互干扰，SG3525输出的PWM经过光电耦合之 后

6、才送至驱动电路。其电路图如下图 2所示：U1VCCVC豌 15 V) 也动115 V315VRff cecout SYNCRTDISC CT CMPFMIN-GNDOCTACUTBSD11EiodelMlDiodeimns3+04图2 PWM触发电路工作原理：通过R2、R3、C3结合SG3525产生锯齿波输入到SG3525的振荡器。此时形成脉冲信号，冉将脉冲信号通过SG3525AN的OUTA、OUTB端输出整流，送到光电耦合器去将信号放大。脉冲的放大电路如图3所示。脉冲信号经过光电耦合器 U2隔离输出，最后经过Q2放大输出到IGBT的门极g动15VU2J。H |3|时间17.320 皿17.3

7、30 g 0.000 S通道一启通道55.154，S5.L5-lt V o.can vrssiiE#,鼬发器12 J* *172-T1保存时间轴面首口通道日触发5tate! 100 Us/Div比例 M V/DIy比例 5 V/Div*呻尸上1向；片位置0丫位置 叵?位置0日平|。V所血蚓丽1亚| o |3c向日底口1正弦1标准|自动II无1T1 fcl -* 时代道道A道道fI三高1己 二宣24,1B3 mt0.000 V良河 IT- * *4J3 me0,) VT&T1 0 wa 5 0.3DDV 保存 I ELU册1河沿B油铝-rflln: BdugflX也宜ftHf-.Y位直10 V/

8、P7 |描例怛第她电千干 L i |QVfSQ_(| V国TlUiu裘砺|1南住11自动1.万图10由以上仿真结果图得到的波形可以看出在输入电压为50V时，在纯电阻负载情况下，占空比选择10%寸，得到的输出电压的平均值近似 55V得到的输出功 率的平均值近似为300W这满足电路所需的要求。且从波形图中可以看出，输 出的电压电流波形的形状是一致的，这满足纯电阻的要求。并且波形是连续的， 符合理论要求。 (2)当占空比为a =30%寸，输入直流电压Ud=50V,得到输出直流电压Uo=78M 此时负载电阻为 R=20Q,将电感取值为4mH,电容取值为60uF,从示波器 上观察输出电压U。大小及仿真结

9、果如下：图11图12图13由以上仿真结果图得到的波形可以看出在输入电压为50V时，在纯电阻负载情况下，占空比选择30%寸，得到的输出电压的平均值近似 78V。得到的输出功 率的平均值近似为300W这满足电路所需的要求。且从波形图中可以看出，输 出的电压电流波形的形状是一致的，这满足纯电阻的要求。(3)当占空比为a =50%寸，输入直流电压 U=50V,得到输出直流电压 Uo=100M此时负载电阻为 R=38,将电感取值为4mH,电容取值为80uF,从示波器 上观察输出电压U。大小及仿真结果如下：图14图15111!1gi|1ii1I11 _ :. _Bi41IBBI!BIl1111111iiI

10、i|jii1il1tl111111i14aIIIIII1aaiI1BiBB1frr_i_ 1 -i- r111i1B11II1II41iii1ii|iXL1 f f 一一 ， !|- 广1I1I4J,.|.fi|I|f|11|1|l| L. Kg L111i111|iiaiiii1T1丁三rz-Ti时向SOO . OOO Li与SOD.ODO U. OOD 零画3第一日 SO.OOO V 5O.OCO 7 U . UOD 7ICO Lis/Oiv匕匕帆1V位sc通宣B比例1!V位声SOLacJL o JKdcJFHWT田口莘J B；向Z0 du 0 1DC 1图16由以上仿真结果图得到的波形可

11、以看出在输入电压为 50V时，在纯电阻负载 情况下，占空比选择90%寸，得到的输出电压的平均值近似 100V。得到的输出 功率的平均值近似为300W这满足电路所需的要求。 仿真结果分析由仿真得到的波形可以看出在输入直流电压为 50V 时，在纯电阻负载情况下且不同占空比时， 得到的输出电压的平均值都不一样。 但是得到的输出功率的平均值都近似为 300W， 这点满足电路设计所需的要求。 且从波形图中可以看出，无论占空比有怎么变化， 输出电压的波形的形状始终是一致的， 这满足纯电阻的 要求。并且波形是连续的，符合理论要求。由仿真图可以看得到，当占空比=10%时，输出电压为54.5V;当占空比=30%

12、时，输出电压为77.4V;当占空比=50%时，输出电压为92.4V。这与理论计算的结果差不多是一致的， 说明这此仿真结果是正确的， 符合要求输入直 流电压Ud=50V,占空比10哌J 50% 开关频率为5KHz;输出功率P=300WW勺基本 要求。致谢回顾起此次的电力电子课程之IGBT升压斩波电路设计，感慨颇多，它使我 有了很多的心得体会，可以说这次IGBT升压斩波电路设计是在自己用心努力和 在老师的精心指导下共同完成的。在两个星期的日子里， 可以说自己每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。 设计过程中， 因为是第一次做， 难免会遇到各种各样的问题。 在设计的过程中发现了自己的不足之处， 对以前所学过的知识理解得不够深刻， 掌握得不够牢固。 通过查阅大量有关资料， 并与同课题同学互相讨论，交流经验和自学，若遇到实在搞不明白的问题就会及时请教老师，使自己经历了不少艰辛， 但收获同样巨大， 学到了不少知识。 通过本次课程设计让我更加的深刻的理解了斩波器的原理， 从而由斩波器这个小小的器件体会到了电力电子这门学科的重要性。 通过这次设计， 我还发现课本上的理论知识和实践还是有一定的差别， 理论知识要应用到实践中要经过仔细地思考和多次尝试， 只有这要才能达到理论联系实践的效果。 如果不是通