直流斬波電路的設(shè)計(jì)

1、直流斬波電路的設(shè)計(jì)直流斬波電路的設(shè)計(jì)摘要：本文主要介紹的是直流斬波電路的設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)直流源，控制電路，驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)完成整個(gè)直流斬波電路的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：直流斬波；控制；驅(qū)動(dòng)；保護(hù)引言直流斬波器(DC Chopper)又稱為截波器，它是將電壓值固定的直流電，轉(zhuǎn)換為電壓值可變的直流電源裝置，是一種直流對(duì)直流的轉(zhuǎn)換器(DC/DC Converter)已被被廣泛使用，如直流電機(jī)之速度控制、交換式電源供應(yīng)器(Switching-Power-Supply)等。直流斬波是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為DC/DC變換。 斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式，Ts（周期）不變，改變T

2、on（通用，Ton為開關(guān)每次接通的時(shí)間），二是頻率調(diào)制方式，Ton不變，改變Ts（易產(chǎn)生干擾）。 其具體的電路由以下幾類： 降壓斬波器（Buck Chopper電路），其輸出平均電壓Uo小于輸入電壓Ui，輸出電壓與輸入電壓極性相同。 升壓斬波器（Boost Chopper電路），其輸出平均電壓Uo大于輸入電壓Ui，輸出電壓與輸入電壓極性相同 降壓或升壓斬波器（Buck-Boost Chopper電路）降壓或升壓斬波器（Cuk Chopper電路）Sepic斬波電路Zeta斬波電路，其中前兩種是最基本的電路。復(fù)合斬波電路不同基本斬波電路組合多相多重?cái)夭娐废嗤Y(jié)構(gòu)基本斬波電路組合直流傳動(dòng)是斬波電

3、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，前者的應(yīng)用是逐漸萎縮，而后者的應(yīng)用方興未艾、欣欣向榮，是電力電子領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(2030)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開關(guān)電源)， 同時(shí)還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。當(dāng)今軟開關(guān)技術(shù)使得DC/DC發(fā)生了質(zhì)的飛躍，美國(guó)VICOR公司設(shè)計(jì)制造的多種ECI 軟開關(guān)DC/DC變換器，其最大輸出功率有300W、600W、800W等，相應(yīng)的功率密度為(6、2、10、17)W/cm3，效率為(80-90)%。日本NemicLambda公司最新推出的一種采用軟開關(guān)技術(shù)的高頻開關(guān)電源模塊RM系列，其開關(guān)頻率

4、為(200-300)kHz，功率密度已達(dá)到27W/cm3，采用同步整流器(MOS-FET代替肖特基二極管)，是整個(gè)電路效率提高到90%。1 課程設(shè)計(jì)的目的熟悉降壓斬波電路和升壓斬波電路的工作原理， 掌握兩種基本斬波電路的工作狀態(tài)，了解電路圖的波形情況2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 根據(jù)給出的技術(shù)要求， 確定總體設(shè)計(jì)方案選擇具體的元件，進(jìn)行硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，進(jìn)行相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)，完成相應(yīng)的功能進(jìn)行調(diào)試與修改，撰寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書。2.2 設(shè)計(jì)要求 斬波調(diào)速器負(fù)載選用額定電壓為220V，額定電流為1.2A的它勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的單向調(diào)速，即電機(jī)的單象限運(yùn)行。IGBT的驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，這一部

5、分電路可以用單片機(jī)和硬件電路相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以用專用芯片TL494結(jié)合其它硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。IGBT驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)可借助仿真軟件ORCAD來(lái)進(jìn)行。穩(wěn)壓電源，電機(jī)均由實(shí)驗(yàn)室提供。3 設(shè)計(jì)內(nèi)容直流斬波電路（DC Chopper）的功能是將直流電變?yōu)榱硪环N固定的或可調(diào)的直流電，也稱為直流-直流變換器（DC/DC Converter），直流斬波電路（DC Chopper）一般是指直接將直流變成直流的情況，不包括直流-交流-直流的情況；直流斬波電路的種類很多，包括6種基本斬波電路：降壓斬波電路，升壓斬波電路，升降壓斬波電路，Cuk斬波電路，Sepic斬波電路，Zeta斬波電路，前兩種是最基本電路。主要包

6、括：壓斬波電路的設(shè)計(jì)，壓斬波電路的設(shè)計(jì)，流供電電源，控制和驅(qū)動(dòng)電路。3.1 設(shè)計(jì)方案選定與說(shuō)明 由于這些電路中都需要直流電源，所以這部分由以前所學(xué)模擬電路知識(shí)可以由整流器解決。IGBT的通斷用PWM控制，用PWM方式來(lái)控制IGBT的通斷需要使用脈寬調(diào)制器SG3525來(lái)產(chǎn)生PWM控制信號(hào)。降壓斬波主電路原理圖如圖1.1所示：圖1.1 降壓斬波主電路的原理圖接通控制電路電源，用示波器分別觀察鋸齒波和PWM信號(hào)的波形（實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)給出測(cè)量端，位置在圖中已標(biāo)出），記錄其波形、頻率和幅值。調(diào)節(jié)Ur的大小，觀察PWM信號(hào)的變化情況。斬波電路的輸入直流電壓ui由低壓?jiǎn)蜗嘟涣麟娫唇?jīng)單相橋式二極管整流及電感電容濾

7、波后得到。接通交流電源，觀察ui波形，記錄其平均值。斬波電路的主電路包括降壓斬波電路和升壓斬波電路兩種，電路中使用的器件為電力MOSFET，注意觀察其型號(hào)、外形等。切斷各處電源，將直流電源ui與升壓斬波主電路連接，斷開降壓斬波主電路。檢查接線正確后，接通主電路和控制電路的電源。改變ur值，每改變一次ur，分別觀測(cè)PWM信號(hào)的波形、電力MOSFET V的柵源電壓波形、輸出電壓uo的波形、輸出電流io的波形，記錄的PWM信號(hào)占空比a，ui、uo的平均值Ui和Uo。3.2 主電路的設(shè)計(jì)3.2.1 降壓斬波電路工作原理t=0時(shí)刻驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓uo=E，負(fù)載電流io按指數(shù)曲線上升

8、。t=t1時(shí)控制V關(guān)斷，二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓uo近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。通常串接較大電感L使負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小。降壓斬波電路原理圖如圖1.2所示：圖1.2降壓斬波電路的原理圖3.2.2 參數(shù)選擇負(fù)載電壓平均值：tonV通的時(shí)間 toffV斷的時(shí)間 a-導(dǎo)通占空比負(fù)載電流平均值：3.2.3升壓斬波電路工作原理假設(shè)L和C值很大。V處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，電流恒定I1，電容C向負(fù)載R供電，輸出電壓Uo恒定。V處于斷態(tài)時(shí)，電源E和電感L同時(shí)向電容C充電，并向負(fù)載提供能量。 圖1.3升壓斬波電路原理圖3.2.4 參數(shù)選擇設(shè)V斷態(tài)的時(shí)間為toff，則此期間電感L釋放能量為穩(wěn)態(tài)時(shí)，一

9、個(gè)周期T中L積蓄能量與釋放能量相等：T/toff>1，輸出電壓高于電源電壓，故為升壓斬波電路T/toff-升壓比；升壓比的倒數(shù)記作，即=toff/T和的關(guān)系 +=1因此可表示為Uo=E/=E/(1-)電壓升高得原因電感L儲(chǔ)能使電壓泵升的作用 電容C可將輸出電壓保持住3.3 總體電路設(shè)計(jì)3.3.1 常規(guī)升壓斬波電路分析圖1.4升壓斬波電路輸入的單相正弦波電壓經(jīng)橋式整流后變成脈動(dòng)的直流,在控制電壓的作用下,當(dāng)高頻開關(guān)元件IGBT處于通態(tài)時(shí),設(shè)導(dǎo)通時(shí)間為,電壓向電感L充電,因開關(guān)頻率較高,充電電流基本恒定,設(shè)為;同時(shí)電容C上的電壓向負(fù)載供電,因值很大,基本保持輸出電壓為恒值。當(dāng)IGBT處于關(guān)斷

10、狀態(tài)時(shí),設(shè)關(guān)斷時(shí)間為,電感L將向負(fù)載釋放能量,當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí),1個(gè)開關(guān)周期T內(nèi)依能量相等原則可有:,即 因,故,即通過(guò)調(diào)節(jié)開關(guān)頻率可以實(shí)現(xiàn)升壓的要求。設(shè)輸入電壓,升壓比= U0/ U2,因?yàn)殚_關(guān)頻率遠(yuǎn)大于電源電壓的變化頻率,可認(rèn)為在開關(guān)周期T內(nèi),電源電壓幾乎不變,故可繪出輸入電流的變化曲線圖如圖1.5所示： 圖1.5 輸入電流隨開關(guān)頻率的變化曲線輸入電流i2的變化規(guī)律可表示如下： 邊值條件可由，求得 式中為開關(guān)元件的導(dǎo)通比。由于電感的續(xù)流,實(shí)際輸入電流的變化規(guī)律更接近于輸入電流的平均值,即 通過(guò)調(diào)節(jié)開關(guān)頻率即導(dǎo)通比D可調(diào)節(jié)升壓比,即輸出電壓的大小.但輸入電流將隨D的變小而出現(xiàn)斷續(xù)狀態(tài),其臨

11、界條件可由求得: 即只有當(dāng)IGBT的導(dǎo)通比D小于時(shí)才能使輸入電流連續(xù).經(jīng)過(guò)分析可以得到以下結(jié)論:因?yàn)橹挥写笥?電路才能工作,所以該電路只能用于升壓斬波;當(dāng)D =0.5,即IGBT開關(guān)時(shí)間相同時(shí),臨界升壓比,如升壓比小于2,將使輸入電流出現(xiàn)斷續(xù),呈尖頂波狀,含有大量高次諧波;如升壓比大于2,此時(shí)D =0.5,雖可使電流連續(xù),但需要的電感量將增加。3.3.2 直流電源設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原理小功率直流電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路三個(gè)部分組成，其原理框圖直流電源波形圖如圖1.6所示：圖1.6 原理框圖直流電源波形圖電源變壓器的作用是將來(lái)自電網(wǎng)的220V交流電壓變換為整流電路所需要的交流電壓。電源變壓器的

12、效率為：，其中：是變壓器副邊的功率，是變壓器原邊的功率。一般小型變壓器的效率下所示：因此，當(dāng)算出了副邊功率后，就可以根據(jù)上表算出原邊功率。在直流電源中一般用四個(gè)二極管組成橋式整流電路，整流電路的作用是將交流電壓變換成脈動(dòng)的直流電壓。濾波電路一般由電容組成，其作用是把脈動(dòng)直流電壓中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓。與交流電壓的有效值的關(guān)系為：；在整流電路中，每只二極管所承受的最大反向電壓為：；流過(guò)每只二極管的平均電流為： 2.13.3.3 參數(shù)的選擇根據(jù)濾波電路的輸出電壓UI，確定電源變壓器副邊電壓的有效值；根據(jù)濾波電路的最大輸出電流，確定流過(guò)電源變壓器副邊的電流和電源變壓器副邊的功

13、率；根據(jù)，從表2.1 查出變壓器的效率，從而確定電源變壓器原邊的功率。然后根據(jù)所確定的參數(shù)，選擇電源變壓器。確定整流二極管的正向平均電流ID、整流二極管的最大反向電壓和濾波電容的電容值和耐壓值。根據(jù)所確定的參數(shù)，選擇整流二極管和濾波電容。依據(jù)上述設(shè)計(jì)步驟，對(duì)本次課程的直流電源進(jìn)行設(shè)計(jì)，輸出電壓為。最大輸出電流假設(shè)為1A,則由可知： 變壓器副邊電流 。因此，變壓器副邊輸出功率 。由于變壓器的效率，變壓器原邊輸入功率 ，所以選用功率為300W的變壓器。再選用整流二極管和濾波電容，由于。IN4004 的反向擊穿電壓，額定工作電，故整流二極管選用IN4004。由于電路對(duì)紋波無(wú)要求，而電容的耐壓要大于，

14、故濾波電容C取容量為500F，耐壓為300V的電解電容。3.4 控制電路的設(shè)計(jì)IGBT控制電路的功能有：給逆變器的電子開關(guān)提供控制信號(hào)；以及對(duì)保護(hù)信號(hào)作出反應(yīng)，關(guān)閉控制信號(hào)。脈寬調(diào)節(jié)器的基本工作原理是用一個(gè)電壓比較器，在正輸入端輸入一個(gè)三角波，在負(fù)輸入端輸入一直流電平，比較后輸出一方波信號(hào)，改變負(fù)輸入端直流電平的大小，即可改變方波信號(hào)的脈寬。圖1.7 SG3525引腳圖對(duì)于控制電路的設(shè)計(jì)其實(shí)可以有很多種方法，可以通過(guò)一些數(shù)字運(yùn)算芯片如單片機(jī)、CPLD等等來(lái)輸出PWM波，也可以通過(guò)特定的PWM發(fā)生芯片來(lái)控制。因?yàn)轭}目要求輸出電壓連續(xù)可調(diào)，所以我選用一般的PWM發(fā)生芯片來(lái)進(jìn)行連續(xù)控制。對(duì)于PWM發(fā)

15、生芯片，我選用了SG3525芯片，其引腳圖如圖1.7所示，它是一款專用的PWM控制集成電路芯片，它采用恒頻調(diào)寬控制方案，內(nèi)部包括精密基準(zhǔn)源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比較器、分頻器和保護(hù)電路等。其11和14腳輸出兩個(gè)等幅、等頻、相位互補(bǔ)、占空比可調(diào)的PWM信號(hào)。腳6、腳7 內(nèi)有一個(gè)雙門限比較器，內(nèi)設(shè)電容充放電電路，加上外接的電阻電容電路共同構(gòu)成SG3525 的振蕩器。振蕩器還設(shè)有外同步輸入端(腳3)。腳1 及腳2 分別為芯片內(nèi)部誤差放大器的反相輸入端、同相輸入端。該放大器是一個(gè)兩級(jí)差分放大器。根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性要求，在誤差放大器的輸出腳9和腳1之間一般要添加適當(dāng)?shù)姆答佈a(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，另外當(dāng)10

16、腳的電壓為高電平時(shí)，11和14腳的電壓變?yōu)?0輸出。3.4.1控制電路工作原理由于SG3525的振蕩頻率可表示為 式中:, 分別是與腳5、腳6相連的振蕩器的電容和電阻；是與腳7相連的放電端電阻值。根據(jù)任務(wù)要求需要頻率為50kHz，所以由上式可取=1F, = ,=?？傻胒=49.02kHz，基本滿足要求。圖1.8控制電路部分電路圖SG3525在SG3524的基礎(chǔ)上，主要作了以下改進(jìn)。 增設(shè)欠壓鎖定電路,電路主要作用是當(dāng)IC輸入電壓<8V時(shí)，集成塊內(nèi)部電路鎖定，停止工作（基準(zhǔn)源及必要電路除外），使之消耗電流降至很小（約2mA）。 有軟起動(dòng)電路,比較器的反相端即軟起動(dòng)控制端腳8可外接軟起動(dòng)電容

17、。該電容由內(nèi)部5V基準(zhǔn)參考電壓的50A恒流源充電，使占空比由小到大（50）變化。 比較器有兩個(gè)反相輸入端,SG3524的誤差放大器、電流控制器和關(guān)閉控制3個(gè)信號(hào)共用一個(gè)反相輸入端，現(xiàn)改為增加一個(gè)反相輸入端，誤差放大器與關(guān)閉電路各自送至比較器的反相端。這樣，便避免了彼此相互影響，有利于誤差放大器和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)工作精度的提高。 增加PWM鎖存器使關(guān)閉作用更可靠,比較器（脈沖寬度調(diào)制）輸出送到PWM鎖存器，鎖存器由關(guān)閉電路置位，由振蕩器輸出時(shí)間脈沖復(fù)位。這樣，當(dāng)關(guān)閉電路動(dòng)作，即使過(guò)電流信號(hào)立即消失，鎖存器也可維持一個(gè)周期的關(guān)閉控制，直到下一個(gè)周期時(shí)鐘信號(hào)使鎖存器復(fù)位為止。 振蕩器作了較大改進(jìn),SG352

18、4中的振蕩器只有CT及RT兩引腳，充電和放電回路是相同的。SG3525的振蕩器，除了CT及RT引腳外，增加了放電引腳7、同步引腳3。RT阻值決定對(duì)CT充電的內(nèi)部恒流值，CT的放電則由腳5及腳7之間外接的電阻值RD決定。把充電和放電回路分開，有利于通過(guò)RD來(lái)調(diào)節(jié) 死區(qū)的時(shí)間，這是重大的改進(jìn)。在SG3525中增加了同步引腳3 專為外同步用，為多個(gè)SG3525的聯(lián)用提供了方便。 輸出級(jí)作了結(jié)構(gòu)性改進(jìn),電路結(jié)構(gòu)改為確保其輸出電平處于高電平，或低電平狀態(tài)。另外，為了適應(yīng)驅(qū)動(dòng)MOSFET的需要，末級(jí)采用了推挽式電路，使關(guān)斷速度更快。 SG3525有過(guò)流保護(hù)的功能，可以通過(guò)改變10腳電壓的高低來(lái)控制脈沖波的

19、輸出。因此可以將驅(qū)動(dòng)電路輸出的過(guò)流保護(hù)電流信號(hào)經(jīng)一電阻作用，轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)來(lái)進(jìn)行過(guò)流保護(hù)，如圖1.8所示。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路檢測(cè)到過(guò)流時(shí)發(fā)出電流信號(hào)，由于電阻的作用將10腳的電位抬高，從而11、14腳輸出低電平，而當(dāng)其沒(méi)有過(guò)流時(shí)，10腳一直處于低電平，從而正常的輸出PWM波。3.5 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)該驅(qū)動(dòng)部分是連接控制部分和主電路的橋梁，該部分主要完成以下幾個(gè)功能，提供適當(dāng)?shù)恼蚝头聪蜉敵鲭妷?，使IGBT可靠的開通和關(guān)斷；提供足夠大的瞬態(tài)功率或瞬時(shí)電流，使IGBT能迅速建立柵控電場(chǎng)而導(dǎo)通；盡可能小的輸入輸出延遲時(shí)間，以提高工作效率； 足夠高的輸入輸出電氣隔離性能，使信號(hào)電路與柵極驅(qū)動(dòng)電路絕緣；具有靈敏的

20、過(guò)流保護(hù)能力。針對(duì)以上幾個(gè)要求，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行以下設(shè)計(jì)。針對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的隔離方式：采用光電耦合式驅(qū)動(dòng)電路，該電路雙側(cè)都有源。其提供的脈沖寬度不受限制，較易檢測(cè)IGBT的電壓和電流的狀態(tài)，對(duì)外送出過(guò)流信號(hào)。另外它使用比較方便，穩(wěn)定性比較好。但是它需要較多的工作電源，其對(duì)脈沖信號(hào)有1s的時(shí)間滯后，不適應(yīng)于某些要求比較高的場(chǎng)合。本系統(tǒng)中，對(duì)電壓要求不高，而且只有一個(gè)全控器件需要控制，又有一些全控器件專用的驅(qū)動(dòng)芯片，所以選擇此方案。3.5.1 驅(qū)動(dòng)電路分析與設(shè)計(jì)針對(duì)以上分析，我選取了EXB841驅(qū)動(dòng)芯片。它具有單電源、正負(fù)偏壓、過(guò)流檢測(cè)、保護(hù)、軟關(guān)斷等主要特性，其功能完善，控制簡(jiǎn)便可靠。下面簡(jiǎn)單介紹一下

21、它的工作原理。其工作電源為獨(dú)立電源20±1V，內(nèi)部含有-5V穩(wěn)壓電路，為ICBT的柵極提供+15V的驅(qū)動(dòng)電壓，關(guān)斷時(shí)提供-5V的偏置電壓，使其可靠關(guān)斷。當(dāng)腳15和腳14有10mA電流通過(guò)時(shí)，腳3輸出高電平而使IGBT導(dǎo)通；而當(dāng)腳15和腳14無(wú)電流通過(guò)時(shí)，腳3輸出低電平使ICBT關(guān)斷；若ICBT導(dǎo)通時(shí)，若承受短路電流，則其電壓隨電流的增大迅速上升，腳6懸空，腳3電位開始下降，從而逐漸關(guān)斷ICBT。利用EXB841驅(qū)動(dòng)芯片設(shè)計(jì)其驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖5.2所示，兩個(gè)47uf電容用于吸收噪音，在腳3輸出脈沖的同時(shí)，通過(guò)快速二極管VD1檢測(cè)IGBT的CE間的電壓。當(dāng)Vce>7V時(shí)，過(guò)流保護(hù)

22、電流控制運(yùn)算放大器，使其輸出軟關(guān)斷信號(hào)，將腳3輸出電平降為O。因EXB841無(wú)過(guò)流自鎖功能，所以外加過(guò)流保護(hù)電路，一旦產(chǎn)生過(guò)流，可通過(guò)外接光耦TLP521將過(guò)流保護(hù)信號(hào)輸出至控制電路，經(jīng)過(guò)一定延時(shí)，以防止誤動(dòng)作和保證進(jìn)行軟關(guān)斷，然后由觸發(fā)器鎖定，實(shí)現(xiàn)保護(hù)，將圖4.2與圖5.2聯(lián)系起來(lái)即可得到電路的控制驅(qū)動(dòng)部分。3.6 保護(hù)電路的原理與設(shè)計(jì)在電力電子電路中，除了電力電子器件參數(shù)選擇合適、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)良好外，采用合適的過(guò)電壓、過(guò)電流、保護(hù)和 保護(hù)也是必要的。3.6.1 過(guò)電壓保護(hù)過(guò)壓保護(hù)要根據(jù)電路中過(guò)壓產(chǎn)生的不同部位，加入不同的保護(hù)電路，當(dāng)達(dá)到定電壓值時(shí)，自動(dòng)開通保護(hù)電路，使過(guò)壓通過(guò)保護(hù)電路形成通

23、路，消耗過(guò)壓儲(chǔ)存的電磁能量，從而使過(guò)壓的能量不會(huì)加到主開關(guān)器件上，保護(hù)了電力電子器件。為了達(dá)到保護(hù)效果，可以使用阻容保護(hù)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。將電容并聯(lián)在回路中，當(dāng)電路中出現(xiàn)電壓尖峰電壓時(shí)，電容兩端電壓不能突變的特性，可以有效地抑制電路中的過(guò)壓。與電容串聯(lián)的電阻能消耗掉部分過(guò)壓能量，同時(shí)抑制電路中的電感與電容產(chǎn)生振蕩，過(guò)電壓保護(hù)電路如圖1.9所示。圖1.9RC阻容過(guò)電壓保護(hù)電路圖3.6.2 過(guò)電流保護(hù)當(dāng)電力電子電路運(yùn)行不正?；蛘甙l(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)發(fā)生過(guò)電流。當(dāng)器件擊穿或短路、觸發(fā)電路或控制電路發(fā)生故障、出現(xiàn)過(guò)載、直流側(cè)短路、可逆?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生環(huán)流或逆變失敗，以及交流電源電壓過(guò)高或過(guò)低、缺相等，均可引起過(guò)流

24、。由于電力電子器件的電流過(guò)載能力相對(duì)較差，必須對(duì)變換器進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^(guò)流保護(hù)。采用快速熔斷器是電力電子裝置中最有效、應(yīng)用最廣的一種的過(guò)流保護(hù)措施。過(guò)電流保護(hù)電路如圖所示，其中交流側(cè)接快速熔斷器能對(duì)晶閘管元件短路及直流側(cè)短路起保護(hù)作用。器件直接串接快速熔斷器才對(duì)元件的保護(hù)作用最好，因?yàn)樗鼈兞鬟^(guò)同個(gè)電流因而被廣泛使用。電子電路作為第一保護(hù)措施，快熔僅作為短路時(shí)的部分區(qū)段的保護(hù)，直流快速斷路器整定在電子電路動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過(guò)電流繼電器整定在過(guò)載時(shí)動(dòng)作。過(guò)電流保護(hù)電路圖2.0所示:圖2.0過(guò)流保護(hù)電路圖4 系統(tǒng)調(diào)試 BUCK電路工作原理圖如圖2.1所示：圖2.1BUCK電路圖直流降壓斬波主電路使用一個(gè)全

25、控器件IGBT控制導(dǎo)通。用控制電路和驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制IGBT的通斷，當(dāng)t=0時(shí)，驅(qū)動(dòng)IGBT導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓=E，負(fù)載電流按指數(shù)曲線上升。電路工作時(shí)波形圖如圖2.2所示：圖2.2電路工作波形圖電流持續(xù)時(shí)波形圖當(dāng)時(shí)刻，控制IGBT關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)二極管續(xù)流，負(fù)載電壓近似為零，負(fù)載電流指數(shù)曲線下降。為了使負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小，故串聯(lián)L值較大的電感。至一個(gè)周期T結(jié)束，再驅(qū)動(dòng)IGBT導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過(guò)程。當(dāng)電力工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)負(fù)載電流在一個(gè)周期的初值和終值相等，負(fù)載電壓的平均值為 為IGBT處于通態(tài)的時(shí)間；為處于斷態(tài)的時(shí)間；T為開關(guān)周期；為導(dǎo)通占空比。通過(guò)調(diào)節(jié)占空比使輸出到負(fù)載的電壓平均值最大為E，若減小占空比，則隨之減小。此電路采用PWM方式控制IGBT的通斷。4.1 主電路參數(shù)分析主電路中需要確定參數(shù)的元器件有IGBT、二極管、直流電源、電感、電阻值的確定，其參數(shù)確定如下：電源要求輸入電壓為200V。其直流穩(wěn)壓電源模塊前面已完成，以該直流穩(wěn)壓電源作為系統(tǒng)電源。電阻因?yàn)楫?dāng)輸出電壓為200V時(shí)，假設(shè)輸出電流為0.1-1A。所以由歐姆定律可得負(fù)載電阻值為 ，可得