升壓斬波電路設計

1、湖南工程學院課程設計任務書課程名稱電力電子技術題 目升壓斬波電源設計專業(yè)班級電氣工及其自動化學生姓名王振林 學號 5指導老師顏漸德審 批謝衛(wèi)才任務書下達日期2010年5月17日設計完成日期2010年5月 28日設計內容與設計要求輸入直流電源：24V - 10%直流輸出電壓：320V電壓在電流額定值之內保持不變直流輸出電流額定值10A設計內容選擇一個單片機構成一個系統(tǒng)斬波電路的選擇IGBT電流、電壓額定的選擇電力二極管，電抗器電感值的計算保護電路的設計觸發(fā)電路的設計畫出完整的主電路原理圖和控制電路原理圖 寫出控制流程列出主電路所用元器件的明細表 二設計要求1. 給出整體設計框圖，畫出系統(tǒng)的完整的

2、原理圖（用protel99軟件繪制）;2. 說明所選器件的型號，參數(shù)。給出具體電路畫出電路原理圖；說明書格式1. 課程設計封面；2. 任務書；3. 說明書目錄；4. 設計總體思路，基本原理和框圖；5. 相關計算及器件選型；6. 電路設計；7. 總結與體會；8. 附錄；9. 參考文獻；10. 課程設計的原理圖。進度安排十二周星期一：下達設計任務書，介紹課題內容與要求；十二周星期一一一十二周星期五：查找資料，確定設計方案，畫出草圖。十三周星期一上午一一星期二下午：電路設計，打印出圖紙。星期三：書寫設計報告；星期四：書寫設計報告；星期五：答辯。參考文獻電力電子技術 王兆安機械工業(yè)出版社2 康華光，陳

3、大欽.電子技術基礎（第四版）.北京:高等教育 出版社,19983張義和.Protel DXP電路設計快速入門.北京:中國鐵道出版 社,20034張乃國電源技術北京：中國電力出版社，19985何希才新型開關電源設計與應用北京：科學出版社， 2001摘要本設計是基于 SG3525芯片為核心控制的PWM升壓斬波電路（Boost chopper）.設計由 Matlab仿真和 Protel兩大部分構成。Matlab主要是理論分析，借助其強大的數(shù)學計算和仿真功能可也很直 觀的看到PW控制輸出電壓的曲線圖。通過設置參數(shù)分析輸出與電路 參數(shù)和控制量的關系。第二部分是電路板，它可以通過Protel設計完成，其中

4、Protel原理圖設計系統(tǒng)以其分層次的設計環(huán)境，強大的 元件及元件庫的組織功能，方便易用的連線工具，強大的編輯功能設 計檢驗，與印制電路板設計系統(tǒng)的緊密連接，自定義原理圖模板高質 量的輸出等等優(yōu)點，和豐富的設計法則，易用的編輯環(huán)境，輕松的交 互性手動布線，簡便的封裝形式的編輯及組織，高智能的基于形狀的 自定布線功能，萬無一失的設計檢驗等印制電路板設計系統(tǒng)的優(yōu)點， 使其在我們學生選用PCB電路板設計軟件中占了絕大部分比重。本設 計也采用Protel設計原理圖，和進行PCB板布線。它是本設計從理 論到實際制作的必進途徑，通過設定相應的規(guī)則，足以滿足設計所要 求的規(guī)定。引言直流斬波電路作為將直流電變

5、成另一種固定電壓或可調電壓的 DC-DC變換器，在直流傳動系統(tǒng)、充電蓄電電路、 開關電源、電力電子變 換裝置及各種用電設備中得到普通的應用隨之出現(xiàn)了諸如降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、復合斬波電路等多種方式的變換電 路直流斬波技術已被廣泛用于開關電源及直流電動機驅動中，使其控 制獲得加速平穩(wěn)、快速響應、節(jié)約電能的效果。全控型電力電子器件IGBT 在牽引電傳動電能傳輸與變換、有源濾波等領域得到了廣泛的應用。但以 IGBT為功率器件的直流斬波電路在實際應用中需要注意以下問題：（1）系統(tǒng)損耗的問題；（2）柵極電阻；（3）驅動電路實現(xiàn)過流過壓保護的問題。1.逆變電源工作原理1.1 DC/A

6、C 變換采用單相輸出，全橋逆變形式，為減小逆變電源的體積，降低成本，輸出使用工頻LC濾波。由4個IRF740構成橋式逆變電路，IRF740最高耐壓400V,電流10A,功耗125W利用半橋驅動 器IR2110提供驅動信號，其輸入波形由SG3524提供，同理可調節(jié)該SG3524的輸出驅動波形的 D50%，保證逆變的驅動方波有共同的死區(qū) 時間。IR2110 是IR公司生產的大功率 MOSFE和IGBT專用驅動集成電 路，可以實現(xiàn)對 MOSFE和IGBT的最優(yōu)驅動，兼有光耦隔離和電磁隔離 的優(yōu)點，同時還具有快速完整的保護功能，可以提高控制系統(tǒng)的可靠性，減少電路的復雜程度。是中小功率變換裝置中驅動器件

7、的首選。VDSDR Q SLINVSSVdd/Vcc電平 轉換器圖6 IR211C內部框圖脈沖 放大高電平轉換LO （引腳1）:低端輸岀COMVcc （引腳3）:低端固定電源電壓NcVs （引腳5）:高端浮置電源偏移電壓VB（引腳2）:公共端（引腳4）:空端（引腳6）:高端浮置電源電壓（引腳8）:空端（引腳10）:邏輯高端輸入（引腳12）:邏輯低端輸入H0（引腳7）:高端輸出NcVDD（引腳9）:邏輯電源電壓HINSD （引腳11）:關斷LINVss （引腳13）:邏輯電路地電位端，其值可以為0VNc （引腳14）:空端IR2110的內部結構和工作原理框圖如圖6所示。圖中HIN和LIN為逆變橋

8、中同一橋臂上下兩個功率MOS的驅動脈沖信號輸入端。SD為保護信號輸入端，當該腳接高電平時，IR2110的輸出信號全被封鎖，其對應的輸出端恒為低電平；而當該腳接低電平時，IR2110的輸出信號跟隨HIN和LIN而變化，在實際電路里，該端接用戶的保護電路的輸 出。HO和LO是兩路驅動信號輸出端，驅動同一橋臂的MOSFETIR2110的自舉電容選擇不好，容易造成芯片損壞或不能正常工 作。VB和VS之間的電容為自舉電容。自舉電容電壓達到8.3V以上，才能夠正常工作，要么采用小容量電容，以提高充電電壓，要么直接在 VB和VS之間提供1020V的隔離電源，本電路采用了 1卩F的自舉電 容。為了減少輸出諧波

9、，逆變器DC/AC部分一般都采用雙極性調制， 即 逆變橋的對管是咼頻互補通和關斷的。1.2逆變橋逆變：逆變橋部分，采用IGBT作為功率開關管。由于IGBT寄生電容和線路寄 生電感的存在，同一橋臂的開關管在開關 工作時相互會產生干擾，這種干 擾主要體現(xiàn)在開關管門極上。如圖 3實際電路中，IR2110的輸出推挽電 路,這個電壓尖刺幅值隨母線電壓 VB VS和負載電流的增大而增大，可能 達到足以導致T2瞬間誤導通的幅值，這時橋臂就會形成直通，造成電路 燒毀。同樣地，當T2開通時，T1的門極也會有電壓尖刺產生。帶有門 極關斷箝位電路的驅動電路通過減小 RS和改善電路布線可以使這個電壓尖刺有所降低，但均

10、不能達到可靠防止橋臂直通的要求。本文將提出一種 門極關斷箝位電路，通過在開關管驅動電路中附加這種電路， 可以有效地 降低上述門極尖刺。門極關斷箝位電路由 MOSFE管MC1和MC2,MC門極 下拉電阻RC1和MC21極上拉電阻 RC2組成。實際上該電路是由 MOSFET 構成的兩級反相器。當 MC1門極為高電平時，MC1導通，MC2因門極為低 電平而關斷，不影響功率開關管的正常導通；當MC1門極為低電平時，MC1 關斷，MC2H門極為高電平而飽和導通，從而在功率開關管的門極形成了 一個極低阻抗的通路，將功率開關管的門極電壓箝位在0V,基本上消除了上文中提到的電壓尖刺。在使用這個電路時，要注意使

11、 MC2DS與功率 開關管GE間的連線盡量短，以最大限度地降低功率開關管門極寄生電感 和電阻。在電路板的排布上，MQ要盡量靠近功率開關管，而 MC1,RC1和 RC2卻不必太靠近MC2這樣既可以發(fā)揮該電路的作用，也不至于給電路 板的排布帶來很大困難?？梢钥吹皆陂T極有一個電壓尖刺， 這個尖刺與門 極脈沖的時間間隔剛好等于死區(qū)時間，由此可以證明它是在同一橋臂另一 開關管開通時產生的。此時電壓尖刺基本消除。通過實驗驗證，該電路確實可以抑制和消除干擾，有一定的使用價值，可以提高電路的可靠性2.單相交流調壓工作原理2.1 主電路工作原理假設L值、C值很大，V通時，E向L充電，充電電流恒為I1，同時C的電

12、壓向負載供電，因C值很大，輸出電壓uo為恒值,記為Uoo設V通 的時間為ton，此階段L上積蓄的能量為EI1tonV斷時，E和L共同向C充電并向負載R供電。設V斷的時間為toff， 則此期間電感L釋放能量為(Uo - E )|鯨穩(wěn)態(tài)時，一個周期T中L積蓄能量與釋放能量相等化簡得:二 Uo 一 E I 1toff(1-1)(1-2)EI1tontoffT/t -1”ff，輸出電壓高于電源電壓，故稱升壓斬波電路。也稱之為boostchooper變換器。T/Jff升壓比，調節(jié)其即可改變U6將升壓比的倒數(shù)記作B，即T 和導辿十比冇婦卜關系:(1-3)- -1因此，式(1-2 )可表示為(1-4)升壓斬

13、波電路能使輸出電壓高于電源電壓的原因: L儲能之后具有使電壓泵升的作用 電容C可將輸出電壓保持住3.2 IGBT驅動電路選擇IGBT 的門極驅動條件密切地關系到他的靜態(tài)和動態(tài)特性。門極電路 的正偏壓uGS負偏壓-uGS和門極電阻RG的大小，對IGBT的通態(tài)電壓、 開關、開關損耗、承受短路能力及 du/dt電流等參數(shù)有不同程度的影響。 其中門極正電壓uGS的變化對IGBT的開通特性，負載短路能力和duGS/dt 電流有較大的影響，而門極負偏壓對關斷特性的影響較大。同時，門極電 路設計中也必須注意開通特性，負載短路能力和由duGS/dt電流引起的誤 觸發(fā)等問題。根據(jù)上述分析，對IGBT驅動電路提出

14、以下要求和條件：(1)由于是容性輸出輸出阻抗；因此IBGT對門極電荷集聚很敏感，驅 動電路必須可靠，要保證有一條低阻抗的放電回路。 用低內阻的驅動源對門極電容充放電，以保證門及控制電壓uGS有足夠陡峭的前、后沿，使IGBT的開關損耗盡量小。另外，IGBT開通后， 門極驅動源應提供足夠的功率，使IGBT不至退出飽和而損壞。(3) 門極電路中的正偏壓應為+12+15V;負偏壓應為-2V-10V。(4) IGBT驅動電路中的電阻RG對工作性能有較大的影響，RG較大，有利于抑制IGBT的電流上升率及電壓上升率，但會增加IGBT的開關時間和開關損耗；RG較小，會引起電流上升率增大，使IGBT誤導通或損壞

15、。 RG的具體數(shù)據(jù)與驅動電路的結構及IGBT的容量有關，一般在幾歐幾十 歐，小容量的IGBT其RG值較大。(5) 驅動電路應具有較強的抗干擾能力及對IGBT的自保護功能。IGBT 的控制、驅動及保護電路等應與其高速開關特性相匹配，另外，在未采取 適當?shù)姆漓o電措施情況下，IGBT的SE極之間不能為開路。IGBT驅動電路分類驅動電路分為：分立插腳式元件的驅動電路；光 耦驅動電路；厚膜驅動電路；專用集成塊驅動電路。本文設計的電路采用的是專用集成塊驅動電路。IGBT驅動電路分析隨著微處理技術的發(fā)展(包括處理器、系統(tǒng)結構和 存儲器件)，數(shù)字信號處理器以其優(yōu)越的性能在交流調速、運動控制領域 得到了廣泛的應

16、用。一般數(shù)字信號處理器構成的控制系統(tǒng)，IGBT驅動信號由處理器集成的PWM模塊產生的。而PWM接口驅動能力及其與IGBT的 接口電路的設計直接影響到系統(tǒng)工作的可靠性。因此本文采用SG3525設計出了一種可靠的IGBT驅動方案。2.4最優(yōu)參數(shù)選擇圖3-1電流連續(xù)設i1的初值為Il，解上式得te-=I 10 e r(t、1 - e t 丿(1-7 )L dLi當IGBT處于導通時，得(1 - 6 )dt當IGBT處于關斷時，設電動機電樞電流為2，得L 歸 Ri 2 二 E m - Edt( 1-8 )設i2的初值為120，解上式得i 2 = I 20 eT*- M1 -e 1R1J(19 )當電流

17、連續(xù)時，從圖3-2的電流波形可看出，t=t oni120，t =T時刻i210，由此可得ton1 _ i n(ton丨 20 - I 10 eT+M-1 1e可1R丿(1-10 )X、to ffE -E Mt off丨10 =丨20 eT1 -e R丿(1t tonE - E J -ton-11 )時刻故由上兩式求得:toff10-12 )2013 )1 -e1-e-;?ton_e EeI 1-1-e-：?把上面兩式用泰勒級數(shù)線性近似，得102014 )該式表示了 L為無窮大時電樞電流的平均值，即15 )- 一：E當電流斷續(xù)時的波形如圖3-2所示。當t=0時刻10=0，令式(1-10 )中I1

18、0=0即可求出20，進而可寫出的表達式另外，當t =t時,=0，可求得持續(xù)的時間on16 )offme時，電路為電流斷續(xù)工作狀態(tài),off是電流斷續(xù)的條件,（1該式也是最優(yōu)參數(shù)選擇的依17 ）根據(jù)上式可對電路的工作狀態(tài)做出判斷 據(jù)。二、硬件實驗2.1硬件電路2.1.1整流電路本設計采用橋式電路整流：由四個二極管組成一個全橋整流電路.對 整流出來的電壓進行傅里葉變換得2444Vo = 2t v i nC 0- st 2ct o s 4t6二3二15二3 - 5由整流電路出來的電壓含有較大的紋波，電壓質量不太好，故需要進行濾波。本電路采用 RL低通濾波器（通過串聯(lián)一個電感，濾除電流的高次諧波，并聯(lián)一

19、個電 容濾除電壓的高次諧波），以減小紋波。Protel原理圖如下圖4所示：圖4 protel原理圖輸入端接220V、50Hz的市電，進過變壓器T1 （原線圈/副線圈為4/1） 后輸出55V 50Hz,當同名端為正時 D2、D5導通，D3 D4截止，電壓上 正下負。當同名端為負時 D2 D5截止，D3 D4導通，電壓同樣是上正下 負，從而實現(xiàn)整流。電感具有電流不能突變，通直流阻交流特性，因此串 聯(lián)一個電感可以提高直流電壓品質。 而電容具有電壓不能突變，通交流阻 直流特性，因此并聯(lián)一個大電容可以濾除雜波，減小紋波。結合兩種元器 件的特性，組成上圖整流電路，可以得到比較理想的直流電壓（幅值為 50V

20、左右）。2.1.2 斬波信號產生電路此電路主要用來驅動IGBT斬波。產生PWM&號有很多方法，但 歸根到底不外乎直接產生 PWM勺專用芯片、單片機、PLC可編程邏輯控 制器等本電路采用直接產生PW啲專用芯片SG3525該芯片的外圍電路只 需簡單的連接幾個電阻電容，就能產生特定頻率的PWM波，通過改變IN+輸入電阻就能改變輸出PWM6的占空比，故在IN+端接個可調電阻就能實 現(xiàn)PWM6制。為了提高安全性，該芯片內部還設有保護電路。它還具有高 抗干擾能力，是一款性價比相當不錯的工業(yè)級芯片。為了減少不同電源之間的相互干擾，SG3525輸出的PWM經過光電耦合之后才送至驅動電路。其電路圖如下圖 5所示

21、：工作原理：通過 R2、R3 C3結合SG3525產生鋸齒波輸入到 SG3525 的振蕩器。其產生的PWM&號由OUTA OUTB俞出，調節(jié)R7可以改變占空比。輸 出的PWM&號通過二極管D6 D7送至光電耦合器U2,光耦后通過驅動電 路對信號進行放大。放大后的電壓可以直接驅動 IGBT。此電路具有信號 穩(wěn)定，安全可靠等優(yōu)點。因此他適用于中小容量的 PWM斬波電路。2.1.3 斬波電路本設計為直流升壓斬波(boost chopper )電路，該電路是本系統(tǒng)的 核心。應為輸出電壓比較大，故斬波器件選用能夠承受大電壓和導通內阻 小，開關頻率高，開關吋間小的大功率 IGBT管。原理圖如下圖6所示:圖

22、6主電路仿真圖左邊接經整流之后的50V電壓。右邊為斬波電壓輸出，J2為測試點。V-G為SG3525輸出的PWMff波信號。Q1為IGBT, D1為電力二極管，L2 為電感，C1為電容，R1為負載。原理分析：首先假設電感L值很大，電容C值也很大。當V-G為高電 平時，Q1導通，50V電源向L2充電，充電基本恒定為Il,同時電容C上的 電壓向負載R供電，因C值很大，基本保持輸出電壓為恒值，記為U。設V處于通態(tài)的時間為 5，此階段電感L上積儲的能量為E|iton。當v處 于段態(tài)時E和L共同向電容C充電，并向負載R提供能量。設V處于段態(tài) 的時間為toff，則在此期間電感L釋放的能量為20-）1札什。當

23、電路工作于穩(wěn)態(tài)時，一個周期T中電感L積儲的能量于釋放的能量相等，即E|1ton 二(U r E)|1toff(2-1)化簡得(2-2)上式中的丁/切-1，輸出電壓高于電源電壓。式（2-1 ）中T/toff為升 壓比，調節(jié)其大小即可改變輸出電壓 Uo的大小。2.1.4 總原理圖圖形如下圖7所示。其中J1為市電插口，P1接15V驅動,P2為驅動 IGBT的PW信號T1為變壓器，將220 V市電轉換成頻率不變的55V交流 電（題目要求整理輸出50V,由于元器的阻抗會分壓，故把輸入電壓提高5 V，此時變壓器變比為T1: T2=4:1 )。變壓器變壓后輸入到由 D2、D3 D4 D5四個整流二極管組成的

24、整流電路輸入端。經整流后電壓含有較大的紋波，故通過L1、C2組成的LC低通濾波器進行濾波。濾波后輸出的電 壓就比較平滑了。接下來就是由電感 L2、斬波器件IGBTQ1,電力二極管D1、電容C1組成的升壓斬波電路(Boost Chopper).改變驅動信號PWM 的占空比就可以調節(jié)輸出到負載 R1兩端電壓，J2是負載兩端的電壓測試 點，接至示波器就可以看到輸出電壓。圖7總原理圖三課程設計總結現(xiàn)在我們所使用到能源中電能占了很大的比重，它具有成本低廉，輸 送方便，綠色環(huán)保，控制方便能很容易轉換成其他的信號等等。我們的日 常生活已經離不開電了。在如今高能耗社會，合理的利用電能，提高電能 品質和用電效率

25、成為了全球研究的當務之急。而電力電子技術正是與這一主題相關聯(lián)的。直流升壓斬波電路是里面的一部分，它開關電源，與線性電源相比，具有綠色效率高，控制方便，智能化，易實現(xiàn)計算機控制。在做課程設計的這段時間里，通過不斷地查找資料，最升壓斬 波電路有了一定的理解。并且在matlab中仿真實現(xiàn)了，最后在protel中 繪制了原理圖和PCB板。在做課程設計過程中，我對 matlab在仿真中的應用有了進一步的了 解和掌握。Matlab在電力電子方面的仿真應用時，可以將電力電子電路 輸出效果圖形化，形象直觀，可以幫助我們對電路的理解。在制作PCB板的過程中，我對protel的各種功能有了一定的了解， 也讓我明白

26、了理論和實際有很大差別。經過這次課程設計，我認識到自己還有很多東西需要進一步加強學習，而且要把理論聯(lián)系實踐來學習，不僅要懂理論知識，還要懂如何作出實物。設計體會做了兩周的課程設計，使我有了很多的心得體會，可以說這次直流電 機斬波調速控制系統(tǒng)課程設計是在大家共同努力和在老師的精心指導下 共同完成的。一開始接觸這個課題時我還不知道該從何下手，很多東西不知該如何 實現(xiàn)，經過2星期的努力，在圖書館和網上查資料，請教同學，終于是完 成了任務。通過這次設計加深了我對這門課程的了解，以前總是覺得理論結合不 了實際，但通過這次設計使我認識到了理論結合實際的重要性。 但由于我 知識的限制，設計還有很多不足之處，

27、希望老師指出并教導。通過對電路圖的研究，也增強了我們的思考能力。另外，在使用protel 軟件繪制電路圖的過程中，我學到了很多實用的技巧，這也為以后的工作 打下了很好的基礎。從開始任務到查找資料，到設計電路圖，到最后的實 際接線過程中，我學到了課堂上學習不到的知識。 上課時總覺得所學的知 識太抽象，沒什么用途，現(xiàn)在終于認識到它的重要性。課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實際 問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察 過程。很感激學校給了我們這次動手實踐的機會，讓我們學生有了一個共 同學習，增長見識，開拓視野的機會。也感謝老師對我們無私忘我的指導

28、， 我會以這次課程設計作為對自己的激勵，繼續(xù)學習。參考文獻1王兆安，黃俊.電力電子技術（第四版）.北京:機械工業(yè)出版 社,20002康華光，陳大欽.電子技術基礎（第四版）.北京:高等教育出 版社,19983 張義和.Protel DXP電路設計快速入門.北京:中國鐵道出版 社,20034張乃國電源技術北京：中國電力出版社，19985何希才新型開關電源設計與應用北京：科學出版社， 20016阮新波，嚴仰光直流開關電源的軟開關技術北京：科學出版社，20007 陳汝全電子技術常用器件應用手冊【Ml.機械工業(yè)出版社8 陳禮明.實際直流斬波電路中若干問題的淺析. 梅山科技，200元器件列表

29、本系統(tǒng)除了 PWM信號產生電路采用集成芯片外，其余的均采用分立元件。具體見F表1 （兀器件清單）CommentDescriptionDesignatorFootprintLibRefQuantityCap PollPolarized Capacitor (Radial)C1, C2, C4RB7.6-15Cap Pol13CapCapacitorC3RAD-0.3Cap1Diode 1N54073 Amp Medium Power Silicon Rectifier DiodeD1, D2, D3, D4, D5DIO18.84-9.6x5.6Diode 1N54075Diode 1N4148

30、High Conductance Fast DiodeD6, D7DIO7.1-3.9x1.9Diode 1N41482Plug AC FemaleIEC Mains Power Outlet, EN60 320-2-2F Class I,PC Flange Rear Mount, ChassisSocketJ1IEC7-2H3Plug AC Female1SocketSocketJ2PIN1Socket1Inductor IronMagnetic-Core InductorL1, L2AXIAL-0.9Inductor Iron2Header 2Header, 2-PinP1, P2, P3

31、HDR1X2Header 23RF1S40N1040A, 100V, 0.04 Ohm, N-Channel PowerMOSFETQ1TO-262AARF1S40N101D44H8NPN Power AmplifierQ2TO-220D44H81D45H8PNP Power AmplifierQ3TO-220D45H81Res2ResistorR1, R2, R3, R4, R5, R6AXIAL-0.4Res2610kPotentiometerR7VR5RPot1Trans EqTransformer (Equivalent Circuit Model)T1TRF_4Trans Eq1SG

32、3525ANRegulating Pulse Width ModulatorU1DIP16SG3525AN1Optoisolator14-Pin Phototransistor OptocouplerU2DIP-4Optoisolator112.1.3保護電路設計斬波器的散熱設計：熱管散熱技術是當今國際較流行的散熱方式，國內近年來發(fā)展較快， 被人們稱之為熱的“超導體”，已廣泛用于車輛電傳動系統(tǒng)，熱管的主要 特點：高效的導熱性，高度的等溫性，熱流密度變換能力強，結構多樣靈 活、重量輕。由于IGBT模塊的開關頻率高，開關損耗大，特別是對大功 率IGBT模塊，一般普通型材散熱器難以滿足要求。熱管散熱

33、器特別適合 于這種安裝底板絕緣的大功率IGBT模塊散熱。目前適合于大功率IGBT模 塊的熱管散熱器的熱阻可以達到額定標準以下。過電流保護電路：過電流保護采用的是在主電路中串聯(lián)一個 1 的電阻，在其兩端并聯(lián)電磁繼電器的線圈。過流保護信號取自電阻兩端的電壓，當主電路的電流高于一定數(shù)值時，電磁繼電器的開關閉合，接通低電平，該過電流信號還送到SG3525勺腳10。在SG3525內部由于T3基極與A端線相連，A 端線由低電壓上升為邏輯高電平，經過 SG3525A勺13腳輸出為高電平， 功率驅動電路輸出至功率場效應管的控制脈沖消失。在電路中，過流保護環(huán)節(jié)還輸出一個信號到與門的輸入端，當出現(xiàn)過流信號時，檢測

34、環(huán)節(jié)輸出一低電平信號到與門的輸入端，使脈沖消失，與SG3525的故障關閉功能一起構成雙重保護。IGBT的保護設計：在斬波電路中對斬波器的保護，實際上就是對 IGBT的保護。所以重要的 是怎么設計好對開關管IGBT的保護方案。在設計對IGBT的保護系統(tǒng)中， 主要是針對過電流保護和開關過程中的過電壓保護。IGBT的過電流保護IGBT的過流保護電路可分為2類：一類是低倍數(shù)的（1.21.5倍） 的過載保護；一類是高倍數(shù)（可達 810倍）的短路保護。對于過載保護不必快速響應，可采用集中式保護，即檢測輸入端或直流環(huán)節(jié)的總電流，當此電流超過設定值后比較器翻轉，圭寸鎖所有IGBT驅動器的輸入脈沖，使輸出電流降

35、為零。這種過載電流保護，一旦動作后， 要通過復位才能恢復正常工作。IGBT 能承受很短時間的短路電流，能承受短路電流的時間與該IGBT的導通飽和壓降有關，隨著飽和導通壓降的增加而延長。如飽和壓降小于 2V的IGBT允許承受的短路時間小于 5卩s，而飽和壓降3V的IGBT允許承 受的短路時間可達15卩s, 45V時可達30 1 s以上。存在以上關系是由 于隨著飽和導通壓降的降低， IGBT 的阻抗也降低，短路電流同時增大， 短路時的功耗隨著電流的平方加大，造成承受短路的時間迅速減小。通常采取的保護措施有軟關斷和降柵壓 2 種。軟關斷指在過流和短路 時，直接關斷IGBT。但是，軟關斷抗騷擾能力差，

36、一旦檢測到過流信號 就關斷，很容易發(fā)生誤動作。為增加保護電路的抗騷擾能力， 可在故障信 號與啟動保護電路之間加一延時，不過故障電流會在這個延時內急劇上 升，大大增加了功率損耗，同時還會導致器件的 di/dt 增大。 所以往往是 保護電路啟動了，器件仍然壞了。降柵壓旨在檢測到器件過流時，馬上降低柵壓，但器件仍維持導通。 降柵壓后設有固定延時， 故障電流在這一延時期內被限制在一較小值， 則 降低了故障時器件的功耗， 延長了器件抗短路的時間， 而且能夠降低器件 關斷時的 di/dt ，對器件保護十分有利。若延時后故障信號依然存在，則 關斷器件，若故障信號消失，驅動電路可自動恢復正常的工作狀態(tài)，因而

37、大大增強了抗騷擾能力。IGBT開關過程中的過電壓保護 關斷IGBT時，它的集電極電流的下降率較高，尤其是在短路故障的 情況下，如不采取軟關斷措施，它的臨界電流下降率將達到數(shù) kA/1 s。 極高的電流下降率將會在主電路的分布電感上感應出較高的過電壓， 導致 IGBT 關斷時將會使其電流電壓的運行軌跡超出它的安全工作區(qū)而損壞。 所以從關斷的角度考慮， 希望主電路的電感和電流下降率越小越好。 但對 于IGBT的開通來說，集電極電路的電感有利于抑制續(xù)流二極管的反向恢 復電流和電容器充放電造成的峰值電流， 能減小開通損耗， 承受較高的開 通電流上升率。一般情況下IGBT開關電路的集電極不需要串聯(lián)電感，

38、其 開通損耗可以通過改善柵極驅動條件來加以控制。2.2 電路參數(shù)及選型Ud=110V考慮占空比為 90%，則 Us=Ud/0.9=123V 取Us=1.2U2U2=Us/1.2= 102V考慮到 10%勺裕量U2=1.1 X 102V=113V一、二次電流計算 l2=ld=13A變比K=U1/U2=220/113=1.95I1=I2/K=13/1.O8=12A考慮空載電流，取11=1.05 X 12=12.6A變壓器容量計算S仁U1X 11=220 X 12.6=2772VAS2=U2X I2=113 X 13=1469VAS=(S1+S2)/2=2120.5VA整流元件選擇二極管承受反向最大

39、電壓UDM=1.414U2=1.414X 113= 160V考慮3倍裕量，則 UTN=3 X 160=480V取500V該電路整流輸出接有大電容，而且負載也不是純電感負載，但為了 簡化計算，仍可按電感計算，只是電流裕量要可適當取大些即可。IdD=0.5Id=0.5X 13=6.5AID=Id/1.414=13/1.414=9.2AID(AV)=2ID/1.57=2X 9.2/1.57=11.7A濾波電容選擇C1一般根據(jù)放電的時間常數(shù)計算，負載越大，要求紋波系數(shù)越小，一般不做嚴格計算，多取2000 uF以上。因該系統(tǒng)負載不大，故取3=2200 uF耐壓1.5UDM=1.5X 160=240V取

40、250V即選用2200uF、250V電容器。IGBT 的選擇因為Us=123V取3倍裕量，選耐壓為400V以上的IGBTo由于IGBT 是以最大標注且穩(wěn)定電流與峰值電流間大致為4倍關系，故應選用大于4倍額定負載電流的IGBT為宜，因此選用50A,額定電壓1600V左右的IGBT 續(xù)流二極管的選擇根據(jù)U m = (23)U sIc(1.52)Id得知續(xù)流二極管應選IcmA、額定電壓為的Urm二極管3.2 D C/ D C變換器控制系統(tǒng)的原理和實現(xiàn)控制原理圖2所示是該DC/ DC變換器控制系統(tǒng)的控制原理框圖4,其應用背景是衛(wèi)星儲能/姿控兩用飛輪能量回饋 系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)采用電壓、電流雙閉環(huán)串級控制結構，外環(huán)是 電壓環(huán)，內環(huán)是電流環(huán)?？刂圃硎请妷航o定 U與電壓反饋U 進行比較，得到的電壓誤差經電壓調節(jié)器輸出作為電流給定 ， r與電流反饋I進行比較，得到的電流誤差經電流調節(jié)器輸出對 應PWM波的脈沖寬度，然后經PWM空制決定分配給哪個開關管， 之后PW波通過驅動電路驅動DCyDC變換器中相應的開關管工 作圖2控制愿理框圏以上的雙閉環(huán)控制是針對工作在 PWM方式下的開關管而言。由于變換器采用的是兩個開關管的配合控制，兩種不同的 工作模式就對應兩種不同的PW開關方案，因此必須設計相應的 控制邏輯分配單元來實現(xiàn)這兩種開關方案， 這在圖2中以PWM空 制單元表示。3.3