【正文】 .......... 1 方案確定 ................................................... 1 2 降壓斬波主電路設(shè)計(jì) ............................................... 3 BUCK 電路工作原理 ........................................... 3 主電路參數(shù)分析 ............................................. 4 3 控 制電路原理與設(shè)計(jì) ............................................... 6 控制電路方案選擇 ........................................... 6 控制電路工作原理 ........................................... 7 4 驅(qū)動(dòng)電路原理與設(shè)計(jì) ............................................... 7 驅(qū)動(dòng)電路方案選擇 ........................................... 8 驅(qū)動(dòng)電路分析與設(shè)計(jì) ......................................... 8 5 保護(hù)電路的原理與設(shè)計(jì) ............................................. 9 過(guò)電壓保護(hù) ................................................ 10 過(guò)電流保護(hù) ................................................ 10 6 電路仿真 ........................................................ 12 設(shè)計(jì)心得 ........................................................... 17 參考文獻(xiàn) ........................................................... 18 致 謝 ............................................................. 18 附 錄 A ........................................................... 19 附 錄 B ........................................................... 20 1 1 設(shè)計(jì)要求與方案 設(shè)計(jì)要求 課程設(shè)計(jì)目的 （ 1）培養(yǎng)文獻(xiàn)檢索的能力，特別是如何利用 Inter 檢索需要的文獻(xiàn)資料。 （ 2）培養(yǎng)綜合分析問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。 （ 3）培養(yǎng)運(yùn)用知識(shí)的能力和工程設(shè)計(jì)的能力。 （ 4）提高課程設(shè) 計(jì)報(bào)告撰寫水平。 課程設(shè)計(jì)要求 降壓斬波電路設(shè)計(jì)要求： （ 1）輸入直流電壓： Ud=100V （ 2）開(kāi)關(guān)頻率 40KHz （ 3）輸出電壓范圍 50V~80V （ 4）輸出電壓紋波：小于 1% （ 5）最大輸出電流： 5A （ 6） 具有過(guò)流保護(hù)功能 ， 動(dòng)作電流 ： 6A （ 7）具有穩(wěn)壓功能 （ 8）效率不低于 70% 方案確定 電力電子器件在實(shí)際應(yīng)用中，一般是由控制電路，驅(qū)動(dòng)電路，保護(hù)電路和以電力電子器件為核心的主電路組成一個(gè)系統(tǒng)。由信息電 子電路組成的控制電路按照系統(tǒng)的工作要求形成控制信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路去控制主電路中電力電子器件的導(dǎo)通或者關(guān)斷來(lái)完成整個(gè)系統(tǒng)的功能，當(dāng)控制電路所產(chǎn)生的控制信號(hào)能夠足以驅(qū)動(dòng)電力電子開(kāi)關(guān)時(shí)就無(wú)需驅(qū)動(dòng)電路。 根據(jù) 降壓斬波電路 設(shè)計(jì)任務(wù)要求 設(shè)計(jì)主電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路，設(shè)計(jì)出 降壓斬波電路 的結(jié)構(gòu)框圖如圖 1： 2 圖 1 降壓斬波電路結(jié)構(gòu)框圖 在圖 1 結(jié)構(gòu)框圖中，控制電路是用來(lái)產(chǎn)生 降壓斬波電路 的控制信號(hào) ，斬波電路主要用于電子電路的供電，不同的電子器件需要的供電電源電壓不盡相同，而且對(duì) 電源的精度要求也有所差異，對(duì)于精密的電子儀器需要的供電電源功率雖然小但要求電源質(zhì)量高，對(duì)于小容量直流電機(jī)雖然對(duì)電源的質(zhì)量要求不高，但功率較大，控制電路的作用是調(diào)節(jié)斬波電路電壓高低。 由于電力電子器件不僅對(duì)驅(qū)動(dòng)的脈沖寬度有一定的要求，而且對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓的幅度有要求，故控制電路和電力電子器件之間還要加入驅(qū)動(dòng)電路，從而使 控制電路產(chǎn)生的控制信號(hào) 能夠 驅(qū)動(dòng) 電力電子器件開(kāi)通和關(guān)斷。 其次驅(qū)動(dòng)電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)，一般采用光隔離或磁隔離。 在電力電子電路中，除了電力電子器件參數(shù)學(xué)則合適，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)良 好外，采用合適的過(guò)電壓保護(hù)，過(guò)電流保護(hù)， du/dt 保護(hù)盒 di/dt 也是必要的， 控制電路中的保護(hù)電路是用來(lái) 防止主 電路 中 的 電力電子器件因過(guò)壓過(guò)流等原因而燒毀，其次也是保護(hù)用電電器的安全。 過(guò)電壓分為外因過(guò)電壓和內(nèi)因過(guò)電壓兩類。外因過(guò)電壓主要來(lái)自雷擊和系統(tǒng)中的操作過(guò)程等外部原因，內(nèi)因過(guò)電壓主要來(lái)自電力電子裝置內(nèi)部器件的開(kāi)關(guān)過(guò) 程，包括換相過(guò)電壓、關(guān)斷過(guò)電壓。 3 2 降壓斬波主電路設(shè)計(jì) BUCK 電路工作原理 Buck Chopper 電路工作原理如圖 2： 圖 2 BUCK電路圖 直流降壓斬波 主電路使用一個(gè)全控器件 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 0u =E，負(fù)載電流 0i 按指數(shù)曲線上升。電路工作時(shí)波形圖如圖 3： 圖 3 電流持續(xù)時(shí)波形圖 當(dāng) 1tt? 時(shí)刻，控制 IGBT 關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)二極管 DV 續(xù)流，負(fù)載電壓 0u 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。 4 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 ： （ 1） ont 為 IGBT 處于通態(tài)的時(shí)間； oft 為處于斷態(tài)的時(shí)間； T 為開(kāi)關(guān)周期；α為導(dǎo)通占空比。 通過(guò)調(diào)節(jié)占空比α使輸出到負(fù)載的電壓平均值 0U 最大為 E，若減小占空比α，則 0U 隨之減小。此電路采用 PWM 方式控制 IGBT 的通斷。 負(fù)載電流的平均值為 ：