【正文】 式驅(qū)動電路，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 IGBT 的電壓和電流的狀態(tài)，對外送出過流信號。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，其對脈沖信號有 1us 的時間滯后，不適應于某些要求比較高的場合。 方案 2：采用變壓器耦合驅(qū)動器，其輸入 輸出耐壓高，電路結(jié)構(gòu)簡單，延遲小。但是它不能實現(xiàn)自動過流保護，不能實現(xiàn)任意脈寬輸出，而且其對變壓器的繞制要求嚴格。 通過以上比較，結(jié)合本系統(tǒng)中，對電壓要求不高，而且只有一個全控器件需要控制，使用光耦電路，使用方便，所以選擇方案 1。 對于方案 1 可以用 EXB841 驅(qū)動芯片來實現(xiàn)也可以直接用光耦電路進行主電路與控制電路隔離，再把驅(qū)動信號加一級推挽電路進行放大使得驅(qū)動信號足以驅(qū)動 IGBT 管。由于我所設(shè)計的過流保護電路是利用控制芯片 10 端來設(shè)計的，且直接用光耦電路比較簡單，所以我沒有用驅(qū)動芯片而是直接用光耦電路。 10 工作原理 如圖 所示， IGBT 降壓斬波電路 的驅(qū)動電路提供電氣隔離環(huán)節(jié)。一般電氣隔離采用光隔離或磁隔離。光隔離一般采用光耦合器，光耦合器由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成，封裝在一個外殼內(nèi)。本電路中采用的隔離方法是，先加一級光耦隔離，再加一級推挽電路進行放大。采用的光耦是 TLP5211。為得到最佳的波形，在調(diào)試的過程中對光耦兩端的電阻要進行合理的搭配。 圖 驅(qū)動電路 原理：控制電路所輸出的信號通過 TLP5211 光耦合器實 現(xiàn)電氣隔離，再經(jīng)過推挽電路進行放大，從而把輸出的控制信號放大 11 6 保護電路設(shè)計 過壓保護電路 過壓保護要根據(jù)電路中過壓產(chǎn)生的不同部位，加入不同的保護電路，當達到 — 定電壓值時，自動開通保護電路，所以可分為主電路器件保護和負載保護。 主電路器件保護 當達到 — 定電壓值時，自動開通保護電路，使過壓通過保護電路形成通路，消耗過壓儲存的電磁能量，從而使過壓的能量不會加到主開關(guān)器件上，保護了電力電子器件。 為了達到保護效果，可以使用阻容 保護電路來實現(xiàn)。將電容并聯(lián)在回路中，當電路中出現(xiàn)電壓尖峰電壓時，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壓。與電容串聯(lián)的電阻能消耗掉部分過壓能量，同時抑制電路中的電感與電容產(chǎn)生振蕩，過電壓保護電路如圖 所示。 圖 RC阻容過電壓保護電路圖 負載過壓保護 如圖 所示 比較器同相端接到負載端，反相端接到一個基準電壓上，輸出端接控制芯片 10 端，當負載端電壓達到一定的值，比較器輸出 Uom 抬高 10 端電位，從而使 10 端 上的信號為高電平時， PWM 瑣存器將立即動作，禁止 SG3525 的輸出，同時，軟啟動電容將開始放電。如果該高電平持續(xù)，軟啟動電容將充分放電，直到關(guān)斷信號結(jié)束，才重新進入軟啟動過程 ，從而實現(xiàn)過壓保護。 電阻的取值，比較器反相端接 電源經(jīng)變位器后為可調(diào)基準電壓，比較器同相端電壓應在 5V 以內(nèi)，取負載輸出電壓最大值 80V 來算 R20/R18=80/3 左右 ，所以 R20=100K，R18=4K， R17=10k， R19=2k。 12 圖 負載過壓保護 過流保護電路 當電力電子電路運行不正常或 者發(fā)生故障時，可能會發(fā)生過電流。當器件擊穿或短路、觸發(fā)電路或控制電路發(fā)生故障、出現(xiàn)過載、直流側(cè)短路、可逆?zhèn)鲃酉到y(tǒng)產(chǎn)生環(huán)流或逆變失敗，以及交流電源電壓過高或過低、缺相等，均可引起過流。由于電力電子器件的電流過載能力相對較差，必須對變換器進行適當?shù)倪^流保護。 過流保護的方法比較多，比較簡單的方法是一般采用添加 FU熔斷器來限制電流的過大，防止 IGBT 的破壞和對電路中其他元件的保護 。 如圖 1 在主電路串接一個快速熔斷絲。 還有一種方法如圖 所示，也是利用控制電路芯片的第 10 端。在主電路的負載端串接一個很小取樣電阻 ，把它接到放大器進行放大，后再利用比較器，運用過壓保護原理同樣能實現(xiàn)過流保護。 電阻的取值，一般取樣電阻端所獲得的電壓為零點幾伏，需要通過放大器把電壓放大到幾伏左右，由放大器運算公式： Uo=（ 1+R12/R10） *Ui，取放大 10 倍，即 1+R12/R10=10 , 所以取 R12=9K， R10=1K。放大后把它接到比較器中比較使得比較器輸出端電位升高，與過壓保護一樣原理，所以 R13=2K， R14=2K， R15=10K， R16=2K。 13 圖 過流保護電路 14 7 系統(tǒng)仿真及結(jié)論 仿真軟件的介紹 此次仿真使用的是 MATLAB 軟件。 Simulink 是 MATLAB 最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構(gòu)造出復雜的系統(tǒng)。 Simulink 具有適應面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點 Simulink 已被廣泛應用于控制理論和數(shù)字信號處理的復雜仿真和設(shè)計。同時有大量的第三方軟件和硬件可 應用于或被要求應用于 Simulink。 Simulink是 MATLAB中的一種可視化仿真工具，是一種基于 MATLAB的框圖設(shè)計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。 Simulink 可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型， Simulink 提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標 操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。 Simulinkamp。reg。是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計工具。對各種時變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)， Simulink 提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進行設(shè)計、仿真、執(zhí)行和測試。 . 構(gòu)架在 Simulink 基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴展了 Simulink 多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計、執(zhí)行、驗證和確認任務的相應工具。 Simulink 與 MATLABamp。reg。 緊密集成，可以直接訪問 MATLAB 大量的工具來進行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義。 仿真電路及其仿真結(jié)果 根據(jù)題目要求輸出電壓平均值為 100V，電流為 20A。這里是首先指定電源為 100V直流。則最大占空比為 20%。先用純電阻負載，則負載理論阻值應該為 1Ω。至于負載回路中的大電感，我在這里取的 100mH。 15 設(shè)定好元器件的參數(shù)之后 ,還需要設(shè)置仿真算法和仿真時間。我的設(shè)置如下圖所示 仿真電路 仿真電路圖 圖 仿真電路圖 16 圖 2： MATLAB 的 .仿真結(jié)果如下： 17 結(jié)論： 上面的數(shù)據(jù)與理論值相同，由于使用的是仿真軟件所以沒有誤差。由上述波形圖可以看出，電壓電流的波形都近似為一條直線。電壓平均值大約為 ,電流平均值大約為。即輸出電壓，電流與理論值都存在很小的誤差。但考慮到其他元件自身的阻抗作用，這種誤差是能夠容許的。 此時占空比的控制從 10%~90%即可實現(xiàn)輸出 電壓從 0 到 100V的調(diào)整。 18 設(shè)計體會 回顧起此次電力電子課程設(shè)計，自己也的確從此次安排的課程設(shè)計中學到了很多東西。從開始得到老師給定課題時的一臉茫然到老師講解后內(nèi)容的初步了解再到自己通過查資料、與同學共同探討、經(jīng)過老師指導后，自己設(shè)計并寫出這份課程報告，心中充滿了成就感。通過課程設(shè)計還拓寬了知識面，學到了很多課本上沒有的知識，報告只有自己去做能加深對知識的理解，任何困難只有自己通過努力去克服才能收獲成功的喜悅。本次課程設(shè)計還讓我明白了理論聯(lián)系實際的重要性，只有通過實際的動手才能加深對于理論知識的理解 。在做課程設(shè)計的過程中我發(fā)現(xiàn)自己對課本知識的理解不夠深刻，掌握的不太牢靠，以后一定會努力地溫習以前的知識。 此次我選擇了電子版的報告書，運用了 AUTO CAD2021 進行畫圖，也練習了使用的熟練程度。此外對論文的的格式要求等有了比較清晰的認識，也為了以后畢業(yè)論文的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。 19 9 參考文獻 [1]梁延貴主編 ,現(xiàn)代集成電路實用手冊可控硅觸發(fā)電路分冊 ,北京 :科學技術(shù)文獻出版社 . [2]樊立平，王忠慶，電力電子技術(shù) [M].北京：中國林業(yè)出版，北京大學出版社 ,2021:116119. [3]曲學基，曲敬鎧，于明揚，電力電子整流計算及應用 [M].北京：電子工業(yè)出版社，2021:192196. [4]黃家善，王廷才，電力電子技術(shù) [M].北京：機械工業(yè)出版， 2021： 193.