电力电子课程设计-降压斩波电路.doc

1 引言 高频开关稳压电源已广泛运用于基础直流电源、交流电源、各种工业电源，通信电源、通信电源、逆变电源、计算机电源等。它能把电网提供的强电和粗电，它是现代电子设备重要的“心脏供血系统”。BUCK变换器是开关电源基本拓扑结构中的一种，BUCK变换器又称降压变换器，是一种对输入输出电压进行降压变换的直流斩波器，即输出电压低于输入电压，由于其具有优越的变压功能，因此可以直接用于需要直接降压的地方。 2.降压斩波电路的设计目的 (1). 通过对降压斩波电路（buck chopper）的设计，掌握buck chopper电路的工作原理，综合运用所学知识，进行buck chopper电路和系统设计的能力。 (2). 了解与熟悉buck chopper电路拓扑、控制方法。 (3). 理解和掌握buck chopper电路及系统的主电路、控制电路和保护电路的设计方法，掌握元器件的选择计算方法。 (4). 具有一定的电力电子电路及系统实验和调试的能力 2. 1降压斩波电路的设计内容及要求 (1). 设计内容: 对Buck Chopper电路的主电路和控制电路进行设计，参数如下：直流电压E＝200V，负载中R＝10，L值极大,反电动式E1＝30V。 (2).设计要求 (a)理论设计： 了解掌握Buck Chopper电路的工作原理，设计Buck Chopper电路的主电路和控制电路。包括：IGBT电流,电压额定的选择，画出完整的主电路原理图和控制电路原理图、列出主电路所用元器件的明细表。 (b).仿真实验: 利用MATLAB仿真软件对Buck Chopper 电路主电路和控制电路进行仿真建模设计 2.2.降压斩波电路主电路基本原理 降压斩波电路主电路工作原理图如下： 图1 降压斩波电路主电路工作原理图 t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压，负载电流按指数曲线上升。 t=t1时控制V关断，二极管VD续流，负载电压近似为零，负载电流呈指数曲线下降。 通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。 当电路工作稳定时，负载电流在一个周期的初值和终值相等如图2所负载电压的平均值为：式中，为V处于通态的时间，为V处于断态的时间；T为开关周期；为导通占空比，简称占空比或导通比。负载电流的平均值为：若负载中L值较小，则在V关断后，到了时刻，，负载电流已衰减至零，会出现负载电流断续的情况。负载电压平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。 3.IGBT驱动电路简介 IGBT 是三端器件，具有栅极G，集电极 C和发射极 E。它是个场控器件，通断由栅射极电压 Uge决定。Uge 大于开启电压Uge(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT 导通。通态时电导调制效应使电阻 R减小，使通态压降减小。当栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT 关断。一般IGBT的开启电压Uge（th）在 25度时为2~6V左右，而实际一般驱动电压取15~20V，且关断时施加一定幅值的负驱动电压，有利于减小关断时间和关断损耗。在栅极串入一只低值电阻有利于减小寄生振荡，该电阻值应随被驱动器件电流定额值的增大而减小。 4 .元件参数选择 有题目知P=400W，U=100V，a=0.8，所以负载电阻R=16Ω，有频率f=5KHZ，所以T=1/f=0.0002S，由于反电动势E=0所以m=Em/E=0 ①IGBT的选择：因为本电路设计的E=100V, 因此根据P=400W，U=100V，由于晶闸管安全域量可知所选IGBT的额定电压与额定电流分别为200-300V、7.5A-10A。 ②栅极串联电阻Rg的阻值：根据IGBT的选择，由可知知R的值为16。 ③其他元器件的选择标准如下：二极管额定电压100V，电感L=100mL，电流有 式中， I10=4.98A和I20=5.02A分别是负载电流瞬时值的最小值和最大值 有公式 判断得电流连续。 输出电压平均值为 得U0=80V 负载电流平均值为 得I0=5.0A 5、MATLAB仿真 MATLAB仿真简介 MATLAB 是美国MathWorks公司出品的商业，用于算法开发、数据可视化数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simul两大部分。MATLAB的优势友好的工作平台和编程环境简单易用的程序语言（3） 强大的科学计算机数据处理能力（4） 出色的图形处理功能5） 应用广泛的模块集合工具箱6） 实用的程序接口和发布平台（7） 应用软件开发（包括用户界面） 图19 仿真模型图 2．调试与结果 设定占空比为80%,得出输出电流和