電力電子課程設計---igbt降壓斬波電路設計

1、<p>　　電子技術(shù)課程設計說明書</p><p>　　IGBT降壓斬波電路設計</p><p>　　學生姓名： 學號： </p><p>　　學 院： 信息與通信工程學院 </p><p>　　專 業(yè)：

2、 電氣工程及其自動化 </p><p>　　指導教師： </p><p><b>　　2011年 12月</b></p><p>　　課 程 設 計 任 務 書</p><p>　　課 程 設 計 任 務 書

3、</p><p><b>　　mu 錄</b></p><p>　　1 引言………………………………………………………………………………1</p><p>　　2 降壓斬波電路的設計目的…………………………………………………1 </p><p>　　2.1降壓斬波電路的設計內(nèi)容及要求………………………………………

4、1</p><p>　　2.2降壓斬波電路主電路基本原理 ……………………………………… 2</p><p>　　3 IGBT簡介……………………………………………………………..2</p><p>　　4元件參數(shù)選擇…………………………………………………………………3</p><p>　　5 MATLAB仿真…………………………………………

5、……………4 </p><p>　　5.1主電路的仿真…………………………………………………………………4</p><p>　　6 結(jié)論分析 …………………………………………………………………5</p><p>　　7 心得體會…………………………………………………………6</p><p>　　8 參考文獻………………………………………………

6、………………………6</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源已廣泛運用于基礎直流電源、交流電源、各種工業(yè)電源，通信電源、通信電源、逆變電源、計算機電源等。它能把電網(wǎng)提供的強電和粗電，它是現(xiàn)代電子設備重要的“心臟供血系統(tǒng)”。BUCK變換器是開關(guān)電源基本拓撲結(jié)構(gòu)中的一種，BUCK變換器又稱降壓變換器，是一種對輸入輸出電壓進行降

7、壓變換的直流斬波器，即輸出電壓低于輸入電壓，由于其具有優(yōu)越的變壓功能，因此可以直接用于需要直接降壓的地方。</p><p>　　2.降壓斬波電路的設計目的</p><p>　　(1). 通過對降壓斬波電路（buck chopper）的設計，掌握buck chopper電路的工作原理，綜合運用所學知識，進行buck chopper電路和系統(tǒng)設計的能力。</p><p>

8、;　　(2). 了解與熟悉buck chopper電路拓撲、控制方法。</p><p>　　(3). 理解和掌握buck chopper電路及系統(tǒng)的主電路、控制電路和保護電路的設計方法，掌握元器件的選擇計算方法。</p><p>　　(4). 具有一定的電力電子電路及系統(tǒng)實驗和調(diào)試的能力</p><p>　　2. 1降壓斬波電路的設計內(nèi)容及要求</p>

9、<p>　　(1). 設計內(nèi)容: 對Buck Chopper電路的主電路和控制電路進行設計，參數(shù)如下：直流電壓E＝200V，負載中R＝10，L值極大,反電動式E1＝30V。</p><p><b>　　(2).設計要求</b></p><p><b>　　(a)理論設計：</b></p><p>　　了解掌握B

10、uck Chopper電路的工作原理，設計Buck Chopper電路的主電路和控制電路。包括：IGBT電流,電壓額定的選擇，畫出完整的主電路原理圖和控制電路原理圖、列出主電路所用元器件的明細表。</p><p><b>　　(b).仿真實驗:</b></p><p>　　利用MATLAB仿真軟件對Buck Chopper 電路主電路和控制電路進行仿真建模設計<

11、/p><p>　　2.2.降壓斬波電路主電路基本原理</p><p>　　降壓斬波電路主電路工作原理圖如下：</p><p>　　圖1 降壓斬波電路主電路工作原理圖</p><p>　　t=0時刻驅(qū)動V導通，電源E向負載供電，負載電壓，負載電流按指數(shù)曲線上升。</p><p>　　t=t1時控制V關(guān)斷，二極管VD續(xù)流，負載

12、電壓近似為零，負載電流呈指數(shù)曲線下降。</p><p>　　通常串接較大電感L使負載電流連續(xù)且脈動小。</p><p>　　當電路工作穩(wěn)定時，負載電流在一個周期的初值和終值相等如圖2所負載電壓的平均值為：式中，為V處于通態(tài)的時間，為V處于斷態(tài)的時間；T為開關(guān)周期；為導通占空比，簡稱占空比或?qū)ū?。負載電流的平均值為：若負載中L值較小，則在V關(guān)斷后，到了時刻，，負載電流已衰減至零，會出現(xiàn)負載

13、電流斷續(xù)的情況。負載電壓平均值會被抬高，一般不希望出現(xiàn)電流斷續(xù)的情況。</p><p>　　3.IGBT驅(qū)動電路簡介</p><p>　　IGBT 是三端器件，具有柵極G，集電極 C和發(fā)射極 E。它是個場控器件，通斷由柵射極電壓 Uge決定。Uge 大于開啟電壓Uge(th)時，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT 導通。通態(tài)時電導調(diào)制效應使電阻 R減小，使通態(tài)壓降減小。

14、當柵射極間施加反壓或不加信號時，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT 關(guān)斷。一般IGBT的開啟電壓Uge（th）在 25度時為2~6V左右，而實際一般驅(qū)動電壓取15~20V，且關(guān)斷時施加一定幅值的負驅(qū)動電壓，有利于減小關(guān)斷時間和關(guān)斷損耗。在柵極串入一只低值電阻有利于減小寄生振蕩，該電阻值應隨被驅(qū)動器件電流定額值的增大而減小。 </p><p><b>　　4 .元件參數(shù)選擇&

15、lt;/b></p><p>　　有題目知P=400W，U=100V，a=0.8，所以負載電阻R=16Ω，有頻率f=5KHZ，所以T=1/f=0.0002S，由于反電動勢E=0所以m=Em/E=0</p><p>　?、買GBT的選擇：因為本電路設計的E=100V,因此根據(jù)P=400W，U=100V，由于晶閘管安全域量可知所選IGBT的額定電壓與額定電流分別為200-300V、7.

16、5A-10A。</p><p>　?、跂艠O串聯(lián)電阻Rg的阻值：根據(jù)IGBT的選擇，由可知知R的值為16。</p><p>　?、燮渌骷倪x擇標準如下：二極管額定電壓100V，電感L=100mL，電流有</p><p><b>　　式中，</b></p><p>　　I10=4.98A和I20=5.02A分別是負載電流

17、瞬時值的最小值和最大值</p><p>　　有公式 判斷得電流連續(xù)。</p><p><b>　　輸出電壓平均值為</b></p><p><b>　　得U0=80V</b></p><p><b>　　負載電流平均值為 </b></p>

18、<p><b>　　得I0=5.0A</b></p><p>　　5、MATLAB仿真</p><p>　　MATLAB仿真簡介</p><p>　　MATLAB 是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部

19、分。MATLAB的優(yōu)勢如下：</p><p>　?。?） 友好的工作平臺和編程環(huán)境；</p><p>　　（2）簡單易用的程序語言；</p><p>　　（3） 強大的科學計算機數(shù)據(jù)處理能力；</p><p>　?。?） 出色的圖形處理功能；</p><p>　?。?） 應用廣泛的模塊集合工具箱；</p>

20、<p>　?。?） 實用的程序接口和發(fā)布平臺；</p><p>　?。?） 應用軟件開發(fā)（包括用戶界面）。</p><p>　　5.1 主電路的仿真</p><p>　　1.按原理圖在MATLAB中搭建模塊，搭建好的模型圖如下：</p><p>　　圖19 仿真模型圖</p><p><b>　

21、　2．調(diào)試與結(jié)果</b></p><p>　　設定占空比為80%,得出輸出電流和電壓及其波形如下所示：</p><p><b>　　輸出電流I0波形圖</b></p><p><b>　　輸出電壓U0波形圖</b></p><p><b>　　6.結(jié)論分析</b>&

22、lt;/p><p>　　有電壓電流波形圖知在電流在電壓為E期間上升，在電壓為零期間下降，周期T=1/f=0.0002s，高電平導通時ton=aT=0.8T=0.00016s,U0=100V，低電平導通時間toff=0.00004s,U0=0V且電壓電流幅值范圍分別為，I=4.98A～5.02A，實驗結(jié)果與理論一致。</p><p><b>　　7.心得體會</b><

23、;/p><p>　　做課程設計我們都感覺入手比較困難，因為它首先要求你對所學的知識都要弄懂，并且能將其聯(lián)系貫穿起來，因此課程設計是綜合性比較強的。這次的電力電子課程設計是我做的最辛苦的一次，主要的原因是這次試驗要求我們學習兩個從來就沒有接觸過的軟件。而且時間還是有那么緊。首先把設計任務搞清，接下來就是找相關(guān)資料，可以通過上圖書館和上網(wǎng)，然后對資料進行整理。找資料說起來好像很簡單，但真正做起來是需要耐心的，不是你所找的

24、就一定是有用的，要進行篩選甄別，所以這個過程中是要花費一些時間的，但這其中也拓展了你的知識面。書上原理性的東西與真正的動手操作還是有很大的區(qū)別的，要考慮很多因素，比如說，參數(shù)的選取和設定，這些對實驗結(jié)果是有很大的影響的。</p><p>　　通過重溫教材知識和翻閱相應的資料，當然還有一部分要歸功于我的同學的幫助。通過這次課程設計我們掌握了一定的文檔的編排格式，這對于以后的畢業(yè)設計及工作需要都有很大的幫助，在完成課

25、程設計的同時我們也再復習了一遍電力電子這門課程，對于以前一知半解的問題有了更深刻的認識。</p><p>　　通過這次課程設計，使我明白了自身的不足，還有就是學習上存在的以應試為目的的陋習，自己真正學到的知識還是相當有限的，而且都是很死板的知識，并沒有做到活學活用。而且，在專業(yè)軟件學習方面還要有很大的提升的需要。</p><p><b>　　8． 主要參考文獻</b>

26、</p><p>　　[1]. 王兆安.電力電子技術(shù).機械工業(yè)出版社.2009</p><p>　　[2].李傳琦.電力電子技術(shù)計算機仿真實驗.電子工業(yè)出版社.2005</p><p>　　[3].洪乃剛.電力電子和電力拖動控制系統(tǒng)的MATLAB仿真.機械工業(yè)出版社.2006</p><p>　　[4].鐘炎平.電力電子電路設計.華中科技大學