降压斩波电路仿真.docx

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降压斩波电路仿真

电子技术课程设计说明书

IGBT降压斩波电路设计

学生姓名：

谢树勋学号：

08

学院：

信息与通信工程学院

专业：

电气工程及其自动化

指导教师：

石喜玲、张颖

2011年12月

中北大学

电子技术课程设计任务书

2011/2012学年第一学期

学院：

专业：

学生姓名：

学号：

课程设计题目：

IGBT降压斩波电路设计

起迄日期:

12月19日~12月30日

课程设计地点:

 电气工程系软件实验室

指导教师:

石喜玲、张颖 

系主任：

 王忠庆

 下达任务书日期:

2011年12月19日

课程设计任务书

1．设计目的：

1.加深理解《电力电子技术》课程的基本理论

2.掌握电力电子电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力

3.学习MATLAB仿真软件及各模块参数的确定

2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：

设计条件：

1.电源电压：

直流Ud=100V

2.输出功率：

400W

3.占空比

4.开关频率5KHz

5.L=100mH

根据课程设计题目和设计条件，说明主电路的工作原理、计算选择元器件参数。

设计内容包括：

1.电力二极管额定参数的计算

2.IGBT电流、电压额定参数选择

3.控制电路的设计

3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等〕：

1.根据设计题目要求的指标，通过查阅有关资料分析其工作原理，确定各器件参数，设计电路原理图；

2.利用MATLAB仿真软件绘制主电路结构模型图，设置相应的参数。

3.用示波器模块观察和记录电源电压、触发信号、电力二极管电压、电感电压，负载电流和电压的波形图。

课程设计任务书

4．主要参考文献：

[1].王兆安.电力电子技术.机械工业出版社.2009

[2].李传琦.电力电子技术计算机仿真实验.电子工业出版社.2005

[3].洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真.机械工业出版社.2006

[4].钟炎平.电力电子电路设计.华中科技大学出版社.2010

5．设计成果形式及要求：

1.电路原理图及各器件参数计算

2.MATLAB仿真

3.编写课程设计报告。

6．工作计划及进度：

2010年12月19日~12月22日设计电路，计算参数

12月23日~12月27日对设计的电路进行MATLAB仿真

12月28日~12月30日编写课程设计说明书，答辩或成绩考核

系主任审查意见：

签字：

年月日

1引言………………………………………………………………………………1

2降压斩波电路的设计目的…………………………………………………1

2.1降压斩波电路的设计内容及要求………………………………………1

2.2降压斩波电路主电路基本原理………………………………………2

3IGBT简介……………………………………………………………..2

4元件参数选择…………………………………………………………………3

5MATLAB仿真………………………………………………………4

5.1主电路的仿真…………………………………………………………………4

6结论分析…………………………………………………………………5

7心得体会…………………………………………………………6

8参考文献………………………………………………………………………6

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（buckchopper）的设计，掌握buckchopper电路的工作原理，综合运用所学知识，进行buckchopper电路和系统设计的能力。

（2）.了解与熟悉buckchopper电路拓扑、控制方法。

（3）.理解和掌握buckchopper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BuckChopper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BuckChopper电路的工作原理，设计BuckChopper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BuckChopper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公司出品的商业数学软件，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Simulink两大部分。

MATLAB的优势如下：

（1）友好的工作平台和编程环境；

（2）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）。

5.1主电路的仿真

1.按原理图在MATLAB中搭建模块，搭建好的模型图如下：

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

和电压

及其波形如下所示：

输出电流I0波形图

输出电压U0波形图

6.结论分析

有电压电流波形图知在电流在电压为E期间上升，在电压为零期间下降，周期T=1/f=0.0002s，高电平导通时ton=aT=0.8T=0.00016s,U0=100V，低电平导通时间toff=0.00004s,U0=0V且电压电流幅值范围分别为，I=4.98A～5.02A，实验结果与理论一致。

7.心得体会

做课程设计我们都感觉入手比较困难，因为它首先要求你对所学的知识都要弄懂，并且能将其联系贯穿起来，因此课程设计是综合性比较强的。

这次的电力电子课程设计是我做的最辛苦的一次，主要的原因是这次试验要求我们学习两个从来就没有接触过的软件。

而且时间还是有那么紧。

首先把设计任务搞清，接下来就是找相关资料，可以通过上图书馆和上网，然后对资料进行整理。

找资料说起来好像很简单，但真正做起来是需要耐心的，不是你所找的就一定是有用的，要进行筛选甄别，所以这个过程中是要花费一些时间的，但这其中也拓展了你的知识面。

书上原理性的东西与真正的动手操作还是有很大的区别的，要考虑很多因素，比如说，参数的选取和设定，这些对实验结果是有很大的影响的。

通过重温教材知识和翻阅相应的资料，当然还有一部分要归功于我的同学的帮助。

通过这次课程设计我们掌握了一定的文档的编排格式，这对于以后的毕业设计及工作需要都有很大的帮助，在完成课程设计的同时我们也再复习了一遍电力电子这门课程，对于以前一知半解的问题有了更深刻的认识。

通过这次课程设计，使我明白了自身的不足，还有就是学习上存在的以应试为目的的陋习，自己真正学到的知识还是相当有限的，而且都是很死板的知识，并没有做到活学活用。

而且，在专业软件学习方面还要有很大的提升的需要。

8．主要参考文献

[1].王兆安.电力电子技术.机械工业出版社.2009

[2].李传琦.电力电子技术计算机仿真实验.电子工业出版社.2005

[3].洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真.机械工业出版社.2006

[4].钟炎平.电力电子电路设计.华中科技大学出版社.2010