直流斩波课程设计

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时间:2019-10-18

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1、电力电子学,又称功率电子学(PowerElectronics)。它主要研究各种电力电子器件,以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或製置,以完成对电能的变换和控制。它既是电子学在强电(高电压、大电流)或电工领域的一个分支,又是电工学在弱屯(低电压、小电流)或电子领域的一个分支,或者说是强弱电相结合的新科学。电力电子学是横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域的一个新兴工程技术学科。直流斩波电路的种类较多,包拈6种基本斩波电路:降压侨波电路,升压斩波电路,升降压侨波电路,Cuk斩波电路,Sepic斩波电路和Zeta斩波电路,其屮前两种是最基本的电路。直流斩波电路广泛应用于直流传动和开关电源

2、领域,是电力电了领域的热点。全控型器件选择绝缘栅双极晶体管(IGBT)综合了GTR和电力MOSFET的优点,具有良好的特性。目丽已取代了原來GTR和一部分电力MOSFET的市场,应用领域迅速扩展,成为中小功率电力电子设备的主导器件。关键词:电力电子;直流降压斩波电路;IGBT目录1.降压斩波主电路设计11.1BUCK降压斩波主电路及其原理11.2控制方式21.3IGBT简介21.4主电路元器件参数选择32.MATLAB/SIMULINK基础知识52.1MATLAB介绍52.2MATLAB的应用52.3SIMULINK仿真基础62.4SIMULINK的模块库介绍63.MATLAB仿真83.1元件

3、清单及参数设置83.2仿真电路设计123.3仿真结果133.4仿真结果分析15总结16参考文献171・降压斩波主电路设计1.1BUCK降压斩波主电路及其原理降压斩波电路的原理图以及工作波形如图1」所示。该电路使用一个全控型器件V,图中为IGBT。为在V关断时给负载中电感电流提供通道,设置了续流二极管VD。斩波电路主要用于电子电路的供电电源,也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。UiiAVD图1.1降压斩波电路原理图U0图1.2降压斩波电路波形图如图1.1中V的栅极电压uge波形所示,在t=()时刻驱动V导通,电源E向负载供电,负载电压u尸E,负载电流i°按指数上升。当匸“时刻,控制V关断,负载电

4、流经二极管VD续流,负载屯压u。近似为零负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小,通常是串联的电感L值较大。至一个周期T结束,在驱动V导通,重复上一周期的过程。当工作处于稳态时,负载电流在一个周期的初值和终值相等,如图1.2所示。负载电压平均值为:(式1.1)Uo=——U.=^U.=aU.ton+toffT11式1.1屮,心为v处于通态的时间;tw为V处于断态的时间;T为开关周期;Q为导通占空比。由式1.1可知,输出到负载的电压平均值u°,减小占空比a,u()随Z减小。因此将该电路称为降压斩波电路。也称buck变换器。负载电流平均值为:lo——(式1.2)1.2控制方式根据对输出电压

5、平均值进行调制的方式不同,斩波电路有三种控制方式(时间比控制方式):(1)脉冲宽度调制(PWM):T不变,改变ton。(定频调宽控制模式)(2)频率调制:ton不变,改变T。(定宽调频控制模式)(3)混合型:ton和T都可调,改变占空比(调宽调频混合控制模式)但是普遍采用的是脉冲宽调制工作方式。因为采用频率调制工作方式,容易产生谐波干扰,而且滤波器设计也比较困难。此电路就是采用脉冲宽调制控制IGBT的通断。1•引GBT简介IGBT的等效电路如图3.2所示。由图可知,若在IGBT的栅极和发射极之间加上驱动止电压,则MOSFET导通,这样PNP晶体管的集电极与基极Z间成低阻状态而使得晶体管导通;若

6、IGBT的栅极和发射极之间电压为0V,则MOSFET截止,切断PNP晶体管基极电流的供给,使得晶体管截止。?c图1.3IGBT的等效电路图由此可知,IGBT的安全可靠与否主要由以下因素决定:——IGBT栅极与发射极之间的电压;——IGBT集电极与发射极之间的电压;——流过IGBT集电极一发射极的电流;——IGBT的结温。如果IGBT栅极与发射极之间的电压,即驱动电压过低,则IGBT不能稳定正常地工作,如呆过高超过栅极一发射极Z间的耐压则IGBT可能永久性损坏;同样,如果加在IGBT集电极与发射极允许的电压超过集电极一发射极之间的耐压,流过IGBT集电极一发射极的电流超过集电极一发射极允许的最大

7、电流,IGBT的结温超过莫结温的允许值,IGBT都可能会永久性损坏。1.4主电路元器件参数选择主电路屮需要确定参数的元器件冇直流电源、IGBT、二极管、电感、电容、电阻值,其参数选择如下说明:(1)直流电源因为题目要求输入直流电压为200V,所以该直流稳压电源可直接作为系统电源。(2)电阻叫因为输出电压为100V时,负载电阻值5Q,所以由欧姆定律斤%7可得输岀的最大电流为20A(3)IGBT由图1

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