華北科技學院畢業設計（論文）第1頁共52頁目錄綜述.4Summary.6第1章蓄電池充電特性及充電技術現狀.91.1蓄電池充電特性.91.2蓄電池充電過程.9第二章IGBT特性.102.1IGBT的基本結構.102.2IGBT的工作原理.132.3IGBT的工作特性.132.3.1靜態特性.132.3.2動態特性.142.4IGBT的擎住效應與安全工作區.152.4.1擎住效應.152.4.2安全工作區.162.5柵極特性.172.6柵極串聯電阻及柵極驅動波形的上升、下降速率.192.7IGBT的驅動電路.212.7.1IGBT的驅動與保護技術.212.7.2驅動電路的要求.222.7.3模塊驅動中對電源的要求.232.8驅動電路的種類.232.8.1采用脈沖變壓器隔離驅動IGBT.232.8.2采用光耦合器等分立元器件驅動IGBT.242.8.3專用光耦合器等分立元器件驅動IGBT.242.9IGBT模塊保護.252.9.1IGBT的過電流保護.25礦用鉛酸蓄電池組高頻智能充電器主電路的研究設計第2頁共52頁2.9.2IGBT的過壓保護.252.9.3IGBT的關斷緩沖吸收電路.252.9.4緩沖電路的基本結構.26第3章高頻變壓器特性.28第4章DC/DC變換原理.294.1一般情況.294.2工作周期.29第5章元器件的選擇及參數計算.305.1關鍵元器件的選擇.305.2IGBT的選擇.305.3次級快恢復整流二極管的選擇.315.4緩沖電路的計算.325.5高頻變壓器的設計.325.5.1AP法公式推倒.325.5.2變壓器視在功率的TP確定.345.5.3窗口使用系數0K的確定.355.5.4磁心結構常數.355.5.5AP的計算.365.6三相全控橋整流電路的計算.385.7濾波電容、電感的計算.395.7.1支撐電容C1的計算.395.7.2濾波LC的計算.39第6章散熱計算.396.1開關管IGBT散熱計算.406.1.1功率器件熱性能的主要參數.406.1.2功率器件熱設計.406.1.3散熱計算.406.2快恢復二極管散熱計算.426.3散熱器的選取.42第7章充電器原理及硬件設計.43華北科技學院畢業設計（論文）第3頁共52頁7.1充電器主電路硬件設計.437.1充電器工作原理.43第8章MATLAB仿真.448.1MATLAB的概況.448.2MATLAB產生的歷史背景.458.3MATLAB的語言特點.468.4SIMULINK概況.478.5SIMULINK仿真.48結論.51參考文獻.51致謝.52礦用鉛酸蓄電池組高頻智能充電器主電路的研究設計第4頁共52頁礦用鉛酸蓄電池組高頻智能充電器主電路的研究設計綜述：本課題以礦用鉛酸蓄電池組高頻智能充電器實際科研課題為背景，可以作為實際科研項目的一個功能模塊。蓄電池是礦廠在井下必不可少的能源，省去電纜的傳輸，減少危險的發生，方便生產，保障安全。高頻智能充電器縮小了體積，運輸方便，可以隨時給蓄電池補充能量。并對充電電壓和充電電流及電池溫度進行著檢測，判斷蓄電池是否充滿，是否發生故障，保證充電安全。基于這些優點，智能充電器廣泛應用于礦廠、現代工業的各個行業。因此，設計礦用鉛酸蓄電池組高頻智能充電器是十分必要的。鉛酸蓄電池具有維護簡單、價格低廉、供電可靠、電壓穩定、使用壽命長等優點，因此廣泛應用在礦廠、國防、通信、鐵路、交通、工農業生產部門；還可以作為汽車、飛機、輪船等機動車輛或發電機組的啟動電源；也在各類需要不間斷供電的電子設備和便攜式儀器儀表中用作一些電器及控制回路的工作電源。尤其在環境惡劣的礦廠，蓄電池是必需品，它不僅能保證人身安全，還很方便省去了電纜運輸帶來的不便。如果蓄電池沒電，那么人們最先想到的就是蓄電池充電器。充電器是蓄電池的源泉，基于此，本文提出了一種礦用鉛酸蓄電池組充電器主電路的設計方案，采用先進的三段式充電控制方法，有效地提高充電效率，延長電池壽命。隨著電力電子變換技術的發展，使得各種各樣的電力電子器件得到了迅速的發展。20世紀80年代，為了給高電壓應用環境提供一種高輸入阻抗的器件，有人提出了絕緣門極雙極型晶體管（IGBT）。在IGBT中，用一個MOS門極區來控制寬基區的高電壓雙極型晶體管的電流傳輸，這就產生了一種具有功率MOSFET的高輸入阻抗與雙極型器件優越通態特性相結合的非常誘人的器件。它既有MOSFET易驅動的特點，又具有功率晶體管電壓、電流容量大的優點。其頻率特性介于MOSFET與功率晶體管間，可正常工作于幾十kHz頻率范圍內，故在較高頻率的大、中功率應用占據了主要地位。IGBT是電壓控制型器件，在它的柵射極間施加十幾伏直流電壓時，只會有毫微安級的漏電流流過，基本上不消耗功率。但IGBT的柵射極間存在著較大的電華北科技學院畢業設計（論文）第5頁共52頁容量（幾千至上萬pF），在驅動脈沖電壓的上升及下降沿需提供數安培的沖放電電流，才能滿足它開通和關斷的動態要求，使得它的驅動電路也必需輸出一定的峰值電流。電路的設計標準為輸入電壓380V，輸出電壓100V250V連續可調，輸出最大電流80A，工作頻率：20kHz，溫升：25，工作環境條件:2570。本文首先介紹了蓄電池充電特性、IGBT特性及高頻變壓器特性，緊接著分析了DC/DC變換的工作原理，然后介紹了元器件的選型及參數計算，分析電路原理設計出原理圖，并且闡述了蓄電池工作原理，最后用MATLAB中的SIMULINK進行結果的仿真。對于蓄電池充電的原理問題，本文采用了三段式充電的原理即快速充電、補足充電、涓流充電三個階段區別于傳統定電壓充電和定電流充電方式，這種方式提高電池的充電效率，縮短充電時間，并能有效延長電池壽命。這種三段式的充電方式通過C8051單片機進行智能控制。充電器主電路具體控制方法為首先采用三項全橋整流電路將380V交流電變成直流電，經過支撐電容濾波后送入逆變電路，逆變電路采用單項全橋逆變電路，逆變器件選用IGBT開關管，逆變后的電壓送入高頻變壓器的輸入端，然后高頻變壓器的輸出端經過全波整流電路，LC濾波電路后給蓄電池充電。高頻變壓器的參數設計方法有兩種即AP法和KG法，本文采用AP法設計，并詳細的介紹了AP法的公式推倒和實際計算方法。最后，主電路的仿真采用MATLAB中的SIMULINK進行仿真實驗，仿真實驗結果表明，本文設計的蓄電池充電器主電路達到了預期的目標。關鍵詞:IGBT；DC/DC變換；高頻變壓器；MATLAB礦用鉛酸蓄電池組高頻智能充電器主電路的研究設計第6頁共52頁MineralproductplumbousacidbatteryunithighfrequencyintelligencebatterychargermaincircuitresearchdesignSummary:Thistopictakethemineralproductplumbousacidbatteryunithighfrequencyintelligencebatterychargeractualscientificresearchtopicasabackground,cantaketheac-tualscientificresearchitemafunctionmodule.Theaccumulatorcellisthemineinthemi-neshaftessentialenergy,omitstheelectriccablethetransmission,reducesthedangeroustheoccurrence,facilitatestheproduction,thesafeguardsecurity.Thehighfrequencyintel-ligentbatterychargerreducedthevolume,thetransportationhasbeenconvenient,mightgivetheaccumulatorcellsupplementaryenergyasnecessary.Andiscarryingontheexam-inationtothechargingvoltageandthechargingcurrentandthebatterytemperature,judgestheaccumulatorcellwhetherfills,whetherbreaksdown,guaranteechargesecurity.Basedonthesemerits,theintelligentbatterychargerwidelyappliesinthemine,modernindustryeachprofession.Therefore,thedesignmineralproductplumbousacidbatteryunithighfrequencyintelligencebatterychargerisextremelyessential.Thelead-acidbatteryhasthemaintenancesimply,thepriceinexpensive,thepowers-upplyreliable,voltageregulation,theservicelifelongandsoonthemerits,thereforewide-lyappliesinthemine,thenationaldefense,thecorrespondence,therailroad,thetransport-ation,theindustryandagricultureproductiondepartment；Alsomaytaketheautomobile,t-heairplane,thesteamboatandsoonthemotorvehicleorpowersetsstartpowersource；A-lsoservesassomeelectricappliancesandthecontrolloopworkpowersourceineachkindofneeduninterruptedpowersupplyelectronicinstallationandintheportableinstrumentmeasuringappliance.Intheenvironmentbadmine,theaccumulatorcellisespeciallytheessentialitem,notonlyitcanguaranteethepersonalsafety,butalsohasveryconvenientlyomittedinconvenientwhichtheelectriccabletransportationbrings.Iftheaccumulatorcelldoesnothavetheelectricity,thenthepeoplethinkarethebatterychargersfirst.Thebatterychargeristheaccumulatorcellfountainhead,basedonthis,thisarticleproposedonekind華北科技學院畢業設計（論文）第7頁共52頁ofmineralproductplumbousacidbatteryunitbatterychargermaincircuitdesignproposal,usestheadvancedtriadicchargecontrolmethod,enhancesthechargeefficiencyeffectively,lengthensthebatterylife.Alongwiththeelectricpowerelectrontransformationtechnologydevelopment,enabl-edvariouselectricpowerelectronicdevicetoobtaintherapiddevelopment.1980s,inordertoprovidesonekindofhighinputimpedancetothehighvoltageusingtheenvironmentthecomponent,somepeopleproposedinsulationgateextremelydoublepoletransistor(IGBT).InIGBT,controlsthewidthbaseextremelywithaMOSgateareathehighvoltagedoublepoletransistorelectriccurrenttransmission,thisproducedonekindtohavethepowerMO-SFEThighinputimpedanceandthedoublepolecomponentsuperiorlypassestheextreme-lyattractivecomponentwhichconditionthecharacteristicunified.Itbothhasthecharacter-isticwhichMOSFETeasytoactuate,andhasthepowertransistorvoltage,thecurrentcap-acitybigmerit.ItsfrequencycharacteristicissituatedbetweenMOSFETandbetweenthepowertransistor,butnormalworkinseveraldozenskHzfrequencyrange,thereforeinthehighfrequencybig,themiddleapplicationofpoweroccupiedthemainstatus.IGBTisthevoltagecontrolcomponent,exertsseveralvoltDCvoltageswhenbetweenitsgrid-emitter,onlycanhavethenanoampereleveltoleaktheelectriccurrenttoflow,basicallyconsumedpower.ButbetweentheIGBTgrid-emitterhasthegreatelectriccapacity(severalthousandtouptotenthousandpF),alongmustprovideseveralamperesintheactuationpulsevolta-geriseandthed