1、-PAGE . z.遼 寧 工 業 大 學電力電子技術課程設計論文題目：升壓直流斬波電路實驗裝置院系：電氣工程學院 專業班級：學 號：學生*：指導教師：起止時間：2013-12-30至2014-1-10-. z.課程設計論文任務及評語院系：電氣工程學院 教研室：電氣學 號35學生*彬專業班級設計題目升壓直流斬波電路實驗裝置課程設計論文任務課題完成的設計任務及功能、要求、技術參數實現功能為了電力電子技術課程的教學實驗，設計此裝置，使學生通過該裝置測試、觀察升壓直流斬波電路的各個參數及波形，應用此裝置可驗證升壓斬波的相關理論知識。設計任務1、方案的經濟技術論證。2、整流電路設計。3、通過計算選擇整

2、流器件的具體型號。4、斬波電路設計。5、驅動電路設計或選擇。6、繪制相關電路圖。7、完成設計說明書。要求文字在4000字左右。文中的理論分析與計算要正確。文中的圖表工整、規*。4、元器件的選擇符合要求。技術參數1、交流電源：單相220V。2、前級整流輸出電壓限制在50V以內。3、斬波輸出電流最大值2A。4、負載：純電阻。5、斬波輸出直流電壓在50100V左右可調。工作方案第1天：集中學習；第2天：收集資料；第3天：方案論證；第4天：整流電路設計；第5天：斬波電路設計；第6天：驅動電路設計；第7天：元器件具體選擇；第8天：在實驗室調試；第9天：總結并撰寫說明書；第10天：辯論指導教師評語及成績平

3、時： 論文質量： 辯論： 指導教師簽字： 總成績： 年 月日注：成績：平時20% 論文質量60% 辯論20% 以百分制計算-. z.摘要直流斬波電路作為將直流電變成另一種固定電壓或可調電壓的DC-DC變換器，包括直接直流電變流電路和間接直流電變流電路。直接直流電變流電路也稱斬波電路，它的功能是將直流電變為另一固定電壓或可調電壓的直流電，一般是指直接將直流電變為另一直流電，這種情況下輸入與輸出之間不隔離。間接直流變流電路是在直流變流電路中增加了交流環節，在交流環節中通常采用變壓器實現輸入輸出間的隔離，因此也稱帶隔離的直流直流變流電路或直交直電路。直流斬波電路的種類有很多，包括六種根本斬波電路：降

4、壓斬波電路，升壓斬波電路，升降壓斬波電路,Cuk斬波電路，Sepic斬波電路和Zeta斬波電路，利用不同的斬波電路的組合可以構成符合斬波電路，如電流可逆斬波電路，橋式可逆斬波電路等。利用一樣構造的根本斬波電路進展組合，可構成多相多重斬波電路。關鍵字：直流斬波；升壓斬波；變壓器目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc377024832第1章緒論 PAGEREF _Toc377024832 h 1HYPERLINK l _Toc377024833第2章直流升壓斬波電路的設計思想 PAGEREF _Toc377024833 h 3HYPERLINK l _Toc3770

5、248342.1直流升壓斬波電路原理 PAGEREF _Toc377024834 h 3HYPERLINK l _Toc3770248352.2參數計算 PAGEREF _Toc377024835 h 4HYPERLINK l _Toc377024836第3章直流升壓斬波電路驅動電路設計 PAGEREF _Toc377024836 h 5HYPERLINK l _Toc377024837第4章直流升壓斬波電路保護電路設計 PAGEREF _Toc377024837 h 6HYPERLINK l _Toc3770248384.1過電流保護電路 PAGEREF _Toc377024838 h 6H

6、YPERLINK l _Toc3770248394.2過電壓保護電路 PAGEREF _Toc377024839 h 6HYPERLINK l _Toc377024840第5章直流升壓斬波電路總電路的設計 PAGEREF _Toc377024840 h 7HYPERLINK l _Toc377024841第6章直流升壓斬波電路仿真 PAGEREF _Toc377024841 h 8HYPERLINK l _Toc3770248426.1仿真模型的選擇 PAGEREF _Toc377024842 h 8HYPERLINK l _Toc3770248436.2仿真結果及分析 PAGEREF _To

7、c377024843 h 8HYPERLINK l _Toc377024844第7章設計總結 PAGEREF _Toc377024844 h 11HYPERLINK l _Toc377024845參考文獻 PAGEREF _Toc377024845 h 12HYPERLINK l _Toc377024846附錄：元件清單 PAGEREF _Toc377024846 h 13-. z.第1章 緒論直流升壓電路作為將直流電變成另一種固定電壓或可調電壓的 DC-DC 變換器 ,在直流傳動系統、充電蓄電電路、開關電源、電力電子變換裝置及各種用電設備中得到普通的應用。隨之出現了諸如降壓電路、升降壓電路、

8、復合電路等多種方式的變換電路。直流斬波技術已被廣泛用于開關電源及直流電動機驅動中，使其控制獲得加速平穩、快速響應、節約電能的效果。早期的直流裝換電路，電路復雜、功率損耗、體積大，使用不方便。晶閘管的出現為這種電路的設計又提供了一種選擇。晶閘管Thyristor是晶體閘流管的簡稱，又可稱做可控硅整流器，以前被簡稱為可控硅；晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過程可以控制、被廣泛應用于可控整流、交流調壓、無觸點電子開關、逆變及變頻等電子電路中。它電路簡單體積小，便于集成；功率損耗少，符合當今社會生產的要求；所以在直流轉換電路中使用晶閘管是一種很好的選擇。主要元件介紹1

9、 IGBT介紹本設計基于電力電子技術課程，充分使用全控型晶閘管IGBT設計電路，實現直流升壓。IGBT絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件, 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優點。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅動電流較大;MOSFET驅動功率很小，開關速度快，但導通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優點，驅動功率小而飽和壓降低。非常適合應用于直流電壓為600V及以上的變流系統如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。2 驅動電路M57962L簡介M57962L是

10、由日本三菱電氣公司為驅動IGBT而設計的厚膜集成電路(Hybrid Integrated Circuit For Driving IGBT Modules) 。在驅動模塊內部裝有2500V高隔離電壓的光電耦合器，過流保護電路和過流保護輸出端子，具有封閉性短路保護功能。M57962L是一種高速驅動電路，驅動信號延時tPLH 和tPHL最大為1.50s。可以驅動600V/400V 級的IGBT模塊。M57962L工作程序:當電源接通后，首先自檢，檢測IGBT是否過載或短路。假設過載或短路， IGBT 的集電極電位升高，經外接二極管流入檢測電路的電流增加，柵極關斷電路動作，切斷IGBT的柵極驅動信號

11、，同時在8”腳輸出低電平過載/短路指示信號。lGBT正常時，輸入信號經光電耦合接口電路，再經驅動級功率放大后驅動IGBT。 3 M57962L的工作原理 M57962L采用雙電源+ Vcc和VEE ，原理構造圖如圖1-1所示。電路組成： (1) 放大隔離電路； (2) 定時復位電路；(3) 過流檢測電路； (4) 過流輸出電路。圖1-1 M57962L原理機構圖第2章 直流升壓斬波電路的設計思想2.1直流升壓斬波電路原理直流升壓變流器用于需要提升直流電壓的場合，其原理圖如圖1-2所示。在電路中V導通時，電流由E經升壓電感L和V形成回路，電感L儲能；當V關斷時，電感產生的反電動勢和直流電源電壓方

12、向一樣互相疊加，從而在負載側得到 圖2-1 直流升壓斬波電路原理圖高于電源的電壓，二極管的作用是阻斷V導通是，電容的放電回路。調節開關器件V的通斷周期，可以調整負載側輸出電流和電壓的大小。假設L值、C值很大，V通時，E向L充電，充電電流恒為，同時C的電壓向負載供電，因C值很大，輸出電壓為恒值,記為。設V通的時間為，此階段L上積蓄的能量為E。V斷時，E和L共同向C充電并向負載R供電。設V斷的時間為，則此期間電感L釋放能量為：1-1穩態時，一個周期T中L積蓄能量與釋放能量相等1-2化簡得：1-3上式中，輸出電壓高于電源電壓，故稱升壓斬波電路。升壓比，調節其即可改變。將升壓比的倒數記作，即。和導通占

13、空比，有如下關系：1-4因此，式1-2可表示為：1-5升壓斬波電路之所以能使輸出電壓高于電源電壓，關鍵有兩個原因:一是L儲能之后具有使電壓泵升的作用，二是電容C可將輸出電壓保持住。在以上分析中，認為V處于通態期間因電容C的作用使得輸出電壓Uo不變，但實際上C值不可能為無窮大，在此階段其向負載放電，U。必然會有所下降，故實際輸出電壓會略低于理論所得結果，不過，在電容C值足夠大時，誤差很小，根本可以忽略。2.2參數計算由直流斬波電路的原理可知1-6又輸入電壓為輸入直流電壓*圍：50V100V，要求輸出直流電壓：80V。所以只要根據輸入的電壓控制全控晶閘管IGBT關斷的時間和開通的時間比就可，即升壓

14、比就可得到所需電壓。由計算得：1-7又因為要求輸出功率P=100W,=340V1-8得： R=1-9第3章 直流升壓斬波電路驅動電路設計升壓電路所用全控型晶閘管IGBT是電壓型驅動器件。IGBT的柵射極之間有數千皮法左右的極間電容，為快速建立驅動電壓，要求驅動電路具有較小的輸出電阻使IGBT開通的柵射極間的驅動電壓一般取1520V。同樣，關斷時施加一定幅值的負驅動電壓-5-15V有利于減小關斷時間和關斷損耗。在柵極串入一只低值電阻可以減小寄生振蕩。IGBT的驅動多采用專用的混合驅動集成驅動器，本次采用M57962L驅動器。如圖2-2驅動電路圖所示。又由產品信息知M57962L驅動器內部具有退飽

15、和和檢測和保護環節，當發生過電流時能快速響應但慢速關斷IGBT，并向外部電路發出故障信號。圖3-1直流升壓斬波驅動電路第4章 直流升壓斬波電路保護電路設計4.1過電流保護電路電力電子電路運行不正常或者發生故障時，可能會發生過電流。過電流分為過載和短路兩種情況。通常采用的保護措施有：快速熔斷器、直流快速斷路器和過電流繼電器。一般電力電子裝置均同時采用集中過流保護措施，以提高保護的可靠性和合理性。綜合本次設計電路的特點，采用快速熔斷器，即給晶閘管串聯一個保險絲實施電流保護。如圖3-1電流保護電路所示。圖4-1直流升壓斬波電路過流保護電路對于所選的保險絲，遵從值小于晶閘管的允許值。4.2過電壓保護電

16、路電力電子裝置中可能發生的過電壓分為外因過電壓和內因過電壓兩類。外因過電壓主要來自雷擊和系統中的操作過程等外部原因。本設計主要用于室內，為了使用方便不考慮來自雷擊的威脅。操作過電壓是由分閘、合閘的開關操作引起的過電壓，電網側的操作過電壓會由供電變壓器磁感應耦合，或由變壓器繞組之間存在的分布電容靜感應耦合過來。內因過電壓主要來自電力電子裝置內部器件的開關過程，包括：換相過電壓，關斷過電壓。根據以上產生過電壓的的各種原因，設計相應的保護電路。如圖2-4過壓保護電路所示。其中：圖中是利用一個電阻加電容進展電壓抑制，當電壓過高時，保護電路中的電容會阻礙其電壓的上升，從而使得電力電子器件IGBT管因電壓

17、的的過高厄爾損壞。圖4-2中的電阻可以是1K左右的電阻，而電容的值可以為100F左右，這樣形成一個保護電路。圖4-2直流斬波電路過電壓保護電路第5章 直流升壓斬波電路總電路的設計如圖4-1總電路設計圖所示。電路由升壓電路，驅動模塊、保護模塊、緩沖電路組成。圖5-1直流升壓斬波電路總電路由M57862L芯片為核心構成的驅動電路，控制IGBT的導通和關斷時間，從而控制電路的升壓比，使其到達：5-1進而使輸出電壓到達目的值。升壓電路時整個電路的核心，由一個IGBT和電容、電感值都很大的電容電感各一個。R為輸出負載，電壓由此輸出。因為輸出功率是一定的100W，從而R為定值1156。其中保護電路包括過電

18、壓保護和過電流保護。第6章 直流升壓斬波電路仿真6.1仿真模型的選擇在本次的設計中，采用了Matlab軟件作為仿真工具來進展電路的模擬。首先畫出電路的構造圖如下所示：圖6-1直流升壓斬波電路仿真電路模擬圖由上圖中我們可以看到，在電路中，在IGBT的兩端加了脈沖觸發電壓，控制開關的關斷，以便得到升壓的電壓。6.2仿真結果及分析1仿真電路及其仿真結果1.仿真電路圖圖6.2.升壓斬波的MATLAB電路的模型2 MATLAB的.仿真結果如下：圖6.3=0.2時的仿真結果圖6.4=0.4時的仿真結果圖6.5=0.6時的仿真結果圖6.6=0.8時的仿真結果圖6,7=0.99時的仿真結果3 仿真結果分析由公

19、式可得：當時，=44=0.4時，=88。=0.6時，=132。=0.8時，=176。=0.99時，=217.8。上面的數據與理論值一樣，由于使用的是仿真軟件所以沒有誤差。第7章 設計總結經過不懈的努力我終于順利的完成了此次直流升壓斬波電路的仿真，其中遇到了許多的問題和困難但是也學到了很多的知識。遇到的問題和困難：由于事先理論知識預習的不夠充分，所以很多計算問題困難重重，再次花費大量時間去研究，造成實驗進度大大減速，效率降低。選取實驗元器件時，由于缺乏實際操作經歷，常常出現用錯元器件，造成實驗數據誤差很大，重復實驗屢次。在用MATLAB軟件仿真是遇到了許多操作上的問題，致使仿真花費的很多時間才到達有效效果。學到的知識：通過這次課程設計我夯實了電力電子的根底知識。對直流