电力电子正文.docVIP

引言 随着电力电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多。电子设备的小型化和低成本化使电源向轻，薄，小和高效率方向发展。开关电源因其体积小，重量轻和效率高的优点而在各种电子信息设备中得到广泛的应用。伴随着人们对开关电源的进一步升级，低电压，大电流和高效率的开关电源成为研究趋势。 开关电源分为AC/DC和DC/DC，其中DC/DC 变换已实现模块化，其设计技术和生产工艺已相对成熟和标准化。DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。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。 IGBT降压斩波电路IGBT作为全控型器件的降压斩波电路用于直流到直流的降压变换IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十千赫兹频率范围内，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。所以用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路就有了IGBT易驱动，电压、电流容量大的优点。 IGBT降压斩波电路IGBT降压斩波电路1 方案确定 电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路，驱动电路，保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。由信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或者关断来完成整个系统的功能，当控制电路所产生的控制信号能够足以驱动电力电子开关时就无需驱动电路。 根据降压斩波电路降压斩波电路1-1所示。 图1-1 降压斩波电路结构框图 在图1结构框图中，控制电路是用来产生降压斩波电路降压斩波电路2 主电路设计 2.1 主电路方案 根据所选课题设计要求设计一个降压斩波电路，可运用电力电子开关来控制电路的通断即改变占空比，从而获得我们所想要的电压。 （1）1：直-直变换电路 这个方案是较为简单的方案，直接进行直-直变换简化了电路结构。 方案2：直-交-直变换电路 这种方案把本该简单的电路复杂化，不可取。 综上所述，选择方案1。 （2）1：晶闸管 晶闸管属于半控型器件，用作斩波电路还要外加关断电路，使电路复杂化，且不易控制。 方案2：IGBT IGBT控制较为简单，且它既具有输入阻抗高、开关速度快、驱动电路简单等特点，又用通态压降小、耐压高、电流大等优点。 综上所述，选择方案2。 2.2 工作原理 根据所学的知识，直流降压斩波主电路如图2-1所示： 图2-1 降压斩波电路原理图 该电路使用一个全控型器件V，图中为IGBT。图2-1中，为在V关断时给负载中电感电流提供通道，设置了续流二级管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，后两种情况下负载中均会出现反电动势，如图中Em所示。若负载中无反电动势时，只需令Em=0，以下分析及表达式均可适用。 降压斩波电路工作波形如图2-2： 图2-2 a）电流连续时的波形b）t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压uo=E，负载电流io按指数曲线上升。 当 t=t1时控制V关断，二极管VD续流，负载电压uo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。 此电路的基本数量关系为： （1） (2-1) 式中，ton为V处于通态的时间，toff为V处于断态的时间，T为开关周期，a为导通占空比，简称占空比或导通比。负载电流平均值为 (2-2) （2）uo平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。 斩波电路有三种控制方式： 脉冲宽度调制（PWM）T不变，调节开关导通时间ton， 频率调制：保持开关导通时间ton不变，改变开关周期T。 混合型：ton和T都可调，使占空比改变。 3 控制电路的设计 3.1 控制电路方案 控制电路需要实现的功能是产生控制信号，用于控制斩波电路中主功率器件的通断，通过对占空比的调节达到控制输出电压大小的目的。 斩波电路有三种控制方式： 1.保持开关周期T不变，调节开关导通时间ton，称为脉冲宽度调制或脉冲调宽型； 2.保持导通时间不变，改变开关周期T，成为频率调制或调频型； 3.导通时间和周期T都可调，是占空比改变，称为混合型。 因为斩波电路有这三种控制方式，又因为PWM控制技术应用最为广泛，所以采用PWM控制方式来控制IGBT的通断。PWM控制就是对脉冲宽度进行调制的技术。这种电路把直流电压“斩”成一系列脉冲，改变脉冲的占空比来获得所需的输出电压。改变脉冲的占空比就是对