IGBT升压斩波电路的设计.doc

1 设计要求与方案 3 1.1 设计要求 3 1.2 设计方案 3 2 升压斩波电路设计方案 4 2.1 升压斩波主电路电路工作原理原理图 4 2.2 触发电路的设计 6 2.4.2 驱动保护电路分析 10 3.2 仿真电路设计 14 图13 19 图15 20 20 图16 20 3.4 仿真结果分析 21 致谢 22 1 设计要求与方案 1.1 设计要求 利用IGBT设计一个升压斩波电路。输入直流电压U d =50V，输出功率P=300W ，开关频率为5KHz，占空比10%到50%，输出电压脉率小于10%。 1.2 设计方案 根据升压斩波电路设计任务要求设计主电路、驱动电路。其结构框图如图1所示。 图1 在图1结构框图中，控制电路用来产生IGBT升压斩波电路的控制信号，控制电路产生的控制信号传到驱动电路，驱动电路把控制信号转换为加在IGBT控制端与公共端之间，可以使其开通或关断的信号。通过控制IGBT的开通和关断来控制IGBT升压斩波电路工作。控制电路中保护电路是用来保护电路，防止电路产生过电流、过电压现象而损坏电路设备。 2 升压斩波电路设计方案 2.1 升压斩波主电路电路工作原理原理图 本设计为直流升压斩波（boost chopper）电路，该电路是本系统的核心。应为输出电压比较大，故斩波器件选用能够承受大电压和导通内阻小，开关频率高，开关时间小的大功率IGBT管。在IGBT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。 原理图如下图1所示： 图1 主电路仿真图 左边E为输入直流50V电压,右边为U0斩波电压输出。IG为SG3525输出的PWM斩波信号。V为IGBT，VD为电力二极管，L为电感，C为电容，R为负载。 原理分析：首先假设电感L值很大，电容C值也很大。当IG为高电平时，V导通，50V电源向L充电，充电基本恒定为,同时电容C上的电压向负载R供电，因C值很大，基本保持输出电压为恒值，记为。设V处于通态的时间为，此阶段电感L上积储的能量为。当V处于段态时E和L共同向电容C充电，并向负载R提供能量。设V处于段态的时间为，则在此期间电感L释放的能量为。当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积储的能量于释放的能量相等，即 (2-1) 化简得 (2-2) 上式中的，输出电压高于电源电压。式（2-1）中为升压比，调节其大小即可改变输出电压的大小。 ——升压比，调节其即可改变。将升压比的倒数记作β，即 和导通占空比，有如下关系： (2-3) 因此，式（2-2）可表示为： 升压斩波电路之所以能使输出电压高于电源电压，关键有两个原因：一是L储能之后具有使电压泵升的作用，二是电容C可将输出电压保持住。在以上分析中，认为V处于通态期间因电容C的作用使得输出电压Uo不变，但实际上C值不可能为无穷大，在此阶段其向负载放电，U。必然会有所下降，故实际输出电压会略低于理论所得结果，不过，在电容C值足够大时，误差很小，基本可以忽略。 2.2 触发电路的设计 电路主要用来驱动IGBT斩波。产生PWM信号有很多方法，但归根到底不外乎直接产生PWM的专用芯片、单片机、PLC、可编程逻辑控制器等本电路采用直接产生PWM的专用芯片SG3525.该芯片的外围电路只需简单的连接几个电阻电容，就能产生特定频率的PWM波，通过改变IN+输入电阻就能改变输出PWM波的占空比，故在IN+端接个可调电阻就能实现PWM控制。为了提高安全性，该芯片内部还设有保护电路。它还具有高抗干扰能力，是一款性价比相当不错的工业级芯片。 为了减少不同电源之间的相互干扰，SG3525输出的PWM经过光电耦合之后才送至驱动电路。其电路图如下图2所示： 图2 PWM触发电路 工作原理：通过R2、R3、C3结合SG3525产生锯齿波输入到SG3525的振荡器。此时形成脉冲信号，再将脉冲信号通过SG3525AN的OUTA、OUTB端输出整流，送到光电耦合器去将信号放大。 2.3 触发脉冲的放大 脉冲的放大电路如图3所示。 脉冲信号经过光电耦合器U2隔离输出，最后经过Q2放大输出到IGBT的门极g 图3 脉冲放大电路 工作原理： 其产生的PWM信号由OUTA、OUTB输出，通过PWM触发电路调节R7可以改变占空比。输出的PWM信号通过二极管D6、D7送至光电耦合器U