电力电子课程设计直流升压变流器的设计.docx

摘要随着电力电子技术的迅速发展，高压开关稳压电源已广泛用于计算机、通信、工业加工和航空航天等领域。直流斩波电路作为直流电变成另一种固定电压的DC-DC变换器，在直流传动系统.、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到广泛的应用。随之出现了诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路。直流斩波技术已被广泛运用于开关电源及直流电动机驱动中，使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波能领域得到了广泛的应用。但以IGBT为功率器件的直流斩波电路在实际应用中需要注意以下问题：（1）系统损耗的问；（2）栅极电阻；（3）驱动电路实现过流过压保护的问题。直流斩波电路实际上采用的就是PWM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要的输出电压。PWM控制方式是目前才用最广泛的一种控制方式，它具有良好的调整特性。随电子技术的发展，近年来已发展各种集成式控制芯片，这种芯片只需外接少量元器件就可以工作，这不但简化设计，还大幅度的减少元器件数量、连线和焊点。关键词：电力电子技术 直流斩波 IGBTPWM技术直流升压变流器的设计1 设计任务及要求技术要求：设计一升压斩波电路，已知直流电源200V，要求将电压提升到400V，输出电压的脉动控制在5%以内，负载的等值电阻为10Ω。 要求完成的主要任务：方案设计；完成主电路的原理分析，各主要元器件的选择；驱动电路和滤波电路的设计；绘制系统硬件图；利用Matlab仿真软件建模并仿真，获取电压电流波形，并对结果进行分析；撰写设计说明书。2 主电路工作原理升压斩波电路的原理图如图2-1所示。在分析器工作原理时，首先假设电路中电感L值很大，电容C值很大。当可控开关V处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为I1，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u0为恒 图2-1 升压斩波电路原理图 值，记为U0。设V处于通态的时间为，此阶段电感L上积蓄的能量为。当V处于断态时E和L共同向电容C充电，并向负载R提供能量。设V处于断态的时间为，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：E (2-2)式中，,输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。也称为boost变换器。式(2-2)中，表示升压比，调节其大小，即可改变输出电压U0的大小。将升压比的倒数记为β，即。则β和占空比α有如下关系：(2-3)因此，式(2-2)可表示为：(2-4)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：一是电感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U0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，U0必然会有所下降，故实际输出电压会略低于式(2-4)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。如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由负载R消耗，即(2-5)该式表明，与降压斩波电路一样，升压斩波电路也可看成是直流电压器。根据电路结构并结合式(2-4)得出输出电流平均值I0为(2-6) 由式(2-5)即可得出电源电流I1为(2-7)3 硬件电路原理图3.1 整流滤波电路本设计采用桥式电路整流：由四个二极管组成一个全桥整流电路. 对整流出来的电压进行傅里叶变换得，由整流电路出来的电压含有较大的纹波，电压质量不太好，故需要进行滤波。本电路采用LC低通滤波器（通过串联一个电感，滤除电流的高次谐波，并联一个电容滤除电压的高次谐波），以减小纹波。Protel原理图如图3-1所示：图3-1 整流滤波电路原理图输入端接220V、50Hz的市电，进过变压器T1（原线圈/副线圈为1.1）后输出200V、50Hz。当同名端为正时D2、D5导通，D3、D4截止，电压上正下负。当同名端为负时D2、D5截止，D3、D4导通，电压同样是上正下负，从而实现整流。电感具有电流不能突变，通直流阻交流特性，因此串联一个电感可以提高直流电压品质。而电容具有电压不能突变，通交流阻直流特性，因此并联一个大电容可以滤除杂波，减小纹波。结合两种元器件的特性，组成上图整流电路，可以得到比较理想的直流电压。3.2 斩波信号及IGBT驱动电路3.2.1 IGBT驱动电路此电路主要用来驱动IGBT斩波。IGBT的门极驱动条件密切地关系到他的静态和动态特性。门极电路的正偏压UGS、负偏压-UGS和门极电阻RG的大小，对IGBT的通态电压、开关、开关损耗、承受短路能力及du/dt