. .
电力电子技术课程设计报告 课题名称 IGBT升降压斩波电路设计 专业班级 学 号 学生 指导教师 指导教师职称 评 分
完成日期：2015年1月13日 .
. 摘 要 直流斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的 DC-DC 变换器，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、有源滤波等领域得到了广泛的应用。 升降压斩波电路综合了升压电路和降压电路的优点，可以在一个电路中同时实现升压和降压，简化了电路结构。而全控型器件IGBT的使用为外部自动控制提供了巨大便利，因此其使用围在直流斩波电路中很广泛，对其做研究有很好的使用意义。 本文首先比较了两种具有升降压功能的DC／DC变换电路，具体地分析了两种DC／DC变换器的设计(拓扑结构、工作模式和储能电感参数设计)，详细地阐述了该DC／DC变换器控制系统的原理和实现，通过MATLAB软件中的Simulink部分建模仿真，最后给出了测试结果。 关键词：直流斩波； 升降压； IGBT； 全控型 .
. .
. 目录
目录 ............................................................... 1 1 设计任务要求 ..................................................... 2 1.1 设计任务 2 1.2 设计要求 2 2方案选择 ......................................................... 3 2.1方案一 3 2.2方案二 4 3 电路设计 ......................................................... 6 3.1 主电路设计 6 3.2 驱动电路设计 8 3.3保护电路 11 4 仿真控制 ........................................................ 11 5心得体会 ........................................................ 14 参考文献 .......................................................... 15 附录1 程序清单 ................................................... 16 附录2 元件清单 ................................................... 17 答辩记录 .......................................................... 18 .
. 1 设计任务要求 1.1 设计任务 IGBT升降压斩波电路设计（纯电阻负载） 设计条件：（1）输入直流电压，Ud=50V； （2）输出功率：300W （3）开关频率5KHZ （4）占空比10%-50% (5) 输出电压脉率：小于10%
1.2 设计要求 1，分析题目要求，提出2-3种实现方案，比较并确定主电路结构和控制结构方案； 2，设计主电路原理图，触发电路原理图，并设置必要的保护电路； 3，参数计算，选择主电路及保护电路元件参数 4，利用仿真软件MATLAB等进行电路优化； 5，最好可以建模并仿真完成相关的设计电路。 . . 2方案选择 2.1方案一 该DC／DC变换器为前后级串联结构，前级是由1T、3T、1D、2D、L、C、1R、2R构成降压变换电路，后级是由2T、2D、L、C构成升压变换电路，其中2D、L、C均出现在前、后级变电 路中。采用PWM 方式控制两个主开关管3T、2T存在一定的困难，因为它们的控制端不共地。为了实现两路控制信号共地，也只能选用功率晶体管。为此增加辅助开关管1T，且3T由NPN型改为PNP型，显然1T、2T是共地的，1T、3T是同步开关的，这就实现了两路控制信号的共地。这样，原本通过控制3T、2T来控制电路的工作状态，现在是通. . 过1T、2T来控制，1T称为降压斩波辅助开关，2T称为升压斩波主开关、3T称为降压斩波电路。其电路图如图2.1所示: T3
T1T2Ui
R1R2
D1D2LCUo
图2-1原理图 2.2方案二
该变换器的结构是运用了全控型器件IGBT，其工作原理是：当V导通时，电源E经V向L供电使其贮能，此时电流为i1 ，同时C维持输出电压恒定并向负载R供电。V关断时，L的能量向负载释放， 电流为i2 ，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性 斩波电路。电路图如图2.2。（加书上原理图）
PWMVVD
RCL
图2-2原理图 方案比较：
方案一虽然实现了升降压,但是利用开关控制升降压的变换，而在方案二中直接采用全控型器件IGBT，利用IGBT的通断控制升降压的变换，电路比较简单，而且容易操作。因此，在设计中我们选择了方案二来实现升降压斩波控制。 . . .
. 3 电路设计 3.1 主电路设计 我们最终采用的主电路图是第二种方案。
PWMVVD
RCL
图3-1 主电路 设电路中电感L很大，电容C也很大，使得电感电流和电容电压即负载电压基本为
恒值。 该电路的基本工作原理是：当可控开关V处于通态时，电源E经V向电感L供电使其储存. . 能量，此时电流为，同时C维持输出电压恒定并向负载R供电。同时，电容C维持输出电压基本恒定并向负载R供电。之后使得V关断，L的能量向负载释放，电流为i2，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路。 稳态时，一个周期T电感L两端电压对时间的积分为零，即 （3-1） 当V处于通态期间，=；而当V处于断态期间，uL=-uo。于是:
（3-2）
所以输出电压为： （3-3） 当输出端电压恒定且电流连续时，
电感电流连续的临界条件： （3-4） 连续模式时的电容值：
（3-5） .
. 其中纹波电压为，周期为。 负载电阻 （3-6） 其中 为输出功率 根据设计要求，开关频率5KHZ，则开关周期时间为0.2ms。另设电压脉率为10%，作为仿真时电感电阻取值时的依据。
3.2 驱动电路设计 由于IGBT是全控型器件，这给了我们利用“软件+驱动电路”的方法去实现对IGBT的开通和关断。通过对PWM信号的调制，实现对IGBT通断的控制。 控制框图如下：
51单片机驱动IGBT驱动模块M57962IGBT 图3-2 驱动电路控制框图 在这里，我利用单片机写程序输出PWM信号。这里的程序可以通过独立按键很好的调
整占空比的大小。PWM控制程序如附录1所示。软件流程图如下 .
. 开始初始化设置定时中断，采用定时器0,默认占空比为50%，一个周期定义为0.2ms初始化定义变量a=0,b=10
独立按键按下
P2输出高电平信号
减小b的值，减小占空比增加占空比，增大b的值
否
按键1按下
按键2
按下
a不断循环增加，由于b增大，a，b关系变化时间加长，此时高电平时间加长
a不断循环增加，由于b增大，a，b关系变化时间加长，此时高电平时间加长
图3-3 软件流程图
51单片机作为一款简单有很廉价的控制芯片，在这里被用来作为控制PWM信号的产生和输出，我们采用了Atmel公司生产的AT89C51单片机。其工作频率为12MHZ，我们通过定时器中断的方式来输出周期为0.02ms的PWM波。
XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435
P0.5/AD534
P0.6/AD633
P0.7/AD732
P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11
P3.2/INT012
P3.3/INT113
P3.4/T014
P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115
P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922
P2.2/A1023
P2.3/A1124
P2.4/A1225
P2.5/A1326
P2.6/A1427
U1
AT89C51 图3-4 AT89C51芯片模型 IGBT为电压驱动型器件，因而需要专用的混合集成驱动器，这里我们采用三菱公司生
产的M57962驱动模块。其技术指标如下：