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1、1/18 1.引言 随着电力电子技术高速发展，电子系统应用领域越来越广泛，电子设备种类也越来越多。电子设备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，重量轻和效率高优点而在各种电子信息设备中得到广泛应用。伴随着人们对开关电源进一步升级，低电压，大电流和高效率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变换是将固定直流电压变换成可变直流电压，也称为直流斩波。斩波电路主要用于电子电路供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。IGBT 降压斩波电路就是直流斩波中最基
2、本一种电路，是用 IGBT 作为全控型器件降压斩波电路，用于直流到直流降压变换。IGBT是 MOSFET 及双极晶体管复合器件。它既有 MOSFET易驱动特点，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及功率晶体管之间，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 作为全控型器件降压斩波电路就有了 IGBT易驱动，电压、电流容量大优点。IGBT降压斩波电路由于易驱动，电压、电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔发展前景，也由于开关电源向低电压，大电流和高效率发展趋势，促进了 IGBT降压斩波电路发展。2/18 2.方
3、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主电路组成一个系统。由信息电子电路组成控制电路按照系统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导通或者关断来完成整个系统功能，当控制电路所产生控制信号能够足以驱动电力电子开关时就无需驱动电路。根据降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动及保护电路，设计出降压斩波电路结构框图如图 1 所示。图 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控制信号，控制电路产生控制信号传到驱动电路，驱动电路把控制信号转换为加在开关控制端，可以使其开通或关断信号
4、。通过控制开关开通和关断来控制降压斩波电路主电路工作。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现象损害电路设备。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优点而在各种电子信息设备中得到广泛应用伴随着人们对开关电源进一步升级低电压大电流和高效率开关电源成为研究趋势开关电源分为和其中变换已实现模电路主要用于电子电路供电电源也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等降压斩波电路就是直流斩波中最基本一种电路是用作为控型器件降压斩波电路用于直流到直流降压变换是及双极晶体管复合器件它既有易驱动特点又具有功率晶大中功率应用中占据了主导地位所以用作为控型器件降压斩波电路就有了易驱动电
5、压电流容量大优点降压斩波电路由于易驱动电压电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔发展前景也由于开关电源向低电压大电流和高效率发展3/18 3.主电路设计 3.1 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通断即改变占空比，从而获得我们所想要电压。这就可以根据所学 buck 降压电路作为主电路，这个方案是较为简单方案，直接进行直直变换简化了电路结构。而另一种方案是先把直流变交流降压，再把交流变直流，这种方案把本该简单电路复杂化，不可取。至于开关选择，选用比较熟悉全控型 IGBT 管，而不选半控型晶闸管，因为 IGBT 控制较为简单，且它既具有输入阻抗高、
6、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。3.2 工作原理 根据所学知识，直流降压斩波主电路如图 2 所示：图 2 主电路图 直流降压斩波主电路使用一个全控器件 IGBT控制导通。用控制电路和驱动电路来控制 IGBT通断，当 t=0 时，驱动 IGBT导通，电源 E向负载供电，负载电压0u=E，负载电流0i按指数曲线上升。电路工作时波形图如图 3 所示：tOOOEOtttEMiGttTiGtontoffioi1i2I10I20t1uoa)b)OOTEEiGtontoffiotxi1i2I20t1t2uo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
7、优点而在各种电子信息设备中得到广泛应用伴随着人们对开关电源进一步升级低电压大电流和高效率开关电源成为研究趋势开关电源分为和其中变换已实现模电路主要用于电子电路供电电源也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等降压斩波电路就是直流斩波中最基本一种电路是用作为控型器件降压斩波电路用于直流到直流降压变换是及双极晶体管复合器件它既有易驱动特点又具有功率晶大中功率应用中占据了主导地位所以用作为控型器件降压斩波电路就有了易驱动电压电流容量大优点降压斩波电路由于易驱动电压电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔发展前景也由于开关电源向低电压大电流和高效率发展4/18 图 3 降压电路波形图 当1tt 时刻，控制 I
8、GBT关断，负载电流经二极管DV续流，负载电压0u近似为零，负载电流指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小，故串联 L 值较大电感。至一个周期 T结束，再驱动 IGBT导通，重复上一周期过程。当电力工作于稳态时负载电流在一个周期初值和终值相等，负载电压平均值为 iiittUUUUttTononoonoff ont为 IGBT处于通态时间；offt为处于断态时间；T为开关周期；为导通占空比。通过调节占空比 使输出到负载电压平均值 Uo最大为 E，若减小占空比，则 Uo随之减小。由此可知，输出到负载电压平均值 Uo 最大为 U i，若减小占空比，则 Uo 随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称
9、该电路为降压斩波电路。3.3 参数分析 主电路中需要确定参数元器件有 IGBT、二极管、直流电源、电感、电阻值确定，其参数确定如下：(1)电源 要求输入电压为 100V。(2)电阻 因为当输出电压为 50-80V时，假设输出电流为 0.1-5A。所以由欧姆定律 可得负载电阻值为 80010，所以取电阻 20 欧姆。(3)IGBT 由图 3 易知当 IGBT截止时，回路通过二极管续流，此时 IGBT两端承受最大正压为 100V；而当=1 时，IGBT有最大电流，其值为 5A。故需选择集电极最大连续电流cI=A10，反向击穿电压VBvceo200IGBT，而一般 IGBT都满足要求。(4)二极管
10、其承受最大反压 100V，其承受最大电流趋近于 5A，考虑 2 倍裕量，故需选择VUN200，AIN10二极管。(5)电感 由上面所选电阻 20 欧姆，根据欧姆定律：当 Uo=80V时，Iomax=4A;当 Uo=50V时，Iomin=2.5A;根据电感电流连续时电感量临界值条件：L=Uo*（Ud-Uo）/(2UdIo)为了保证负载最小电流电路能够连续，取 Io=2.5A 来算，可得 L=0.125mH，所o0IURo0IUR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优点而在各种电子信息设备中得到广泛应用伴随着人们对开关电源进一步升级低电压大电流和高效率开关电源成为研究趋
11、势开关电源分为和其中变换已实现模电路主要用于电子电路供电电源也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等降压斩波电路就是直流斩波中最基本一种电路是用作为控型器件降压斩波电路用于直流到直流降压变换是及双极晶体管复合器件它既有易驱动特点又具有功率晶大中功率应用中占据了主导地位所以用作为控型器件降压斩波电路就有了易驱动电压电流容量大优点降压斩波电路由于易驱动电压电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔发展前景也由于开关电源向低电压大电流和高效率发展5/18 以只要所取电感 L0.125mH，取 L=1mH。（6）开关频率 f=40kHz（7）电容 设计要求输出电压纹波小于 1%，由纹波电压公式：UdLCfUo
12、UdUoUc28/)(*可得 LC=0.195 uH*F 取 C=0.47mF 4.控制电路设计 4.1 控制电路方案选择 控制电路需要实现功能是产生控制信号，用于控制斩波电路中主功率器件通断，通过对占空比调节达到控制输出电压大小目。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通断。PWM 控制就是对脉冲
13、宽度进行调制技术。这种电路把直流电压“斩”成一系列脉冲，改变脉冲占空比来获得所需输出电压。改变脉冲占空比就是对脉冲宽度进行调制，只是因为输入电压和所需要输出电压都是直流电压，因此脉冲既是等幅，也是等宽，仅仅是对脉冲占空比进行控制。图 4.1 SG3525 引脚图 对于控制电路设计其实可以有很多种方法，可以通过一些数字运算芯片如单片机、CPLD等等来输出 PWM 波，也可以通过特定 PWM 发生芯片来控制。因为题目要求输出电压连续可调，所以我选用一般 PWM 发生芯片来进行连续控制。对于 PWM 发生芯片，我选用了 SG3525芯片，其引脚图如图 4.1 所示，它是一款化使电源向轻薄小和高效率方
14、向发展开关电源因其体积小重量轻和效率高优点而在各种电子信息设备中得到广泛应用伴随着人们对开关电源进一步升级低电压大电流和高效率开关电源成为研究趋势开关电源分为和其中变换已实现模电路主要用于电子电路供电电源也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等降压斩波电路就是直流斩波中最基本一种电路是用作为控型器件降压斩波电路用于直流到直流降压变换是及双极晶体管复合器件它既有易驱动特点又具有功率晶大中功率应用中占据了主导地位所以用作为控型器件降压斩波电路就有了易驱动电压电流容量大优点降压斩波电路由于易驱动电压电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔发展前景也由于开关电源向低电压大电流和高效率发展6/18 专用 PW
15、M 控制集成电路芯片，它采用恒频调宽控制方案，内部包括精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。其 11 和 14 脚输出两个等幅、等频、相位互补、占空比可调 PWM 信号。脚 6、脚 7 内有一个双门限比较器，内设电容充放电电路，加上外接电阻电容电路共同构成 SG3525 振荡器。振荡器还设有外同步输入端(脚 3)。脚 1 及脚 2 分别为芯片内部误差放大器反相输入端、同相输入端。该放大器是一个两级差分放大器。根据系统动态、静态特性要求，在误差放大器输出脚 9 和脚 1 之间一般要添加适当反馈补偿网络，另外当 10 脚电压为高电平时，11 和 14 脚电压变为 10
16、输出。4.2 工作原理 由于 SG3525振荡频率可表示为：)37.0(1dttRRCf 4.1 式中:tC,tR分别是及脚 5、脚 6 相连振荡器电容和电阻；dR是及脚 7 相连放电端电阻值。根据任务要求需要频率为 40kHz，所以由上式可取tC=0.01F,tR=k1,dR=600。可得 f=40kHz，满足要求。图 4.2 控制电路 SG3525 有过流保护功能，可以通过改变 10 脚电压高低来控制脉冲波输出。因此可以将驱动电路输出过流保护电流信号经一电阻作用，转换成电压信号来进行过流保护，同理也可以用 10 端进行过压保护，如图 4.2 所示 10 端外接过压过流保护电路。当驱动电路检
17、测到过流时发出电流信号，由于电阻作用将 10 脚电位抬高，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优点而在各种电子信息设备中得到广泛应用伴随着人们对开关电源进一步升级低电压大电流和高效率开关电源成为研究趋势开关电源分为和其中变换已实现模电路主要用于电子电路供电电源也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等降压斩波电路就是直流斩波中最基本一种电路是用作为控型器件降压斩波电路用于直流到直流降压变换是及双极晶体管复合器件它既有易驱动特点又具有功率晶大中功率应用中占据了主导地位所以用作为控型器件降压斩波电路就有了易驱动电压电流容量大优点降压斩波电路由于易驱动电压电流容量大在电力电子技术
18、应用领域中有广阔发展前景也由于开关电源向低电压大电流和高效率发展7/18 从而 11、14 脚输出低电平，而当其没有过流时，10 脚一直处于低电平，从而正常输出 PWM 波。SG3525还有稳压作用。1 端接芯片内置电源，2 端接负载输出电压，通过 1 端变位器得到它一个基准电位，从而当负载电位发生变化时能够通过 1、2 所接误差放大器来控制输出脉宽占空比，若负载电位升高则输出脉宽占空比减小，使得输出电压减小从而稳定了输出电压，反之则然。调节变位器使得 1 端得到不同基准电位，控制输出脉宽占空比，从而可使得输出电压为 50-80V范围。4.3 控制芯片介绍 本控制电路是以 SG3525 为核心
19、构成,SG3525 为美国 Silicon General 公司生产专用，它集成了 PWM 控制电路,其内部电路结构及各引脚功能如图 4.3 所示,它采用恒频脉宽调制控制方案,内部包含有精密基准源,锯齿波振荡器,误差放大器,比较器,分频器和保护电路等.调节 Ur 大小,在 11,14 两端可输出两个幅度相等,频率相等,相位相差,占空比可调矩形波(即 PWM 信号).然后，将脉冲信号送往芯片HL402，对微信号进行升压处理，再把经过处理电平信号送往 IGBT，对其触发，以满足主电路要求。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优点而在各种电子信息设备中得到广泛应用伴随着人
20、们对开关电源进一步升级低电压大电流和高效率开关电源成为研究趋势开关电源分为和其中变换已实现模电路主要用于电子电路供电电源也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等降压斩波电路就是直流斩波中最基本一种电路是用作为控型器件降压斩波电路用于直流到直流降压变换是及双极晶体管复合器件它既有易驱动特点又具有功率晶大中功率应用中占据了主导地位所以用作为控型器件降压斩波电路就有了易驱动电压电流容量大优点降压斩波电路由于易驱动电压电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔发展前景也由于开关电源向低电压大电流和高效率发展8/18 图 4.3 SG3525A 芯片内部结构 （1）基准电压调整器 基准电压调整器是输出为 5.1
21、V，50mA，有短路电流保护电压调整器。它供电给所有内部电路，同时又可作为外部基准参考电压。若输入电压低于 6V时，可把 15、16 脚短接，这时 5V电压调整器不起作用。（2）振荡器 3525A振荡器，除 CT、RT端外，增加了放电 7、同步端 3。RT阻值决定了内部恒流值对 CT充电，CT放电则由 5、7 端之间外接电阻值 RD决定。把充电和放电回路分开，有利于通过 RD来调节死区时间，因此是重大改进。这时 3525A 振荡频率可表为：)R3R7.0(C1fDTTS （3.1）在 3525A中增加了同步端 3 专为外同步用，为多个 3525A联用提供了方便。同步脉冲频率应比振荡频率 fs
22、要低一些。(3)误差放大器 误差放大器是差动输入放大器。它增益标称值为 80dB，其大小由反馈或输出负载决定，输出负载可以是纯电阻，也可以是电阻性元件和电容元件组合。该放大器共模输入电压范围在 1.83.4V，需要将基准电压分压送至误差放大器 1 脚（正电压输出）或 2 脚（负电阻输出）。3524 误差放大器、电流控制器和关闭控制三个信号共用一个反相输入端，3525A改为增加一个反相输入端，误差放大器及关闭电路各自送至比较器反相端。这样避免了彼此相互影响。有利于误差放大器和补偿网络工作精度提高。(4)闭锁控制端 10 利用外部电路控制 10 脚电位，当 10 脚有高电平时，可关闭误差放大器输出
23、，因此，可作为软起动和过电压保护等。(5)有软起动电路 比较器反相端即软起动控制端 8，端 8 可外接软起动电容。该电容由内部Vref50A 恒流源充电。达到 2.5V 所经时间为8CA50V5.2t。点空比由小到大（50）变化。(6)增加 PWM 锁存器使关闭作用更可靠 比较器（脉冲宽度调制）输出送到 PWM 锁存器。锁存器由关闭电路置位，由振荡器输出时间脉冲复位。这样，当关闭电路动作，即使过流信号立即消失，锁存器也可维持一个周期关闭控制，直到下一周期时钟信号使倘存器复位为止。另外，由于 PWM 锁存器对比较器来置位信号锁存，将误差放大器上噪音、振铃化使电源向轻薄小和高效率方向发展开关电源因
24、其体积小重量轻和效率高优点而在各种电子信息设备中得到广泛应用伴随着人们对开关电源进一步升级低电压大电流和高效率开关电源成为研究趋势开关电源分为和其中变换已实现模电路主要用于电子电路供电电源也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等降压斩波电路就是直流斩波中最基本一种电路是用作为控型器件降压斩波电路用于直流到直流降压变换是及双极晶体管复合器件它既有易驱动特点又具有功率晶大中功率应用中占据了主导地位所以用作为控型器件降压斩波电路就有了易驱动电压电流容量大优点降压斩波电路由于易驱动电压电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔发展前景也由于开关电源向低电压大电流和高效率发展9/18 及系统所有跳动和振荡信号消
25、除了。只有在下一个时钟周期才能重新置位，有利于可靠性提高。(7)增设欠压锁定电路 电路主要作用是当 IC 块输入电压小于 8V时，集成块内部电路锁定，停止工作（其准源及必要电路除外），使之消耗电流降到很小（约 2mA）。(8)输出级 由两个中功率 NPN管构成，每管有抗饱和电路和过流保护电路，每组可输出100mA。组间是相互隔离。电路结构改为确保其输出电平或者是高电平或者是低电平一个电平状态中。为了能适应驱动快速场效应功率管需要，末级采用推拉式电路，使关断速度更快。11 端（或 14 端）拉电流和灌电流，达 100mA。在状态转换中，由于存在开闭滞后，使流出和吸收间出现重迭导通。在重迭处有一个
26、电流尖脉冲，其持续时间约100ns。使用时 VC接一个 0.1f 电容可以滤去尖峰。另一个不足处是吸电流时，如负载电流达到 50mA以上时，管饱和压降较高（约1V）。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优点而在各种电子信息设备中得到广泛应用伴随着人们对开关电源进一步升级低电压大电流和高效率开关电源成为研究趋势开关电源分为和其中变换已实现模电路主要用于电子电路供电电源也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等降压斩波电路就是直流斩波中最基本一种电路是用作为控型器件降压斩波电路用于直流到直流降压变换是及双极晶体管复合器件它既有易驱动特点又具有功率晶大中功率应用中占据了主导地位所
27、以用作为控型器件降压斩波电路就有了易驱动电压电流容量大优点降压斩波电路由于易驱动电压电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔发展前景也由于开关电源向低电压大电流和高效率发展10/18 5.驱动电路设计 5.1 驱动电路方案选择 IGBT是电力电子器件，控制电路产生控制信号一般难以以直接驱动 IGBT。因此需要信号放大电路。另外直流斩波电路会产生很大电磁干扰，会影响控制电路正常工作，甚至导致电力电子器件损坏。因而还设计中还学要有带电气隔离部分。该驱动部分是连接控制部分和主电路桥梁，驱动电路稳定及可靠性直接影响着整个系统变流成败。具体来讲 IGBT驱动要求有一下几点：1）动态驱动能力强，能为 IG
28、BT栅极提供具有陡峭前后沿驱动脉冲。否则 IGBT会在开通及关延时，同时要保证当 IGBT损坏时驱动电路中其他元件不会被损坏。2）能向 IGBT 提供适当正向和反向栅压，一般取+15 V左右正向栅压比较恰当，取-5V反向栅压能让 IGBT可靠截止。3）具有栅压限幅电路，保护栅极不被击穿。IGBT栅极极限电压一般为土 20 V，驱动信号超出此范围可能破坏栅极。4）当 IGBT 处于负载短路或过流状态时，能在 IGBT 允许时间内通过逐渐降低栅压自动抑制故障电流，实现 IGBT 软关断。驱动电路软关断过程不应随输入信号消失而受到影响。针对以上几个要求，对驱动电路进行以下设计。针对驱动电路隔离方式，
29、有以下 2 种驱动电路，下面对其进行比较选择。方案 1：采用光电耦合式驱动电路，该电路双侧都有源。其提供脉冲宽度不受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优点而在各种电子信息设备中得到广泛应用伴随着人们对开关电源进一步升级低电压大电流和高效率开关电源成为研究趋势开关电源分为和其中变换已实现模电路主要用于电子电路供电电源也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等降压斩波电路就是直流斩波中最基本一种电路是用作为控型器件降压斩波电路用于直流到直流降压变换是及双极晶体管复合器件它既有易驱动特点又具有功率晶大中功率应用中占据了主导地位所以用作为控型器件降压斩波电路就有了易驱动电压电流容
30、量大优点降压斩波电路由于易驱动电压电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔发展前景也由于开关电源向低电压大电流和高效率发展11/18 限制，较易检测 IGBT电压和电流状态，对外送出过流信号。另外它使用比较方便，稳定性比较好。但是它需要较多工作电源，其对脉冲信号有 1us 时间滞后，不适应于某些要求比较高场合。方案 2：采用变压器耦合驱动器，其输入输出耐压高，电路结构简单，延迟小。但是它不能实现自动过流保护，不能实现任意脉宽输出，而且其对变压器绕制要求严格。通过以上比较，结合本系统中，对电压要求不高，而且只有一个全控器件需要控制，使用光耦电路，使用方便，所以选择方案 1。对于方案1可以用EXB
31、841 驱动芯片来实现也可以直接用光耦电路进行主电路及控制电路隔离，再把驱动信号加一级推挽电路进行放大使得驱动信号足以驱动 IGBT管。由于我所设计过流保护电路是利用控制芯片 10 端来设计，且直接用光耦电路比较简单，所以我没有用驱动芯片而是直接用光耦电路。5.2 工作原理 如图 5.2 所示，IGBT降压斩波电路驱动电路提供电气隔离环节。一般电气隔离采用光隔离或磁隔离。光隔离一般采用光耦合器，光耦合器由发光二极管和光敏晶体管组成，封装在一个外壳内。本电路中采用隔离方法是，先加一级光耦隔离，再加一级推挽电路进行放大。采用光耦是 TLP521-1。为得到最佳波形，在调试过程中对光耦两端电阻要进行
32、合理搭配。图 5.2 驱动电路 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优点而在各种电子信息设备中得到广泛应用伴随着人们对开关电源进一步升级低电压大电流和高效率开关电源成为研究趋势开关电源分为和其中变换已实现模电路主要用于电子电路供电电源也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等降压斩波电路就是直流斩波中最基本一种电路是用作为控型器件降压斩波电路用于直流到直流降压变换是及双极晶体管复合器件它既有易驱动特点又具有功率晶大中功率应用中占据了主导地位所以用作为控型器件降压斩波电路就有了易驱动电压电流容量大优点降压斩波电路由于易驱动电压电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔发展前景也
33、由于开关电源向低电压大电流和高效率发展12/18 原理：控制电路所输出信号通过 TLP521-1光耦合器实现电气隔离，再经过推挽电路进行放大，从而把输出控制信号放大 6.保护电路设计 6.1 过压保护电路 过压保护要根据电路中过压产生不同部位，加入不同保护电路，当达到定电压值时，自动开通保护电路，所以可分为主电路器件保护和负载保护。6.1.1 主电路器件保护 当达到定电压值时，自动开通保护电路，使过压通过保护电路形成通路，消耗过压储存电磁能量，从而使过压能量不会加到主开关器件上，保护了电力电子器件。为了达到保护效果，可以使用阻容保护电路来实现。将电容并联在回路中，当电路中出现电压尖峰电压时，电
34、容两端电压不能突变特性，可以有效地抑制电路中过压。及电容串联电阻能消耗掉部分过压能量，同时抑制电路中电感及电容产生振荡，过电压保护电路如图 6.1.1 所示。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优点而在各种电子信息设备中得到广泛应用伴随着人们对开关电源进一步升级低电压大电流和高效率开关电源成为研究趋势开关电源分为和其中变换已实现模电路主要用于电子电路供电电源也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等降压斩波电路就是直流斩波中最基本一种电路是用作为控型器件降压斩波电路用于直流到直流降压变换是及双极晶体管复合器件它既有易驱动特点又具有功率晶大中功率应用中占据了主导地位所以用作为
35、控型器件降压斩波电路就有了易驱动电压电流容量大优点降压斩波电路由于易驱动电压电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔发展前景也由于开关电源向低电压大电流和高效率发展13/18 图 6.1.1 RC阻容过电压保护电路图 6.1.2 负载过压保护 如图 6.1.1所示 比较器同相端接到负载端，反相端接到一个基准电压上，输出端接控制芯片 10 端，当负载端电压达到一定值，比较器输出 Uom抬高 10 端电位，从而使 10 端上信号为高电平时，PWM 琐存器将立即动作，禁止 SG3525输出，同时，软启动电容将开始放电。如果该高电平持续，软启动电容将充分放电，直到关断信号结束，才重新进入软启动过程，从
36、而实现过压保护。电阻取值，比较器反相端接 5.1V 电源经变位器后为可调基准电压，比较器同相端电压应在 5V以内，取负载输出电压最大值 80V来算 R20/R18=80/3 左右，所以R20=100K，R18=4K，R17=10k，R19=2k。图 6.1.2 负载过压保护 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优点而在各种电子信息设备中得到广泛应用伴随着人们对开关电源进一步升级低电压大电流和高效率开关电源成为研究趋势开关电源分为和其中变换已实现模电路主要用于电子电路供电电源也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等降压斩波电路就是直流斩波中最基本一种电路是用作为控型器件降压
37、斩波电路用于直流到直流降压变换是及双极晶体管复合器件它既有易驱动特点又具有功率晶大中功率应用中占据了主导地位所以用作为控型器件降压斩波电路就有了易驱动电压电流容量大优点降压斩波电路由于易驱动电压电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔发展前景也由于开关电源向低电压大电流和高效率发展14/18 6.2 过流保护电路 当电力电子电路运行不正常或者发生故障时，可能会发生过电流。当器件击穿或短路、触发电路或控制电路发生故障、出现过载、直流侧短路、可逆传动系统产生环流或逆变失败，以及交流电源电压过高或过低、缺相等，均可引起过流。由于电力电子器件电流过载能力相对较差，必须对变换器进行适当过流保护。过流保护
38、方法比较多，比较简单方法是一般采用添加 FU 熔断器来限制电流过大，防止 IGBT破坏和对电路中其他元件保护。如图 1 在主电路串接一个快速熔断丝。还有一种方法如图 6.2 所示，也是利用控制电路芯片第 10 端。在主电路负载端串接一个很小取样电阻，把它接到放大器进行放大，后再利用比较器，运用过压保护原理同样能实现过流保护。电阻取值，一般取样电阻端所获得电压为零点几伏，需要通过放大器把电压放大到几伏左右，由放大器运算公式：Uo=（1+R12/R10）*Ui，取放大 10 倍，即 1+R12/R10=10,所以取 R12=9K，R10=1K。放大后把它接到比较器中比较使得比较器输出端电位升高，及
39、过压保护一样原理，所以 R13=2K，R14=2K，R15=10K，R16=2K。图 6.2 过流保护电路 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优点而在各种电子信息设备中得到广泛应用伴随着人们对开关电源进一步升级低电压大电流和高效率开关电源成为研究趋势开关电源分为和其中变换已实现模电路主要用于电子电路供电电源也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等降压斩波电路就是直流斩波中最基本一种电路是用作为控型器件降压斩波电路用于直流到直流降压变换是及双极晶体管复合器件它既有易驱动特点又具有功率晶大中功率应用中占据了主导地位所以用作为控型器件降压斩波电路就有了易驱动电压电流容量大优点
40、降压斩波电路由于易驱动电压电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔发展前景也由于开关电源向低电压大电流和高效率发展15/18 课程设计总结 直流-直流变流电路功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压直流电，本设计便是通过 IGBT降压斩波电路来实现直流到直流降压变换。使用 IGBT作为全控型器件降压斩波电路就有了 IGBT 易驱动，电压、电流容量大优点。本设计基本完成了设计任务及要求中所需达到各个指标，并包括了控制电路及过流保护和稳压功能，但是鉴于本人知识储备及能力有限，所以仍有许多缺点及不足之处，望请斧正。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优点而在各种电子信息设
41、备中得到广泛应用伴随着人们对开关电源进一步升级低电压大电流和高效率开关电源成为研究趋势开关电源分为和其中变换已实现模电路主要用于电子电路供电电源也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等降压斩波电路就是直流斩波中最基本一种电路是用作为控型器件降压斩波电路用于直流到直流降压变换是及双极晶体管复合器件它既有易驱动特点又具有功率晶大中功率应用中占据了主导地位所以用作为控型器件降压斩波电路就有了易驱动电压电流容量大优点降压斩波电路由于易驱动电压电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔发展前景也由于开关电源向低电压大电流和高效率发展16/18 心得体会 课程设计两周匆匆而过，在前一个星期中，因为有考试，没怎么认
42、真去做课程设计，本以为课程设计不是很难，应该不需要太多时间，但是当我开始时候才值得动手做和想象中是完全不一样。过程中遇到了很多麻烦，多亏了同学们帮助才得以按时完成。通过本次课程设计，我不仅收获了很多知识，而且也锻炼了自己及同学、朋友间交流沟通能力，增强了团队协作意识，学会了理解及帮助。课程设计是我们专业课程知识综合应用实践训练，通过制作课程设计，使我们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优点而在各种电子信息设备中得到广泛应用伴随着人们对开关电源进一步升级低电压大电流和高效率开关电源成为研究趋势开关电源分为和其中变换已实现模电路主要用于电子电路供电电源也可拖动直流电动
43、机或带蓄电池负载等降压斩波电路就是直流斩波中最基本一种电路是用作为控型器件降压斩波电路用于直流到直流降压变换是及双极晶体管复合器件它既有易驱动特点又具有功率晶大中功率应用中占据了主导地位所以用作为控型器件降压斩波电路就有了易驱动电压电流容量大优点降压斩波电路由于易驱动电压电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔发展前景也由于开关电源向低电压大电流和高效率发展17/18 更好更生动地掌握了书本中知识，更启示我们要在以后学习中，更注重实践能力及运用各种工具能力培养。最重要还要感谢我们电力电子技术老师，是他们凭着严谨细致教学精神，一丝不苟认真态度一点一滴浇灌给我们各种专业知识，让我们有能力勇敢去实现
44、我们理想。参考文献 1王兆安、刘进军，电力电子技术第 5 版，机械工业出版社，2009；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优点而在各种电子信息设备中得到广泛应用伴随着人们对开关电源进一步升级低电压大电流和高效率开关电源成为研究趋势开关电源分为和其中变换已实现模电路主要用于电子电路供电电源也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等降压斩波电路就是直流斩波中最基本一种电路是用作为控型器件降压斩波电路用于直流到直流降压变换是及双极晶体管复合器件它既有易驱动特点又具有功率晶大中功率应用中占据了主导地位所以用作为控型器件降压斩波电路就有了易驱动电压电流容量大优点降压斩波电路由于易驱
45、动电压电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔发展前景也由于开关电源向低电压大电流和高效率发展18/18 2尹克宁，电力工程，中国电力出版社；3周克宁，电力电子技术，机械工业出版社；4李 宏，电力电子设备用器件及集成电路应用指南（14 册），机械工业出版社，2001；5王维平，现代电力电子技术及应用，东南大学出版社，1999；6王维平、贾静、方海燕，开关稳压电源原理及设计，人民邮电出版社，2008；7叶斌，电力电子应用技术及装置，铁道出版社，1999；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优点而在各种电子信息设备中得到广泛应用伴随着人们对开关电源进一步升级低电压大电流和高效率开关电源成为研究趋势开关电源分为和其中变换已实现模电路主要用于电子电路供电电源也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等降压斩波电路就是直流斩波中最基本一种电路是用作为控型器件降压斩波电路用于直流到直流降压变换是及双极晶体管复合器件它既有易驱动特点又具有功率晶大中功率应用中占据了主导地位所以用作为控型器件降压斩波电路就有了易驱动电压电流容量大优点降压斩波电路由于易驱动电压电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔发展前景也由于开关电源向低电压大电流和高效率发展