IGBT升压斩波电路的设计 2要点
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IGBT升压斩波电路 纯电阻负载
IGBT升压斩波电路纯电阻负载IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）升压斩波电路是一种常见的电路拓扑结构，用于提供稳定的直流电源和有效地降低电压波动。
本文将介绍IGBT升压斩波电路在纯电阻负载情况下的原理和应用。
1. 什么是IGBT升压斩波电路IGBT升压斩波电路是一种电源电路，通过使用IGBT和相关的电路元件，将输入电源的电压升高并在输出端提供稳定的电压。
该电路结构常用于工业设备、电子设备和高功率应用中，以提供稳定的电源和防止电压波动对电器设备的影响。
2. IGBT升压斩波电路的工作原理IGBT升压斩波电路由三个主要部分组成：升压变压器、整流电路和滤波电路。
2.1 升压变压器升压变压器是IGBT升压斩波电路的关键组件之一。
其作用是将输入电压升高，并提供给下游的整流电路。
升压变压器通常由一个初级线圈和一个次级线圈组成。
当输入电压施加在初级线圈上时，次级线圈将输出更高的电压。
2.2 整流电路整流电路的作用是将升压变压器输出的交流电压转换为直流电压。
常用的整流电路包括整流二极管桥等。
整流二极管桥将交流电压转化为脉冲状的直流电压，并通过滤波电路进行平滑。
2.3 滤波电路滤波电路用于去除直流电压中的纹波。
在IGBT升压斩波电路中，常使用电容器和电感器构成的滤波器。
电容器将纹波电压平滑为稳定的直流电压，而电感器则有助于消除高频噪声。
3. IGBT升压斩波电路在纯电阻负载下的应用IGBT升压斩波电路在纯电阻负载下的应用广泛，尤其在一些对电源稳定性要求较高的场合。
下面介绍几个典型的应用案例：3.1 电力系统稳定性改善IGBT升压斩波电路在电力系统中被广泛应用，特别是在电力输配电领域。
通过使用该电路，可以提供稳定的直流电源，减少电压波动对电力系统的影响。
这对于保证电力系统的稳定性和负载的正常运行至关重要。
3.2 电子设备稳压电源在一些对电压稳定性要求高的电子设备中，IGBT升压斩波电路可用于提供稳定的电源电压。
IGBT升压斩波电路设计
目录1 引言 (4)2 方案设计 (5)2.1 升压斩波电路原理 (5)2.2 工作原理 (6)2.3 参数计算 (7)3 分单元电路设计 (9)3.1 控制电路设计 (9)3.1.1 控制电路方案的选择 (9)3.1.2 SG3525的工作原理 (10)3.2 驱动电路设计 (10)3.3 保护电路设计 (11)4 总电路图 (13)5 课程设计总结 (14)6 参考文献 (15)1 引言电力电子技术(Power Electronics)也称为电力电子学。
利用电力电子开关器件组成电力开关电路，利用晶体管集成电路和微处理器构成信号处理和控制系统，对电力开关电路进行实时、适式的控制，可以经济有效地实现开关模式的电力变换和电力控制，包括电压（电流）的大小、频率、相位和波形的变换和控制。
是综合了电子技术、控制技术和电力技术的新兴交叉学科。
现已成为现代电气工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课，在培养该专业人才中占有重要地位。
直流变直流是电力电子技术中变流技术的重要部分，广泛应用于电子领域。
直流-直流变流电路的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。
直接直流变流电路也称斩波电路，它的功能就是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。
本课程设计就是其中的一种斩波电路，即升压斩波电路。
本课程设计采用IGBT全控型器件，采用专用PWM控制集成电路SG3525进行驱动，并利用MATLAB的Power System工具箱进行主电路的仿真实验，满足了设计要求，是一次比较成功的设计。
2 方案设计图1 系统总体框图斩波电路一般主要可分为主电路模块，控制电路模块和驱动电路模块三部分组成。
其中，主电路模块主要由电源变压器、整流电路、滤波电路和直流斩波电路组成，其中主要由全控器件IGBT 的开通与关断的时间占空比来决定输出电压Uo 的大小。
控制与驱动电路模块：用直接产生PWM 的专用芯片SG3525产生PWM 信号送给驱动电路，经驱动电路来控制IGBT 的开通与关断。
IGBT升降压斩波电路设计
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 (2)1 设计任务要求 (2)1.1 设计任务 21.2 设计要求 2 2方案选择 (2)2.1方案一 22.2方案二 23 电路设计 (2)3.1 主电路设计 23.2 驱动电路设计 23.3保护电路 24 仿真控制 (2)5心得体会 (2)参考文献 (2)附录1 程序清单 (2)附录2 元件清单 (2)答辩记录 (2)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。
IGBT升压斩波电路的设计-2
1 设计要求与方案设计要求=50V，输出功率P=300W ，利用IGBT设计一个升压斩波电路。
输入直流电压Ud开关频率为5KHz，占空比10%到50%，输出电压脉率小于10%。
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U斩波电压输出。
I G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。
o n o f f 0o f f o f f t t T U E Et t+=＝T offt =βE -11E 1U 0αβ==off t T "原理分析：首先假设电感L 值很大，电容C 值也很大。
当I G 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ou为恒值，记为o U 。
设V 处于通态的时间为o n t ，此阶段电感L 上积储的能量为1o n E I t 。
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。
IGBT控制的直流斩波电路设计
输出脉冲的宽度是通过电容CT上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比较来实现。功率输出管Q1和Q2受控于或非门。当双稳触发器的时钟信号为低电平时才会被选通，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。当控制信号增大，输出脉冲的宽度将减小。
控制信号由集成电路外部输入，一路送至死区时间比较器，一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有120mV的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波周期的4%，当输出端接地，最大输出占空比为96%，而输出端接参考电平时，占空比为48%。当把死区时间控制输入端接上固定的电压（范围在0—3.3V之间）即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。
脉冲宽度调制比较器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个手段：当反馈电压从0.5V变化到3.5时，输出的脉冲宽度从被死区确定的最大导通百分比时间中下降到零。两个误差放大器具有从-0.3V到（Vcc-2.0）的共模输入范围，这可能从电源的输出电压和电流察觉得到。误差放大器的输出端常处于高电平，它与脉冲宽度调制器的反相输入端进行“或”运算，正是这种电路结构，放大器只需最小的输出即可支配控制回路。当比较器CT放电，一个正脉冲出现在死区比较器的输出端，受脉冲约束的双稳触发器进行计时，同时停止输出管Q1和Q2的工作。若输出控制端连接到参考电压源，那么调制脉冲交替输出至两个输出晶体管，输出频率等于脉冲振荡器的一半。如果工作于单端状态，且最大占空比小于50%时，输出驱动信号分别从晶体管Q1或Q2取得。输出变压器一个反馈绕组及二极管提供反馈电压。在单端工作模式下，当需要更高的驱动电流输出，亦可将Q1和Q2并联使用，这时，需将输出模式控制脚接地以关闭双稳触发器。这种状态下，输出的脉冲频率将等于振荡器的频率。TL494内置一个5.0V的基准电压源，使用外置偏置电路时，可提供高达10mA的负载电流，在典型的0—70℃温度范围50mV温漂条件下，该基准电压源能提供±5%的精确度。
控制信号由集成电路外部输入，一路送至死区时间比较器，一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有120mV的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波周期的4%，当输出端接地，最大输出占空比为96%，而输出端接参考电平时，占空比为48%。当把死区时间控制输入端接上固定的电压（范围在0—3.3V之间）即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。
脉冲宽度调制比较器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个手段：当反馈电压从0.5V变化到3.5时，输出的脉冲宽度从被死区确定的最大导通百分比时间中下降到零。两个误差放大器具有从-0.3V到（Vcc-2.0）的共模输入范围，这可能从电源的输出电压和电流察觉得到。误差放大器的输出端常处于高电平，它与脉冲宽度调制器的反相输入端进行“或”运算，正是这种电路结构，放大器只需最小的输出即可支配控制回路。当比较器CT放电，一个正脉冲出现在死区比较器的输出端，受脉冲约束的双稳触发器进行计时，同时停止输出管Q1和Q2的工作。若输出控制端连接到参考电压源，那么调制脉冲交替输出至两个输出晶体管，输出频率等于脉冲振荡器的一半。如果工作于单端状态，且最大占空比小于50%时，输出驱动信号分别从晶体管Q1或Q2取得。输出变压器一个反馈绕组及二极管提供反馈电压。在单端工作模式下，当需要更高的驱动电流输出，亦可将Q1和Q2并联使用，这时，需将输出模式控制脚接地以关闭双稳触发器。这种状态下，输出的脉冲频率将等于振荡器的频率。TL494内置一个5.0V的基准电压源，使用外置偏置电路时，可提供高达10mA的负载电流，在典型的0—70℃温度范围50mV温漂条件下，该基准电压源能提供±5%的精确度。
IGBT直流升压斩波电
双侧都有电源。其提供的脉冲宽度不受限制，较易检测 IGBT的电压和电流的状态，对外送出过流信号。另外它
使用比较方便，稳定性比较好。如下图所示，控制电路
所输出的PWM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，从而把输出的控制信号放大 以驱动IGBT。为得到最佳的波形，在调试的过程中对光 耦两端的电阻要进行合理分配。
触发脉冲、IGBT、电阻、电感、电容以及电流 表、电压表、示波器等部分组成。采用MATLAB 面向电气原理结构图方法构成的IGBT升压斩波 电路模型如下图所示。
由仿真得到的波形可以看出在输入直流电压为
50V时，当占空比 α =30%时，理论上输出电压为 71.4V，分析知误差为2.66%。由功率P0=
U0×I0知P0=69.5×4.27=296.765w，误差为
1.08%。符合要求输入直流电压Ud=50V，占空比
10%到50%，开关频率为5KHz，输出功率P=300W，
输出电压脉率<10%的基本要求。
u0= (T/ toff )E=(1/1-α)E 由于 α<1, 故 u0 > E
本次设计中，控制电路以SG3525为核心构成。 SG3525
的脚16 为基准电压源输出，并设有过流保护电路。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
的电阻电容电路共同构成SG3525 的振荡器，同时振荡器还 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
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%
IGBT升压斩波电路设计
IGBT升压斩波电路设计引言在工业、能源和交通等领域中，高稳定性的直流电源得到广泛应用。
而升压斩波电路是一种常见的直流电源升压技术，在短时间内将直流电压升高到所需电压水平，同时保证电路稳定性和高效性。
因此，设计一种合理可行的IGBT升压斩波电路对于实际应用有非常重要的意义。
1.升压斩波电路原理升压斩波电路是通过改变输入电流的波形来实现电压的升高，使电压高于输入电压。
其实现原理是利用三极管的导通与截止控制，将电压进行放大、升压和限流的过程。
具体原理如下：1.在升压周期内，当输入电压低于输出电压，将三极管S1导通，使电感L储存能量。
2.当电压达到一定值时，开关S1关闭，而三极管S2导通，以使储存在电感L中的能量释放，从而产生高电压。
3.在降压周期内，当输入电压高于输出电压时，电感L将存储电流，而电容C通过三极管S2连接会被放电，以使电路中的电流保持稳定。
4.当电压下降到一定程度后，开关S2关闭，而三极管S1导通，使剩余能量继续储存于电感L中，以进行下一次升压。
2.IGBT升压斩波电路设计在设计IGBT升压斩波电路之前，需要考虑一些参数和特性，如输出电压、电流、升压斜率、升压率、升压时间、谐振频率、效率和稳定性等因素。
在设计过程中，需要根据实际需求进行合理参数选择和参数调整，针对性优化设计，以达到最佳的工作效果。
2.1 设计参数选择在设计IGBT升压斩波电路时，首先需要考虑输出电压和电流的大小，以确定升压斩波电路的类型和参数。
在选择输出电压和电流时，需要考虑实际应用环境中所需的电压范围和电流稳定性，选择合适的交流输入电压和电容参数。
此外，根据所选择的参数，还需要适当调整升压斜率、升压率和升压时间等因素，以提高效率和稳定性。
2.2 升压斩波电路拓扑结构设计针对不同的电压和电流要求，升压斩波电路有多种不同的拓扑结构，如单臂斩波、全桥斩波、半桥斩波和反平衡斩波等。
在选择拓扑结构时，需要考虑它们的优缺点和适用规律，确定最佳的设计方案。
igbt升压斩波电路课程设计
igbt升压斩波电路课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解IGBT的基本结构、工作原理及其在电力电子设备中的应用。
2. 学生能够描述升压斩波电路的原理，并掌握其关键参数的计算方法。
3. 学生能够解释IGBT升压斩波电路在不同应用场景中的优势及限制。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，设计简单的IGBT升压斩波电路，并进行仿真分析。
2. 学生能够通过实验操作，验证升压斩波电路的性能，并掌握实验数据的处理方法。
3. 学生能够运用相关软件（如Multisim、LTspice等）对IGBT升压斩波电路进行设计与优化。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对电力电子技术领域的兴趣，提高学习主动性和积极性。
2. 学生通过团队合作，培养沟通、协作能力，增强集体荣誉感。
3. 学生在学习过程中，认识到电力电子技术在实际应用中的重要性，增强社会责任感。
课程性质：本课程为高年级电子技术专业课程，具有较强的理论性和实践性。
学生特点：学生具备一定的电子技术基础，具有较强的学习能力和动手能力。
教学要求：结合课程性质、学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力，培养学生解决实际问题的能力。
通过课程目标分解，使学生在掌握知识、技能的同时，培养良好的情感态度价值观。
二、教学内容1. 理论知识：- IGBT的基本结构、工作原理及特性参数- 升压斩波电路的原理及分类- IGBT升压斩波电路的设计方法及关键参数计算- IGBT升压斩波电路在不同应用场景的分析2. 实践操作：- 使用Multisim、LTspice等软件进行IGBT升压斩波电路设计与仿真- 实验室搭建IGBT升压斩波电路，进行性能测试与数据分析- 针对实际应用案例，进行电路优化与调试3. 教学大纲：- 第一周：介绍IGBT的基本结构、工作原理及特性参数，讲解升压斩波电路的原理及分类- 第二周：深入学习IGBT升压斩波电路的设计方法，进行关键参数计算- 第三周：分析不同应用场景下的IGBT升压斩波电路，并进行实践操作- 第四周：总结课程内容，进行电路设计与优化，开展实验成果交流教材关联：教学内容与《电力电子技术》教材中第四章“IGBT及其应用”和第五章“升压斩波电路”相关章节紧密关联，确保教学内容与课本相符。
IGBT升降压斩波电路设计
电力电子技术课程设计报告课题名称升降压斩波电路设计IGBT专业班级学号学生姓名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，因此其使用范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。
关键词全控型； IGBT升降压；直流斩波；：目录目录 (1)1 设计任务要求 (1)1.1 设计任务 1 1.2 设计要求22方案选择 (2)2.1方案一22.2方案二 23 电路设计 (3)3.1 主电路设计3 3.2 驱动电路设计33.3保护电路 44 仿真控制 (5)5心得体会 (5)参考文献 (6)附录1 程序清单 (6)附录2 元件清单 (7)答辩记录 (7)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%10%输出电压脉率：小于 (5)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。
IGBT控制的直流斩波电路设计
输出脉冲的宽度是通过电容CT上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比较来实现。功率输出管Q1和Q2受控于或非门。当双稳触发器的时钟信号为低电平时才会被选通，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。当控制信号增大，输出脉冲的宽度将减小。
控制信号由集成电路外部输入，一路送至死区时间比较器，一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有120mV的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波周期的4%，当输出端接地，最大输出占空比为96%，而输出端接参考电平时，占空比为48%。当把死区时间控制输入端接上固定的电压（范围在0—3.3V之间）即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。
过电流保护：回路线圈用于整流输出端直流侧过电流保护。它限制电流的上升率。线圈中的自感电动势总是与线圈中的电流变化抗，线圈对电流有阻碍作用。采用了电抗器，在发生短路时，电抗器上的电压降较大，所以也起到了维持母线电压水平的作用，使母线上的电压波动较小，保证了非故障线路上的用户电气设备运行的稳定性。
4 PWM控制电路
由公式Ea=Ceфn
额定电枢电流Ia=IN-If
Ea=U-IaRa
CEф=EN/nN=UN-INRa/nN=220-55×√5/1000=0.097
Ia=55-1.6=53.4A
n=U-IaRa/CEфn 150r/min<n<1500r/min
U=nCEф+IaRa
133.85V < U< 264.8<220× 1.6=352V
K=Ton/T
IlBmax=TUd/8L
⊿Vo=⊿Q/C=⊿ILT/8C
U1=kU2
当K=0.5时最大，
4ILBmaxK(1-k)=ILB=55A
ILBmax=55/k(1-k)4=55
控制信号由集成电路外部输入，一路送至死区时间比较器，一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有120mV的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波周期的4%，当输出端接地，最大输出占空比为96%，而输出端接参考电平时，占空比为48%。当把死区时间控制输入端接上固定的电压（范围在0—3.3V之间）即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。
过电流保护：回路线圈用于整流输出端直流侧过电流保护。它限制电流的上升率。线圈中的自感电动势总是与线圈中的电流变化抗，线圈对电流有阻碍作用。采用了电抗器，在发生短路时，电抗器上的电压降较大，所以也起到了维持母线电压水平的作用，使母线上的电压波动较小，保证了非故障线路上的用户电气设备运行的稳定性。
4 PWM控制电路
由公式Ea=Ceфn
额定电枢电流Ia=IN-If
Ea=U-IaRa
CEф=EN/nN=UN-INRa/nN=220-55×√5/1000=0.097
Ia=55-1.6=53.4A
n=U-IaRa/CEфn 150r/min<n<1500r/min
U=nCEф+IaRa
133.85V < U< 264.8<220× 1.6=352V
K=Ton/T
IlBmax=TUd/8L
⊿Vo=⊿Q/C=⊿ILT/8C
U1=kU2
当K=0.5时最大，
4ILBmaxK(1-k)=ILB=55A
ILBmax=55/k(1-k)4=55
IGBT升降压斩波电路设计
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姓名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，因此其使用范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21.2 设计要求2 2方案选择 (3)2.1方案一32.2方案二33 电路设计 (5)3.1 主电路设计53.2 驱动电路设计63.3保护电路84 仿真控制 (9)5心得体会 (11)参考文献 (12)附录1 程序清单 (13)附录2 元件清单 (14)答辩记录 (15)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。
电力电子技术IGBT升压斩波电路设计(纯电阻负载)
电力电子技术IGBT升压斩波电路设计（纯电阻负载）一、背景介绍IGBT斩波电路属于半导体功率电路，它可以有效地改善电源质量和降低工作噪声，是实现电源线路质量优化的重要途径之一。
IGBT升压斩波，常被用于电力电子领域，包括变频器、逆变器、直流能量调整等，已得到广泛的应用。
在电力电子技术中，IGBT斩波电路是一种简单有效的线性电子电源，它可以提供稳定、可靠的输出电压，并能够有效地抑制电压衰减；它还具有良好的谐波抑制效果，以改善主输出电压的质量。
二、IGBT升压斩波电路设计原理IGBT升压斩波电路是将IGBT信号驱动电路连接在高压蓄电池上，形成一个斩波电源，结合升压电路。
该斩波电源可以以恒定的斩波深度将电压变换为所需的输出电压。
IGBT升压斩波电路的设计原理如下：（1）驱动电路：设计一个好的驱动电路是IGBT升压斩波电路设计的重要环节，它可以使IGBT管更有效地工作，其构成要素有IGBT管，中间击穿双极管、分流电阻、抗衡电容以及控制电路。
（2）斩波电路：斩波电路是IGBT升压斩波电路的核心部分，它可以有效地减少工作噪声，它的主要构成要素有IGBT管、串联双极管、击穿双极管以及斩波抗衡电容。
IGBT管工作在斩波模式，可以形成击穿的斩波脉冲，这可以有效地保持电源的高效率，改善输出质量。
（3）升压电路：IGBT升压斩波电路中主要部件是功率IGBT和升压转换器，升压电路有效地将输入低压升压到所需的输出电压，它的结构一般为开关型异步变压器，由一组变压线圈和一组导通导线组成，通过反馈可以实现升压自动调节。
（2）斩波电路设计原理：斩波电路是IGBT升压斩波电路的核心部分，其设计的基本原理是：在高压蓄电池的负端构建一个斩波环路，通过将一个可变的高频电流引入该环路，使得电感电流可以迅速切换，并且有效地形成脉冲放电，从而形成不断变化的脉冲，从而获得所需的输出电压。
控制电路中要添加有效的斩波电容，以获得所需的斩波电流；另外，对电路中的双极管进行选择，以达到有效的电路极化和阴极放电。
IGBT升降压斩波电路设计完整版
I G B T升降压斩波电路设计Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】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姓名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，因此其使用范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1 设计任务要求设计任务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%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。
升压斩波电路原理
升压斩波电路原理
升压斩波电路(Boost Chopper)设计 1.直流升压斩波电路一共分为三个部分电路块:分为主电路模块，控制电路模块和驱动控制模块。
其中主电路模块，主要由全控器件IGBT的开通与关断的时间占空比来决定输出电压u的大小;而其控制电路模块，可用SG3525来控制IGBTo
的开通与关断。
其驱动电路模块，用来驱动IGBT。
2.升压斩波主电路的工作原理:
图1.1升压斩波电路图
电路的基本工作原理:
图1.1中假设L值、C值很大，V通时，E向L充电，充电电流恒为I，同时C 的电压向负载R供电，因C值很大，输1
出电压u为恒值，记为U。
设V通的时间为t，此阶段L上ooon积蓄的能量为EIt 1on
V断时，E和L共同向C充电并向负载R供电。
设V断的时
，，U,EIto1off间为t，则此期间电感L释放能量为。
当电路工作off
于稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等，即
，，EIt,U,EIt 1ono1off
化简得:
t，tTonoffU,E,Eo (1) ttoffoff
(1)
，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。
T/t,1off
也称之为boost变换器。
升压比，调节其即可改变输出电压T/toff
toffU。
将升压比的倒数记作，即。
和导通占空比有如,,oT
下关系:
,，,,1 (2)
因此，式(1)可表示为
11,,UEE (3) o,1,,
升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因:储能之后具L有使电压泵升的作用; 电容C可将输出电压保持住。
1。
IGBT升压斩波电路设计
目录１引言...........................................................................．4 2 方案设计. (5)2.１升压斩波电路原理 (5)2．2 工作原理…………………………………………………………………．.62.3 参数计算……………………………………………………………………７3 分单元电路设计 (9)３.1 控制电路设计 (9)3．１.1 控制电路方案的选择…………………………………………………………….．9 3．1.2 SG352５的工作原理……………………………………………………………．.10 3.2 驱动电路设计…………………………………………………………….１0 3．3 保护电路设计…………………………………………………………….１１４总电路图…………………………………………………………．135 课程设计总结…………………………………………………….1４6 参考文献 (15)1 引言电力电子技术(Ｐoｗｅr Eｌeｃtｒonics)也称为电力电子学。
利用电力电子开关器件组成电力开关电路,利用晶体管集成电路和微处理器构成信号处理和控制系统,对电力开关电路进行实时、适式的控制，可以经济有效地实现开关模式的电力变换和电力控制，包括电压(电流）的大小、频率、相位和波形的变换和控制。
是综合了电子技术、控制技术和电力技术的新兴交叉学科。
现已成为现代电气工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课,在培养该专业人才中占有重要地位。
直流变直流是电力电子技术中变流技术的重要部分，广泛应用于电子领域。
直流-直流变流电路的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电,包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。
直接直流变流电路也称斩波电路，它的功能就是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。
本课程设计就是其中的一种斩波电路，即升压斩波电路。
IGBT升压斩波电路设计 纯电阻负载
IGBT升压斩波电路设计纯电阻负载igbt升压斩波电路设计纯电阻负载igbt升压斩波电路设计(纯电阻负载)第一章绪论............................................................................ . (2)1.1电力电子技术的介绍 (2)1.2电力电子技术的应用领域 (2)1.3电力电子技术中的直流变化技术 (3)第二章系统总体方案及主电路设计 (3)2.1设计题目igbt升压斩波电路设计（纯电阻负载） (3)2.2系统的方案及其流程图 (3)2.3主电路的设计............................................................................ (4)2.4参数的排序............................................................................ (5)第三章控制和驱动电路的设计 (7)3.1控制电路设计............................................................................ . (7)3.1.1控制电路方案选择 (7)3.1.2sg3525的工作原理 (9)3.2驱动电路设计............................................................................ (9)3.3维护电路设计............................................................................ .10第四章系统仿真与分析 (11)4.1仿真软件matlab概述 (11)4.2仿真模型的建立 (11)4.3系统仿真结果及分析 (13)4.3.1仿真结果 (13)4.3.2仿真结果分析 (13)致谢............................................................................ .. (15)参考文献............................................................................ .. (16)第一章绪论1.1电力电子技术的了解电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，gto，igbt等）对电能进行变换和控制的技术。
基于IGBT的升压斩波技术
基于IGBT的升压斩波技术电力电子技术通常被认为是应用于电力领域的电子技术。
电子技术包括信息电子技术和电力电子技术的两个主要分支。
一般来说，模拟电子技术和数字电子技术属于信息电子技术。
电源转换器它可以分为四类：AC-AC，DC-AC，DC-DC 和AC。
可变DC（AC-DC）。
交流转换器称为整流器，直流转换器称为逆变器。
本文介绍了直流到直流电源的转换所研究的变换是指电压或电流之间的变换，即从一个DC电压或电流到另一个DC电压或电流[1]。
本文的内容是升压斩波电路及其仿真的实现，采用的是IGBT全控型器件，利用AT89C52做驱动电路，基于Matlab/Simulink，搭建的主电路做出仿真模型并仿真。
标签：电力电子技术；升压斩波电路；IGBT；Matlab；Simulink1.1设计概述根据要求，设计电路图如图1.1.1所示图1.1.1 IGBT升压斩波电路电路图1.2原理分析首先，假设电路的电容的值和电感的值非常大，此时如果可控开关处于接通状态时，电源对电感器充电。
充电基本上恒定为I1，并且电容器上的电压向负载供电。
由于高电容值，输出电压U0基本上保持恒定值为U0。
设可控开关为导通状态，与此同时此阶段累积在电感上的能量为EI1ton。
当可控开关处于中断状态时，电压和电感一起对电容器充电并向负载提供能量。
令可控开关处于toff 的断开状态，然后在此期间由电感释放的能量它是（U0 - E）I1toff，当电路工作在稳定状态时，电感器在一个周期T中累积的能量等于释放的能量，即：EI1ton =（U0 - E）I1toff （1-2-1）化简得Uo = E（ton+toff）/toff = ET/toff （1-2-2）可以看出式中，T 除以toff 大于等于1，得到的输出结果电压高于电源电压，故该电路的设计实现了当时的预期功能，为升压斩波电路。
其中T / toff表示升压比，升压比是一个大于等于1的数，其值可以改变，即可改变输出电压U0的大小，这是升压斩波电路可以使输出电压高于电源电压的两个关键原因，第一是电感可以使输出电压高于电源电压从而实现了电压泵升功能，第二电容可以保持输出电压的一段时间稳定性，在上述分析中认为可控开关由于电容而处于导通状态，C的作用使输出电压U0不变，但事实上可以证明C的值不可能是无穷大，在这个阶段，当它向负载放电时，U0的改变是不可避免的，实际输出电压将略低于（1-2-2）计算结果。
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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。
主电路驱动电路电源触发电路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U 0斩波电压输出。
I G 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I G 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ou 为恒值，记为oU。
设V 处于通态的时间为o nt，此阶段电感L 上积储的能量为1o n E I t 。
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o t ，则在此期间电感L 释放的能量为01()o f f U E It 。
当电路工作于稳态时，一个周期T 中电感L 积储的o n o f f 0o f f o f ft t T U E E t t +=＝T offt =βE -11E 1U 0αβ==off t T 能量于释放的能量相等，即101()o n o f f E I t U E I t =- (2-1)化简得 (2-2)上式中的off /1T t ≥，输出电压高于电源电压。
式（2-1）中o ff /T t 为升压比，调节其大小即可改变输出电压o U 的大小。
——升压比，调节其即可改变0U 。
将升压比的倒数记作β，即 和导通占空比，有如下关系：1=+βα(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U2，光耦后通过驱动电路对信号进行放大。
放大后的电压可以直接驱动IGBT。
此电路具有信号稳定，安全可靠等优点。
因此他适用于中小容量的PWM斩波电路。
2.4 驱动电路设计2.4.1 驱动电路原理图IGBT是电力电子器件，控制电路产生的控制信号一般难以以直接驱动IGBT。
因此需要信号放大的电路。
另外直流斩波电路会产生很大的电磁干扰，会影响控制电路的正常工作，甚至导致电力电子器件的损坏。
因而还设计中还学要有带电器隔离的部分。
具体来讲IGBT的驱动要求有一下几点：1）动态驱动能力强，能为IGBT栅极提供具有陡峭前后沿的驱动脉冲。
否则IGBT会在开通及关延时，同时要保证当IGBT损坏时驱动电路中的其他元件不会被损坏。
2）能向IGBT提供适当的正向和反向栅压，一般取+15 V左右的正向栅压比较恰当，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的软关断。
驱动电路的软关断过程不应随输入信号的消失而受到影响。
这里，我是使用了EXB841集成电路作为IGBT的驱动电路。
EXB841芯片具有单电源、正负偏压、过流检测、保护、软关断等主要特性，是一种比较典型的驱动电路。
当EXB841输人端脚14和脚15有10m A的电流流过时，光祸ISO1导通，A点电位迅速下降至0 V,V1和V2截止;V2截止使D点电位上升至20 V,V4导通，V5截止，EXB841通过V4及栅极电阻Rg向一个IGBT提供电流使之迅速导通。
控制电路使EXB841输入端脚14和脚15无电流流过，光藕ISO1不通，A 点电位上升使V1和V2导通;V2导通使V4截止、V5导通，IGBT栅极电荷通过V5迅速放电，使EXB841的脚3电位迅速下降至0V(相对于EXB841脚1低5 V)，使IGBT可靠关断。
设IGBT已正常导通，则V1和V2截止，V4导通，V5截止，B点和C点电位稳定在8V左右，Vzi不被击穿，V3截止，E点电位保持为20 V，二极管VD6截止。
若此时发生短路，IGBT承受大电流而退饱和，u ce上升很多，二极管VD7截止，则EXB841的脚6"悬空”,B点和C点电位开始由8V上升;当上升至13V时，VZ，被击穿，V3导通，C4通过R，和V3放电，E点电位逐步下降，二极管VU6导通时D点电位也逐步下降，使EXB 841的脚3电位也逐步下降，缓慢关断IGBT。
对于EXB841，它本身存在一些不足之处。
例如过流保护阈值过高，保护存在盲区，软关断保护不可靠，负偏压不足，过流保护五自锁功能等。
为此，对驱动电路进行了一些优化，还增加了故障信号封锁电路。
这些主要都是为了加强对电路的保护，属于保护电路的范畴。
驱动电路原理图如图4所示。
图4 驱动电路原理图2.4.2 驱动保护电路分析保护电路主要是依靠EXB841及其相配合的故障信号封锁电路。
下面便来做具体分析。
驱动电路中VZ5起保护作用，避免EXB841的6脚承受过电压，通过VD1检测是否过电流，接VZ3的目的是为了改变EXB模块过流保护起控点，以降低过高的保护阀值从而解决过流保护阀值太高的问题。
R1和C1及VZ4接在+20 V电源上保证稳定的电压。
VZ1和VZ2避免栅极和射极出现过电压，电阻Rge是防止IGBT 误导通。
针对 EXB841存在保护盲区的问题，可如图4所示将EXB841的6脚的超快速恢复二极管VDI换为导通压降大一点的超快速恢复二极管或反向串联一个稳压二极管，也可采取对每个脉冲限制最小脉宽进行封锁，从而保证软关断的顺利进行。
该电路解决了EXB841存在的过电流保护无自锁功能这一问题。
针对EXB841软关断保护不可靠的问题，可以在EXB841的5脚和4脚间接一个可变电阻，4脚和地之间接一个电容，都是用来调节关断时间，保证软关断的可靠性。
针对负偏压不足的问题，可以考虑提高负偏压。
一般采用的负偏压是-5V，可以采用-8V的负偏压(当然负偏压的选择受到IGBT栅射极之间反向最大耐压的限制)。
图4下半部分所示为3故障信号的封锁电路。
当IGBT正常工作时EXB841的5脚是高电平，此时光耦6N137截止，其6脚为高电平，从而V1导通，于是电容C6不充电，NE555 P的3脚输出为高电平，输人信号被接到15脚，EXB841正常工作驱动IGBT。
当EXB841检测到过电流时EXB841的5脚变为低电平，于是光耦导通使V1截止，+5V电压经凡和R4对几充电，R5和R，的总阻值为90KΩ,C6为100pF，经过5 us后NE555P的3脚输出为低电平，通过与门将输人信号封锁。
因为EXB84从检测到IGBT过电流到对其软关断结束要10 ms，此电路延迟5us，工作是因为EXB841检测到过电流到EXB841的5脚信号为低电平需要5 us，这样经过NE555 P定时器延迟5 ms使IGBT软关断后再停止输人信号，避免立即停止输人信号造成硬关断。
3 参数计算、电路设计及波形分析3.1 参数选择和计算根据设计要求，我选择选大小为50V 的直流电压源，选取升压斩波电路的占空比为10%-50%。
因此，输出电压55-100V ，输出功率2o o U P R =。
又因为要求输出功率为300W ，可计算出负载电阻。
电压控制电压源和脉冲电压源可组成IGBT 功率开关的驱动电路。
在控制开关开通期间o n t ，电流从电源正极流出，经过电感从开关流回电源负极。
电容C 向R 供电，输出电压oU上正下负。
电源电压U 全部加到电感两端L i u U =，在该电压作用下，电感电流线性增长。
在导通之间内，电感电流增量为：0o nt ii i L o n U U U i d t t T L L L ρ+∆===⎰① 在控制开关关断期间o t ，经二极管流出，电感电压极性将变成左负右正，认为电感很大，不变。
这样，电源和电感同时给电容C 和负载R 供电，负载两端电压仍是上正下负。
电感电压0L i o u U U =-<，电感电流线性减小。