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。

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:图2-1原理图2.2方案二E经导通时，电源，其工作原理是：当该变换器的结构是运用了全控型器件IGBTV Li1 ，同时C维持输出电压恒定并向负载R向供电使其贮能，此时电流为供电。

V关断V Li2 ，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，的能量向负载释放，电流为时，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）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。

图3-1 主电路和电容电压即负载电压基本为也很大，使得电感电流设电路中电感L很大，电容C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Li，负载电压极性的能量向负载释放，电流为供电。

之后使得V关断，基本恒定并向负载R2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。

L两端电压对时间的积分为零，即T内电感稳态时，一个周期（3-1 ）=u=-u。

于是处于断态期间，:；而当V当V处于通态期间，oL（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，（3-4电感电流连续的临界条件：）（3-5）连续模式时的电容值：。

其中纹波电压为，周期为（负载电阻3-6）为输出功率其中根据设计要求，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IGBT驱动电路”的方法去实现对+是全控型器件，这给了我们利用“软件IGBT 由于信号的调制，实现对IGBT通断的控制。

的开通和关断。

通过对PWM 控制框图如下：图3-2 驱动电路控制框图信号。

这里的程序可以通过独立按键很好的调在这里，我利用单片机写程序输出PWM 控制程序如附录1所示。

软件流程图如下整占空比的大小。

PWM图3-3 软件流程图信号的产生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PWM51，我们通单片机。

其工作频率为12MHZ 和输出，我们采用了Atmel公司生产的AT89C51 PWM波。

过定时器中断的方式来输出周期为0.02ms的 3-4 AT89C51芯片模型图这里我们采用三菱公司生为电压驱动型器件，因而需要专用的混合集成驱动器，IGBT M57962驱动模块。

其技术指标如下：产的IGBT模块驱动器。

特点：单管大功率完全兼容，缺省参数也基本相同，可以直M57962M57962的改进型，管脚与接代换。

可按默认值直接使用，也可根据需要调节保护盲区区时间、软关断的速度、故障后再次启动的时间。

一只IGBT (300A/1200V或600A/600V) 应用：可驱动结构图图3-5 M57962 外部接线图图3-6 M57962的原端输入电M57962I/O口的输出信号电压可以达到5V，而驱动模块考虑到单片机输出端M57962的信号输入端13连接。

压要求为5V，因此可以直接将单片机PWM输出口和因此这至18V，，由于IGBT的栅极-漏极开通电压为12V15V5的PWM信号可以被抬升至到模块输出的信号可以控制IGBT的关断。

时从M579623.3保护电路tu或者过缓冲电路又称为吸收电路，其作用是抑制电力电子器件的内因过电压、d/dti电流和d。

/d，减小器件的开关损耗tu抑制电路，用于吸收器件的关断过电压和换相过电压，/d 关断缓冲电路：又称为d tu /dd，减小关断损耗。

抑制titi，减开通缓冲电路：又称为d/d/d抑制电路，用于抑制器件开通时的电流过冲和d 小器件的开通损耗。

ttui很大，并出现很高的过电压。

为了很大，关断时/dd/d在无缓冲电路的情况下，d kΩ，电容仿真取10IGBT防止IGBT被毁坏，我们需要在上加关断缓冲电路。

缓冲电阻取10000uF。

缓冲保护图3-7 IGBT ti很大，我们需要加开通缓冲电路。

晶闸管在实际应用中一般只/d晶闸管开通时的d tu吸/dRC，因此一般采用承受换相过电压，没有关断过电压问题，关断时也没有较大的d 。

0.25uFΩ，电容仿真取500收电路即可。

缓冲电阻取．图3-8 二极管缓冲保护4 仿真控制通过之前电路方案的选择和元件值的计算，我们利用MATLAB软件建立了仿真模型。

图4给出了由IGBT元件组成的升降压斩波电路仿真模型。

图4-1 由IGBT构成的Boost-Buck电路模型负载输出电压仿真结果如下：图4-2（a）占空比为50%时负载的波形此时L=1.9e-4，C=1.2e-4，R=8.33。

图4-2（b）占空比为80%时负载的波形此时L=5.3e-4，C=1.2e-5，R= 133.333。

图4-2（c）占空比为20%时负载的波形此时L=0.333e-4，C=7.68e-4，R= 0.5208333。

当占空比为50%时，此时电路为临界状态，理论输出电压应该为50V, 由图6（a）看出，实际输出电压在47V到53V之间波动，输出电压脉率小于10%，因此输出电压脉率处理合理范围；当占空比为80%，此时电路为升压状态，理论输出电压应该为200V，由图6（b）看出，实际输出电压在180V到200V之间波动，输出电压脉率小于10%，因此输出电压脉率处理合理范围；当占空比为20%，此时电路为降压状态，理论输出电压应该为12.5V，由图6（b）看出，实际输出电压在12.3V到12.6V之间波动，输出电压脉率小于10%，因此输出电压脉率处理合理范围。

5心得体会此次电力电子课程设计，我的任务是绘制保护电路，驱动电路以及使用MATLAB 软件中的Simulink子模块建立升降压斩波电路的仿真模型。

通过仿真计算，我深刻的理解了DC/DC电路中升降压部分的精妙之处，通过仿真计算，对升降压电路的理解更上一层楼。

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。

此次课程设计的实验结果很好的验证了升降压斩波电路的功能特性。

MATLAB是一款高深而有效的工具，在分析升降压斩波电路时发挥了重要作用。

其功能强大，应用广泛，通过仿真取代实物，大大降低了实验成本。

在这次课程设计中，利用Simulink子模块建立升降压斩波电路的仿真模型可以轻松求解所需值，通过输出波形验证了理论的正确性，同时节省了人工计算的难度和实践的成本。

．不是很了解，因此在空这段时间很好的考验了我的学习能力。

由于之前对Simulink论坛向前辈请教Simulink工具的参考资料。

在仿真遇到困难时就去MATLAB闲时间就在看或者直接去向师兄请教，很好的锻炼了自己的能力。

参考文献,2009.[M].机械工业出版社[1] 王兆安，刘进军.电力电子技术,2008. [M].西安电子科技大学出版社王晶，翁国庆. 电力系统的MATLAB-SIMULINK仿真与应用[2].2002.. [J]. 高等教育出版社[3] 陈坚Boost –Modulation for a BuckAmplitude [4] , , . Space Vector PulsewidthVoltage/Current Source Inverter.[J]. .. 2014, 29(1)IEEE Transactions on Power Electronics[5] 陆治军，王强. 一种新型升降压LED驱动电源[M]. 电源技术.2010.12.附录1 程序清单//==========================================#include<reg52.h>unsigned int a, b;//------------------------------------------void main(){TMOD = 0x01; //T0定时方式1TH0 = (65536-200) / 256; //0.2ms @12MHz 每个周期12/（12*1000000）=0.2msTL0 = (65536-200) % 256;TR0 = 1;ET0 = 1;EX0 = 1; EX1 = 1;IT0 = 1; IT1 = 1;EA = 1;a = 0;b = 10;while(1);}//------------------------------------------void time0() interrupt 1{TL0 = (65536-200) % 256;TH0 = (65536-200) / 256; //0.2ms@12MHza++;if(a == 20) a = 0; //在这里调整周期..在这里通过独立按键调整占空比 if(a < b) P1 = 0xff; //else P1= 0x00;P2 = ((b / 10) << 4) + b % 10; //显示占空比等级}//------------------------------------------void X0_INT() interrupt 0 //增加占空比{b++;if(b > 19) b = 19; //占空比等级最大为19 ，增大占空比}//------------------------------------------void X1_INT() interrupt 2 //减小占空比{b--;if(b < 1) b = 1; //占空比等级最小为1.减小占空比}附录2 元件清单元件名型号参数数量1 三菱IGBT CM300HA-12H(E) 300A|600V|1U1驱动模块600V/200A或者三菱的1200V/100A IGBT驱动单片机 51单片机开发板 11 系列二极管1N52001 电感0.232mH1 0.3mH 电感3 可调电阻100 电阻3 10K 电阻可调电阻1 无极性电容电容120uF1 无极性电容250nF 电容1 无极性电容 10000uF 电容1可调直流电源50v直流电源答辩记录、教师现场提的问题记录在此1．。