BUCKDCDC电路得设计

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1、设计题目：降压斩波电路设计专业班级：电气工程及其自动化本科1班学号：2姓名：指导教师：设计时间:2011/5/32011/5/13设计地点:K2电力电子实验室电力电子课程设计成绩评定表姓名朱波学号2课程设计题目：课程设计答辩或质疑记录：1、电压型逆变电路有什么特点?（1）直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动（2）输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同（3）阻感负载时需提供无功。为了给交流侧向直流侧反馈得无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管2、在选择IGBT时应注意什么？在选择IGBT模块时,应考虑器件耐压电流2个参数确定。在器件耐压电流参数确定时，首先根据IGBT模块工作

2、在交流电网通过单相或三相整流后得直流母线电压下通常模块工作电压（600V、1200V、1700V分为3个电压等级）均对应于常用电网电压等级。考虑到因过载、电压波动、开关过程引起得电压尖峰等因素，通常电力电子设备选择IGBT器件耐压都就是直流母线得1倍。成绩评定依据：课程设计考勤情况（20%）:课程设计答辩情况（30%）:完成设计任务及报告规范性（50%）:最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字:2011年5月20日电力电子课程设计课程设计任务书学生姓名：专业班级：电气工程及其自动化指导教师：工作部门：电气学院电气自动化教研室一、课程设计题目：降压斩波电路设计二、课程设计内容

3、1、根据具体设计课题得技术指标与给定条件，能独立而正确地进行方案论证与电路设计要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整；2、学会查阅有关参考资料与手册，并能正确选择有关元器件与参数；3、编写设计说明书，参考毕业设计论文格式撰写设计报告（5000字以上）。注：详细要求与技术指标见附录。三、进度安排1.时间安排序号内容学时安排（天）1方案论证与系统设计12主电路设计13保护电路设计14驱动电路设计15设计答辩1合计5设计指导答辩地点：电力电子室2.执行要求电力电子课程设计共9个选题,每组不得超过6人，要求学生在教师得指导下，独力完成所设计得系统主电路、控制电路等详细得设计（包括计算与器件选型）。

4、严禁抄袭，严禁两篇设计报告基本相同，甚至完全一样。四、基本要求参考毕业设计论文要求得格式书写，所有得内容一律打印；(2)报告内容包括设计过程、电路元件参数得计算、系统仿真结果及分析要有完整得主电路原理图与控制电路原理图；(4)列出主电路所用元器件得明细表。(5)参考文献五、课程设计考核办法与成绩评定根据过程、报告、答辩等确定设计成绩，成绩分优、良、中、及格、不及格五等。评定项目基本内涵分值设计过程考勤、自行设计、按进度完成任务等情况20分设计报告完成设计任务、报告规范性等情况50分答辩回答问题情况30分90100分：优;8089分：良;7079分：中;6069分，及格;60分以下：/、及格六、

5、课程设计参考资料1王兆安，黄俊、电力电子技术(第四版)、北京：机械工业出版社，20012王文郁、电力电子技术应用电路、北京：机械工业出版社，20013李宏、电力电子设备用器件与集成电路应用指南、北京：机械工业出版社,20014石玉、栗书贤、王文郁、电力电子技术题例与电路设计指导、北京：机械工业出版社,19995赵同贺等、新型开关电源典型电路设计与应用、北京：机械工业出版社,2010指导教师：南光群、黄松柏2011年10月8日教研室主任签名：2011年10月9日附录:详细要求与技术指标降压斩波电路设计一、设计要求：1、输入直流电压：Uc=100V;2、输出功率:150W；3、开关频率:10kHz

6、;4、占空比:0、10、9;5、电阻性负载；6、输出电压脉率：小于10%二、设计内容：1、主电路参数得计算；2、全控型器件电流、电压额定得选择3电力二极管电流电压额定得选择;4电抗器电感值得计算;5保护电路得设计;6驱动电路得设计;7画出完整得主电路原理图与控制电路原理图8列出主电路所用元器件得明细表。摘要直流-直流变流电路得功能就是将直流电变为另一固定电压或可调电压得直流电，包括直接直流电变流电路与间接直流电变流电路。直接直流电变流电路也称斩波电路，它得功能就是将直流电变为另一固定电压或可调电压得直流电，一般就是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。问接直流变流电路就

7、是在直流变流电路中增加了交流环节，在交流环节中通常采用变压器实现输入输出问得隔离，因此也称带隔离得直流-直流变流电路或直-交-直电路。直流斩波电路得种类有很多，包括六种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，Cuk斩波电路,Sepic斩波电路与Zeta斩波电路，利用不同得斩波电路得组合可以构成符合斩波电路，如电流可逆斩波电路，桥式可逆斩波电路等。利用相同结构得基本斩波电路进行组合，可构成多相多重斩波电路。关键字:直流斩波，降压斩波目录第1章电路总体设计方案81、1设计课题任务81、2功能要求说明81、3设计总体方案与设计原理8第2章电路得设计102、1IGBT驱动电路得设计1

8、0第3章电路各元件得参数设定及元件型号选择123、1各元件得参数设定123、2元件型号选择14第4章系统仿真及结论错误！未定义书签。4、1仿真软件得介绍84、2仿真电路及及仿真结果94、3仿真结果分析17第5章心得体会19参考文献19致谢20附录电子元器件表20第1章电路总体设计方案1、1设计课题任务设计一个直流降压斩波电路。1、2功能要求说明将24V直流电压降压输出并且平均电压可调，范围为0-24V。1、3设计总体方案与设计原理图1、1降压斩波电路原理图降压斩波电路得原理图以及工作波形如图1、1所示。该电路使用一个全控型器件V,图中为IGBT。为在V关断时给负载中电感电流提供通道，设置了续流

9、二极管VD。斩波电路主要用于电子电路得供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。如图1、2中V得栅极电压uge波形所示，在t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压Uo=E,负载电流io按指数上升。当t=t1时刻，控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压uo近似为零负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小，通常就是串联得电感L值较大。至一个周期T结束,在驱动V导通，重复上一周期得过程。当工作处于稳态时，负载电流在一个周期得初值与终值相等，如图1、2所示。负载电压平均值为式1、1式中油为V处于通态得时间；toff为V处于断态得时间；T为开关周期；为导通占空比。由式1、1

10、可知，输出到负载得电压平均值Uo最大为E,减小占空比，Uo随之减小。因此将该电路称为降压斩波电路。也称buck变换器。负载电流平均值为hhi油律隹储箭轴假图1、2降压斩波电路得工作波形第2章电路得设计2、1IGBT驱动电路得设计IGBT得驱动就是矩形波，所以我选择了由比较器LM358产生矩形波图2、1LM358得引脚图LM358简介:LM358内部包括有两个独立得、高增益、内部频率补偿得双运算放大器，适合于电源电压范围很宽得单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐得工作条件下，电源电流与电源电压无关。它得使用范围包括传感放大器、直流增益模块与其她所有可用单电源供电得使用运算放大器得场合。描述

11、:运放类型:低功率放大器数目:2针脚数:8工作温度范围：0Cto-70C封装类型:SOIC-3dB带宽增益乘积：1、1MHz变化斜率:0、6V/s器件标号:358电源电压最大:32V电源电压最小:3V安装器件：表面安装图2、2比较器产生方波电路图其中2、3口就是输入口4、6接直流电源电压1为输出口。第3章电路各元件得参数设定及元件型号选择3、1各元件得参数设定1、IGBT得参数设定图3、1IGBT得简化等效电路以及电气图形符号术语符号定义及说明（测定条件参改说明书）集电极、发射极问电压VcES栅极、发射极间短路时得集电极，发射极问得最大电压栅极发极间电压Vges集电极、发射极间短路时得栅极，发

12、射极间最大电压集电极电流IC集电极所允许得最大直流电流耗散功率PC单个IGBT所允许得最大耗散功率1结温T元件连续工作时芯片温厦关断电流ICES栅极、发射极间短路，在集电极、发射极间加上指定得电压时得集电极电流。r.D图3、2降压斩波电路电路图一.图3、3降压斩波总电路图表3、1IGBT模块得术语及其说明由图3、2所示此次设计得电源电压为220V,当二极管VD导通时V得C与E两端承受得电压为电源电压，因此Uce=220V图3、4IGBT得转移特性与输出特性UGE(th)随温度得升高略有下降，温度每升高1。C,其值下降5mV左右。在+25C时,UGE(th)得值一般为2-6V。参考电力电子技术课

13、本可得:式3、1式3、2式中,;。若取为10,则:2、 续流二极管VD得参数设定VD所承受得最大反向电压就是当IGBT导通就是得电源电压100V。所承受得最大电流就是当IGBT关断瞬间电感L作用在VD上得电流,此电流为。3. 电感得参数设定由上面所选得电阻20欧姆,根据欧姆定律:当Uo=80V寸,Iomax=4A;当Uo=50V寸,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,所以只要所取电感L0、125mH,取L=1mH。4、开关频率f=40kHz5、电容设计要

14、求输出电压纹波小于1%,由纹波电压公式:可得LC=0、195uH*F取C=0、47mF3、 2元件型号选择考虑其安全裕度则IGBT得额定电压可以为2-3倍峰值电压,所以额定电压可为440-660、额定电流33-44,二极管VD与其类似,VD得最大反向电压为220。选择IGBT得型号为IRG4PC40U其额定电压为600,额定电流为40。选择续流二极管得型号为HFA25TB60,其而定电压为600,额定电流为25。第4章系统仿真及结论4、 1仿真软件得介绍此次仿真使用得就是MATLAB软件。Simulink就是MATLAB最重要得组件之一,它提供一个动态系统建模、仿真与综合分析得集成环境。在该环

15、境中,无需大量书写程序,而只需要通过简单直观得鼠标操作,就可构造出复杂得系统。Simulink具有适应面广、结构与流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点,并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论与数字信号处理得复杂仿真与设计。同时有大量得第三方软件与硬件可应用于或被要求应用于Simulink。Simulink就是MATLAB中得一种可视化仿真工具,就是一种基于MATLAB得框图设计环境,就是实现动态系统建模、仿真与分析得一个软件包,被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理得建模与仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合得采样时间进

16、行建模,它也支持多速率系统,也就就是系统中得不同部分具有不同得采样速率。为了创建动态系统模型,Simulink提供了一个建立模型方块图得图形用户接口(GUI),这个创建过程只需单击与拖动鼠标操作就能完成,它提供了一种更快捷、直接明了得方式,而且用户可以立即瞧到系统得仿真结果。Simulink®就是用于动态系统与嵌入式系统得多领域仿真与基于模型得设计工具。对各种时变系统,包括通讯、控制、信号处理、视频处理与图像处理系统,Simulink提供了交互式图形化环境与可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行与测试。、构架在Simulink基础之上得其她产品扩展了Simulink多领域建模功能,也提

17、供了用于设计、执行、验证与确认任务得相应工具。Simulink与MATLAB®紧密集成，可以直接访问MATLAB大量得工具来进行算法研发、仿真得分析与司视化、批处理脚本得创建、建模环境得定制以及信号参数与测试数据得定义。4、2仿真电路及其仿真结果1、仿真电路图图4、1降压斩波得MATLAB电路得模型2MATLAB得、仿真结果如下4、3=0、4时得仿真结果图4、5=0、8时得仿真结果图4、6=0、99时得仿真结果4、 3仿真结果分析由公式可得:当时,=44=0、4时,=88。=0、6时,=132。=0、8时,=176。=0、99时,=217、8。上面得数据与理论值相同,由于使用得就是仿真

18、软件所以没有误差。第5章心得体会经过近一个星期得努力我终于顺利得完成了此次电力电子得课程设计,其中遇到了许多得问题与困难但就是也学到了很多得知识。遇到得问题与困难:(1) 在计算元器件参数就是缺少理论依据难以正确得计算相应得参数。(2) 在选取元器件型号与参数时,缺少实际经验难以找到合适得元件。(3) 在用MATLAB软件仿真就是遇到了许多操作上得问题,致使仿真花费得很多时间才达到有效效果。虽然遇到了许多得困难但就是我还就是通过不断得学习解决了这些难题。学到得知识:(1) 通过这次课程设计我夯实了电力电子得基础知识。(2) 对直流斩波有了更深层次得理解。(3) 对MATLAB软件与电路原理图得

19、设计有了初步了解。(4) 在面对学习上得困难时一定要坚持不懈得努力才能打败困难,获得更多以得知识。参考文献1. 周克宁,电力电子技术北京:机械工业出版社,2004;2. 黄家善,电力电子技术北京:机械工业出版社;3. 王兆安、黄俊,电力电子技术第四版。北京:机械工业出版社,2000;4. 李宏，电力电子设备用器件与集成电路应用指南(14册)北京：机械工业出版社,2001;5. 王维平,现代电力电子技术及应用南京:东南大学出版社,1999;6. 石玉、栗书贤,电力电子技术题例与电路设计指导北京:机械工业出版社;7. 叶斌电力电子应用技术及装置北京:铁道出版社,1999;8. 周志敏、周纪海等,现

20、代开关电源控制电路设计及应用北京:人民邮电出版社2005;9. 王正谋、朱力恒,protel电路设计与仿真技术福建:福建科学技术出版社2004。致谢对于这次课程设计得顺利完成,我首先要感谢黄松柏与南光群老师,就是她们上课细心得给我讲解了许多关于IGBT,二极管等电子元器件得相关知识并在设计过程中所遇到得难题都给了非常重要得意见，导师渊博得知识、严谨得治学态度、崇高得敬业精神与为人师表得风范，使我受益匪浅，在此，谨向黄老师南老师表示我最衷心得感谢。同时，在我得设计过程中得到得学校许多得同学得热情得指导与详细得说明。此外，在遇到许多得不解困难得时候自己班里得同学也给我提供得最详细得解答，没有以上得每一个人得帮助，我得电力电子课程设计很难顺利得完成，在此，我对于在我得设计过程中给予我帮助得每一个人一并表示感谢。附录电子元器件表名称型号数量二极管HFA25TB601IGBTIRG4PC40U1直流电源2201电感11电阻101