电力电子技术课设降压斩波电源

摘要

本设计采用一个直流斩波电路实现直流调压，以此控制直流电动机的转速。主电路包括：整流电路、斩波电路及保护电路。控制电路的主要环节是：触发电路、电压电流检测单元、驱动电路、故障保护电路。由于要求电机能稳定运行并能实现无极调速，IGBT绝缘栅双极晶体管作为斩波电路的组成元件。

关键词：整流电路；斩波电路；驱动电路；直流电动机

第一章 绪论

1.1电力电子技术及IGBT

电力电子技术应用于整个电能产生、传输及利用的各个环节。分布式电源及微电网技术、高压直流输电与灵活交流输电技术、电能质量控制技术及为数众多的电源技术都是电力电子技术应用的范例。电力电子技术为功率强大，可供诸如电力系统那样大电流、高电压场合应用的电子技术，它与传统的电子技术相比，其特殊之处不仅仅因为它能够通过大电流和承受高电压，而且要考虑在大功率情况下，器件发热、运行效率的问题。IGBT直流斩波,对电力电子技术的发展起到重大推动作用，它打开了电力电子技术向高频大功率化发展的新纪元,使其应用产品的自动化、智能化、高效化和机电一体化做出了显著贡献。市场上用的最多的IGBT直流斩波器，它是属于全控型斩波器，由门极电压控制，从根本上克服了晶闸管斩波器及GTR斩波器的缺点。中国电力系

摘要

本设计采用一个直流斩波电路实现直流调压，以此控制直流电动机的转速。主电路包括：整流电路、斩波电路及保护电路。控制电路的主要环节是：触发电路、电压电流检测单元、驱动电路、故障保护电路。由于要求电机能稳定运行并能实现无极调速，IGBT绝缘栅双极晶体管作为斩波电路的组成元件。

关键词：整流电路；斩波电路；驱动电路；直流电动机

第一章 绪论

1.1电力电子技术及IGBT

电力电子技术应用于整个电能产生、传输及利用的各个环节。分布式电源及微电网技术、高压直流输电与灵活交流输电技术、电能质量控制技术及为数众多的电源技术都是电力电子技术应用的范例。电力电子技术为功率强大，可供诸如电力系统那样大电流、高电压场合应用的电子技术，它与传统的电子技术相比，其特殊之处不仅仅因为它能够通过大电流和承受高电压，而且要考虑在大功率情况下，器件发热、运行效率的问题。IGBT直流斩波,对电力电子技术的发展起到重大推动作用，它打开了电力电子技术向高频大功率化发展的新纪元,使其应用产品的自动化、智能化、高效化和机电一体化做出了显著贡献。市场上用的最多的IGBT直流斩波器，它是属于全控型斩波器，由门极电压控制，从根本上克服了晶闸管斩波器及GTR斩波器的缺点。中国电力系

电力电子技术 课程设计书

课题：降压斩波电路设计

学生姓名：葛冲 学号：09050443X45 学院：中北大学信息商务学院 专业：电气工程及其自动化 指导教师：高丽珍 张晓明

2011年12月30日

致谢语

在新的一学期里关于电力电子技术程学到了不少关于整流电路，斩波电路的一些新的东西，充实了自己的视野，增加了自己的知识，在此感谢老师和同学们的帮助.

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目录

一．引言 二．课程设计

1 降压斩波电路的设计目的 2. 降压斩波电路的设计内容及要求 3. 降压斩波电路主电路基本原理 4. IGBT驱动电路 4.1 IGBT简介

4.2 驱动电路设计方案比较 5. 保护电路的设计 6. MATLAB仿真 6.1 MATLAB简介 6.2 MATLAB发展历程 6.3 主电路仿真

7.PROTEL原理图及PCB图的绘制

8. 心得体会 9. 元件清单 三．参考文献

2

一． 引言

高频开

第1章 电力电子器件

1. 使晶闸管导通的条件是什么？

答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：uAK>0且uGK>0。

2. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？

答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。

要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。

第2章 整流电路

1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L＝20mH，U2＝100V，求当α＝0?和60?时的负载电流Id，并画出ud与id波形。

解：α＝0?时，在电源电压u2的正半周期晶闸管导通时，负载电感L储能，在晶闸管开始导通时刻，负载电流为零。在电源电压u2的负半周期，负载电感L释放能量，晶闸管继续导通。因此，在电源电压u2的一个周期里，以下方程均成立：

Ldid?2U2sin?t dt 考虑到初始条件：当t＝0时id＝0可解方程得：

id?2U2(1?cos?t) ?L12?2U2Id?(1?cos?t)d(?t) ?02??L2U2

==22.51(

电力电子技术课程简介

课程编号：04300420

电力电子技术

Power Electronic Technology

总学时：56 课堂教学：44 实验：12 学分：3.5 课程性质：技术基础课

选课对象：自动化专业必修、电气工程及其自动化专业必修、生物医学工程专业选修 先修课程：电路、模拟电子技术、电机学A等

内容概要：讲授各种电力电子器件的工作原理和工作特性以及各类变流装置中发生的电磁过

程、基本原理、控制方法、设计计算、实验技能及其技术经济指标。变流装置主要包括单、三相可控整流（包括有源逆变），DC－DC变换器，单、三相交流调压，交－交变频，无源逆变。另外还介绍了PWM技术的基本原理及其应用技术

和软开关的基本概念和原理。

建议选用教材：《电力电子技术》 张兴、杜少武等编 清华大学出版社 2006 主要参考书：《电力电子技术》（第四版） 王兆安 黄俊主编 机械工业出版社 2000

电力电子技术课程简介

《电力电子技术》教学大纲

总学时：56 课堂教学：44 实验：12 学分：3.5

教学大纲说明

一、课程的目的与任务

电力电子（变流）技术是电气工程、控制科学与工程等专业的专业基础课。

电力电子技术课程设计报告触摸式调光台灯电源的设计

指导教师：苏玉刚

学生：焦春晓

学号：20085276

专业：自动化

班级：08级3班

重庆大学自动化学院

2011年1月

课程设计指导教师评定成绩表

指导教师评定成绩：

指导教师签名：年月日

自动化学院2008级自动化专业

电力电子技术课程设计任务书

一、课程设计的教学目的和任务

电力电子技术是研究利用电力电子器件、电路理论和控制技术，实现对电能的控制、变换和传输的科学，其在电力、工业、交通、通信、航空航天等很多领域具有广泛的应用。电力电子技术不但本身是一项高新技术，而且还是其它多项高新技术发展的基础。因此，提高学生的电力电子领域综合设计和综合应用能力是教学计划中必不可少的重要一环。

通过电力电子技术的课程设计达到以下几个目的：

1、培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Intel网检索需要的文献资料。

2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。

3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。

4、提高学生的电力电子装置分析和设计能力。

5、提高学生课程设计报告撰写水平。

二、课程设计的基本要求

1. 教师确定方向，在教师的指导下，学生自立题目

注意事项：

①所立题目必须是某一电力电子装置或电路的设计，题目难度和工作量要适应在一周

1 引言 电力电子技术分为电力电子器件制造技术和变流技术（整流，逆变，斩波，变频，变相等）两个分支。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。电力电子学（Power Electronics）这一名称是在上世纪60年代出现的。1974年，美国的W.Newell用一个倒三角形（如图）对电力电子学进行了描述，认为它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而形成的。这一观点被全世界普遍接受。“电力电子学”和“电 力电子技术”是分别从学术和工程技术2个不同的角度来称呼的。

1.1 什么是电力电子技术

一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出的第一个晶闸管为标志的，电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管和晶闸管变流技术的发展而确立的。此前就已经有用于电力变换的电子技术，所以晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前或黎明时期。70年代后期以门极可关断晶闸管（GTO），电力双极型晶体管（BJT），电力场效应管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件全速发展（全控型器件的特点是通过对门极既栅极或基极的控制既可以使其开通又可以使其关断），使电力电子技术的面貌焕然一新进入了新的发展阶段。

1 绪论

电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。伴随着人们对开关电源的进一步升级，低电压，大电流和高效率的开关电源成为研究趋势。电子设备的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，重量轻和效率高的优点而在各种电子信息设备中得到广泛的应用。

直流斩波电路（DC Chopper）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，也称为直接直流—直流变换器（DC/DC Converter）。直流斩波电路一般是指直接将直流电变为另一直流电的情况，不包括直流—交流—直流的情况，直流斩波电路的种类较多，包括6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斩波电路和Zeta斩波电路。

其中IGBT降压斩波电路就是直流斩波中最基本的一种电路，是用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路，用于直流到直流的降压变换。IGBT是MOSFET与GTR的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，输入阻抗高，又具有功率晶体管

BUCK变换器是开关电源基本拓扑结构中的一种,BUCK变换器又称降压变换器,是一种对输入输出电压进行降压变换的直流斩波器,即输出电压低于输入电压,由于其具有优越的变压功能,因此可以直接用于需要直接降压的地方。

电力电子技术课程设计报告

课题：降压斩波电路的设计

姓名：

学号：

班级：

指导老师：

日期：2009年5月

BUCK变换器是开关电源基本拓扑结构中的一种,BUCK变换器又称降压变换器,是一种对输入输出电压进行降压变换的直流斩波器,即输出电压低于输入电压,由于其具有优越的变压功能,因此可以直接用于需要直接降压的地方。

目录

一． 引言 二． 正文

1 降压斩波电路的设计目的 2 降压斩波电路的设计内容及要求 3 降压斩波电路主电路基本原理 4 IGBT驱动电路 4.1 IGBT简介

4.2 IGBT基本结构与特点 4.3 驱动电路设计方案比较 4.4 IGBT驱动电路原理图 4.5 IGBT的驱动性能 5 保护电路的设计 6 MATLAB仿真 6.1 MATLAB简介 6.2 MATLA

1 综述

在交流—交流变流电路中，只改变电压、电流或对电路的通断进行控制，而不改变频率的电路称为交流电力控制电路。根据不同的控制方式可以将交流电力控制系统分为以下几种基本类型：交流调压电路、交流调功电路、交流电力电子开关。交流调压电路应用最为广泛。交流调压电路广泛应用于灯光控制及异步电动机的软启动，交流电机的调压调速上。交流调压电路控制方便，调节速度快，装置的重量轻、体积小，有色金属消耗也少。对本次设计的亮度可连续调节灯光电路，用单相交流调压电路就可实现。单相交流调压电路的工作情况和负载性质有很大关系。并且电路中需要使用晶闸管，对晶闸管使用相控方式，需要触发电路提供脉冲信号。在电力电子电路中，除了电力电子器件参数选择合适、驱动电路设计良好外，采用合适的过电压、过电流、du/dt保护和di/dt保护也是必要的。本次设计将对这些问题进行设计。

1

2 单相交流调压电路原理

2.1 电路原理

采用两个晶闸管反向并联设计单相交流调压电路。 电阻负载

(a)主电路

(b)工作波形

2-1 电阻负载时的主电路与工作波形

2

阻感负载

(a)主电路

(b)工作波形

2-2 阻感负载时的主电路与工作波形

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2.2 工作情况分析

和整流电路一样，交流调