升压斩波电路设计

电力电子技术课程设计报告题目：升压斩波电路设计

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升压斩波电路设计(一) 设计任务书

（二）设计说明书

目录一matlab仿真原理

1 升压斩波电路工作原理

1.1主电路工作原理

1.2 IGBT驱动电路选择

2 仿真实验

2.1仿真模型

2.2仿真实验结果及分析

2.3仿真实验结论

2.4 最优参数选择

二硬件实验

2.1 硬件电路

2.1.1整流电路

2.1.2斩波信号产生电路

2.1.3斩波电路

2.1.4总原理图

2.1.5元器件列表

2.2 PCB印刷电路板

2.3 制造输出——final

三课程设计总结

参考文献

摘要

本设计是基于SG3525芯片为核心控制的PWM升压斩波电路（Boost chopper）.设计由Matlab仿真和Protel两大部分构成。Matlab主要是理论分析，借助其强大的数学计算和仿真功能可也很直观的看到PWM控制输出电压的曲线图。通过设置参数分析输出与电路参数和控制量的关系，最后进行了GUI编程，利用图形可视化界面的直观易懂的特点，使设计摒弃了繁琐难懂的单一波形和控制方式，从而具有友好界面，非常方便的就可进行控制参数输入，和输出图像显示。第二部分是电路板，它可以通过BluePrint、Kicad 、Protel等软件设计完成，其中Protel原理图设计系统以其分层次的设计环境，强大的元件及元件库的组织功能，方便易用的连线工具，强大的编辑功能设计检验，与印制电路板设计系统的紧密连接，自定义原理图模板高质量的输出等等优点，和丰富的设计法则，易用的编辑环境，轻松的交互性手动布线，简便的封装形式的编辑及组织，高智能的基于形状的自定布线功能，万无一失的设计检验等印制电路板设计系统的优点，使其在我们学生选用PCB电路板设计软件中占了绝大部分比重。本设计也采用Protel设计原理图，和进行PCB板布线。它是本设计从理论

到实际制作的必进途径，通过设定相应的规则，足以满足设计所要求的规定。

关键字 升压斩波; SG3525;SIMULINK ; PWM;Protel 引 言

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 ,在直流传动系统、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用.随之出现了诸如降压斩波电路、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。但以 IGBT 为功率器件的直流斩波电路在实际应用中需要注意以下问题:（1）系统损耗的问； （2）栅极电阻；（3）驱动电路实现过流过压保护的问题。

一 matlab 仿真原理 1. 升压斩波工作原理

1.1 主电路工作原理

假设L 值、C 值很大，V 通时，E 向L 充电，充电电流恒为I1，同时C 的电压向负载供电，因C 值很大，输出电压u o 为恒值,记为U o 。设V 通的时间为ton ，此阶段L 上积蓄的能量为E I 1t o n

V 断时，E 和L 共同向C 充电并向负载R 供电。设V 断的时间为t off ，则此期间电感L 释放能量为

稳态时，一个周期T 中L 积蓄能量与释放能量相等 （1-1） 化简得：

（1-2）

()off

o on t I E U t EI 11-=E t T E t t t U off

off

off

on o =

+=

( ) off o t I E U 1

-

1/≥off t T ，输出电压高于电源电压，故称升压斩波电路。也称之为boost chooper 变换器。

off t T /——升压比，调节其即可改变U

o

。将升压比的倒数记作β，即T

t off =

β。和导通

占空比，有如下关系：

1=+βα

（1-3）

因此，式（1-2）可表示为

（1-4）

升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因： ① L 储能之后具有使电压泵升的作用 ② 电容C 可将输出电压保持住

1.2 IGBT 驱动电路选择

IGBT 的门极驱动条件密切地关系到他的静态和动态特性。门极电路的正偏压u GS 、负偏压-u GS 和门极电阻RG 的大小，对IGBT 的通态电压、开关、开关损耗、承受短路能力及du/dt 电流等参数有不同程度的影响。其中门极正电压u GS 的变化对IGBT 的开通特性，负载短路能力和du GS /dt 电流有较大的影响，而门极负偏压对关断特性的影响较大。同时，门极电路设计中也必须注意开通特性，负载短路能力和由du GS /dt 电流引起的误触发等问题。根据上述分析，对IGBT 驱动电路提出以下要求和条件：

(1)由于是容性输出输出阻抗；因此IBGT 对门极电荷集聚很敏感，驱动电路必须可靠，要保证有一条低阻抗的放电回路。

(2)用低内阻的驱动源对门极电容充放电，以保证门及控制电压u GS 有足够陡峭的前、后沿，使IGBT 的开关损耗尽量小。另外，IGBT 开通后，门极驱动源应提供足够的功率，使IGBT 不至退出饱和而损坏。

(3)门极电路中的正偏压应为+12～+15V ；负偏压应为-2V ～-10V 。

(4)IGBT 驱动电路中的电阻RG 对工作性能有较大的影响，RG 较大，有利于抑制IGBT 的电流上升率及电压上升率，但会增加IGBT 的开关时间和开关损耗；RG 较小，会引起电流上升率增大，使IGBT 误导通或损坏。RG 的具体数据与驱动电路的结构及IGBT 的容量有关，一般在几欧～几十欧，小容量的IGBT 其RG 值较大。

(5)驱动电路应具有较强的抗干扰能力及对IGBT 的自保护功能。IGBT 的控制、驱动及保护电路等应与其高速开关特性相匹配，另外，在未采取适当的防静电措施情况下，IGBT 的G ～E 极之间

E

E U o α

β-==11

1