降压斩波电路

题目直流降压斩波电路

一、直流斩波电路的技术特点及应用方面

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。

直流变换技术已被广泛的应用于开关电源及直流电动机驱动中，如不间断电源（UPS）、无轨电车、地铁列车、蓄电池供电的机动车辆的无级变速及20世纪80年代兴起的电动汽车的控制。从而使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能，并同时收到节约电能的效果。直流变换系统的结构如下图-1所示。由于变速器的输入是电网电压经不可控整流而来的直流电压，所以直流斩波不仅能起到调压的作用，同时还能起到有效地抑制网侧谐波电流的

作用。

单相、

R

Em

二、分电路的原理及选择

2.1 降压斩波电路工作原理

电路的原理图如图2所示，

图2 降压斩波电路主电路

此电路使用一个全控型器件V ，图中为IGBT ，若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。并设置了续流二极管VD ，在V 关断时给负载中电感电流提供通道。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，后两种情况下负载中均会出现反电动势，如图中Em 所示。

工作原理：当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 按指数曲线上升。

当 t=t1时控制V 关断，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，通常串接较大电感L 使负载电流连续且脉动小。 此电路的基本数量关系为： （1）电流连续时

负载电压的平均值为 (1-1)

E E T

t E t t t U on

off on on o α==+=

V 1

V 3

V 2

V 4

C 1

R U ~

V z

U 上式中，ton 为V 处于通态的时间，toff 为V 处于断态的时间，T 为开关周期，α为导通

占空比，简称占空比或导通比。负载电流平均值为 (1-2)

（2）电流断续时，负载电压uo 平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。 斩波电路有三种控制方式：

脉冲宽度调制（PWM ）：保持开关周期T 不变，调节开关导通时间ton ， 频率调制：保持开关导通时间

ton 不变，改变开关周期T 。 混合型：ton 和T 都可调，使占空比改变。 2.2 整流电路

本设计采用桥式电路整流：由四个二极管组成一个全桥整流电路. 对整流出来的电压进行

傅里叶变换得2444cos 2cos 46...31535out in v t t t ωωωππππ⎛⎫

=--- ⎪

⎝⎭，由整流电路出来的电压

含有较大的纹波，电压质量不太好，故需要进行滤波。本电路采用RC 滤波器,因为电容滤波的直流输出电压Uo 与变压器副边电压U2的比值比较大，而且适用在小电流、整流管的冲击电流比较大的电路中。因此本电路选用电容滤波.因为本电路要求有稳定的输出因此还需用到稳压二极管进行稳压。 整流电路的原理图如图3所示：

图3 整流电路图

输入端接220V 、50Hz 的市电，进过变压器T1（原线圈/副线圈为4/1）后输出55V 、50Hz 。

R E U I m

o o -=

IGBT

1

当同名端为正时D2、D5导通，D3、D4截止，电压上正下负。当同名端为负时D2、D5截止，D3、D4导通，电压同样是上正下负，从而实现整流。电感具有电流不能突变，通直流阻交流特性，因此串联一个电感可以提高直流电压品质。而电容具有电压不能突变，通交流阻直流特性，因此并联一个大电容可以滤除杂波，减小纹波。结合两种元器件的特性，组成上图整流电路，可以得到比较理想的直流电压（幅值为50V 左右）。

2.3 斩波信号产生电路

此电路主要用来驱动IGBT 斩波。同其他的电力电子器件一样，由分立元件组成的IGBT 驱动电路也存在着可靠性问题。为此，目前已经研制出多种专用的IGBT 集成驱动电路。这些集成块速度快，为了提高安全性，内部设有保护电路。它还具有高抗干扰能力，可实现IGBT 的最优驱动。下面将分立元件组成的驱动电路和集成驱动电路做一下简单的比较，以此来说明集成驱动电路的优越性。

2.3.1由分立元件组成的驱动电路

如图4为由脉冲变压器组成的栅极驱动电路。其工作原理为：正向驱动信号使VT1导通，电源电压作用于脉冲变压器一次侧，二次电压经二极管VD2、VD3和门集电阻Rg 后作用于IGBT ，使IGBT 导通。晶体管VT2由于基极反向偏置而截至。

图4 由分立元件组成的驱动电路

当驱动信号为零时，VT1截止，一次励磁电流经VD1和VS 迅速衰减，使在脉冲

间隙期间脉冲变压器的磁通回零。变压器二次侧的反向电压经R2加到二极管VD2上。IGBT门极结电容上的电荷经Rg和VT2放掉，R2为VT2的偏流电阻。

此电路的优点：这种电路不用独立的驱动电源，驱动电路结构简单，脉冲变化时，驱动电压幅值不变，可用于各种容量的IGBT的驱动。

此电路的缺点：截止时没有门极反向电压，抗干扰能力不强。这种电路适用于驱动占空比小于50%的高频场合。

三、参数选择

3.1 整流电路部分

整流桥二极管的选择。在桥式整流电路中，每只二极管只在输入电压的半个周期内导通，因此二极管的平均电流只有负载电阻上平均电流的一半，即ID(AV)=IO(AV)/2=0.45U2/RL

在二极管不导通期间，承受反压的最大值就是变压器二次测电压U2的最大值，即URM=1.414U2，根据上面的选择原则可知选择二极管的最大整流电流IF≧(1.1IO)/2≈0.5(U2/RL);最大反向电压UR≧1.1√2U2=1.1√2×55=84.7V。

滤波电容的选择：C=(5T/2)/RL

3.2 斩波主电路部分