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目录 一、设计题目
降压斩波变换技术的工程应用 二、设计日期
201年12月17号——2011年12月20号 三、设计目的
通过对降压斩波电路的设计，掌握整流电路的工作原理，提高 学生运用科学理论知识能力，工程实践能力。 四、设计正文
电路的原理图如图1所示， RLV
EmE VD
图1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
tonton
Uo?E?E?E (1-1) ton?toffT
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，?为导通占空比，简称占空比或导通比。负载电流平均值为
Uo?Em
Io? (1-2)
R（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。
? 1
混合型：ton和T都可调，使占空比改变。
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uGS、负偏压-uGS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uGS的变化对IGBT的开通特性，负载短路能力和duGS/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duGS/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uGS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极之间不能为开路。 。
1.2 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
44?24?电压进行傅里叶变换得vout?2vin??由整流电路出cos2?t?cos4?t?6?t...?，
15?35???3??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：
V1U~V32
R
图2 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。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）。
1.3 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。
1.3.1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。
IGBTVSVD1VT13
TPVD2VD3RgR2R1VT2
图3 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。
1.3.2集成驱动电路
（1）芯片介绍及功能原理图
EXB841芯片是单列直插式结构，如图5所示，各引脚的功能见表1。图（）中3脚为驱动的输出端，通过电阻Rg接被驱动的IGBT的栅极；4脚用于外接电容，防止电流保护电路的误动作；5脚为过电路保护电路的输出信号，低电平有效；6脚接IGBT 的集电极，通过检测Uce的大小来判断是否发生短路或集电极电流过大，从而进行自动保护。EXB841的功能块图如图6所示。 引脚号 1 2 3 4 功能 引号 与用于反向偏置电源的滤波电容连接 7、8 电源（+20V） 驱动输出端 用于连接外部电容，以防止过流保护电路的误动作（绝大部分场合不需要此电路） 5 6
1514319脚功能 悬空 电源地 悬空 驱动信号输入（-）端 9 10、11 14 过流保护输出端 集电极电压输出端 5415 表1 EXB841的引脚功能表
驱动信号输入（+）端 6 过电流保护电路24