武汉工程大学电力电子技术课程设计综述.pdf
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1、电力电子技术课程设计 1 电力电子课程设计 题目:DC/DC 双向变换器(升压斩波) 姓名: 学号: 指导教师 ( 职称) 胡卫兵 专业: 班级: 所 在学 院:电气信息学院 2014年 1 月 2 日 电力电子技术课程设计 2 目录 绪论 4 第 1 章 直流升压斩波电路的设计思想错误!未定义书签。 1.1 直流升压斩波电路原理 4 1.2 参数计算 5 第 2 章 直流升压斩波电路驱动电路设计 6 第 3 章 直流升压斩波电路保护电路设计. 错误!未定义书签。 3.1 过电流保护电路 6 3.2 过电压保护电路 7 第 4 章 直流升压斩波电路总电路的设计 7 第 5 章 直流升压斩波电路
2、仿真. 错误!未定义书签。 5.1 仿真模型的选择 8 5.2 仿真结果及分析 . 错误!未定义书签。 第 6 章 设计总结 . 错误!未定义书签。 参考文献 错误!未定义书签。 附录:元件清单 11 电力电子技术课程设计 3 绪论 直流升压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电路、 升降压电路、 复合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。 早期的直流装换
3、电路,电路复杂、功率损耗、体积大,使用不方便。晶闸管的出现为 这种电路的设计又提供了一种选择。晶闸管(Thyristor)是晶体闸流管的简称,又可称 做可控硅整流器, 以前被简称为可控硅; 晶闸管具有硅整流器件的特性,能在高电压、 大 电流条件下工作, 且其工作过程可以控制、 被广泛应用于可控整流、 交流调压、 无触点电 子开关、逆变及变频等电子电路中。它电路简单体积小,便于集成;功率损耗少,符合当 今社会生产的要求;所以在直流转换电路中使用晶闸管是一种很好的选择。 主要元件介绍 1 IGBT 介绍 本设计基于电力电子技术课程,充分使用全控型晶闸管IGBT设计电路,实现直 流升压。 IGBT绝
4、缘栅双极型晶体管, 是由 BJT(双极型三极管 ) 和 MOS( 绝缘栅型场效应管 ) 组成 的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有 MOSFET 的高输入阻抗和 GTR 的低导通压 降两方面的优点。 GTR饱和压降低, 载流密度大, 但驱动电流较大 ;MOSFET 驱动功率很小, 开关速度快,但导通压降大,载流密度小。IGBT 综合了以上两种器件的优点,驱动功率 小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频 器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。 2 驱动电路 M57962L 简介 M57962L 是由日本三菱电气公司为驱动IGBT而设计的厚膜集成
5、电路(Hybrid Integrated Circuit For Driving IGBT Modules) 。在驱动模块内部装有 2500V 高隔离电压的光电耦 合器,过流保护电路和过流保护输出端子,具有封闭性短路保护功能。M57962L 是一种高 速驱动电路,驱动信号延时tPLH 和tPHL最大为 1.50 s。可以驱动 600V/400V 级的 IGBT 模块。M57962L 工作程序 : 当电源接通后, 首先自检, 检测IGBT是否过载或短路。 若过载或 短路, IGBT 的集电极电位升高, 经外接二极管流入检测电路的电流增加,栅极关断电路 动作,切断IGBT的栅极驱动信号, 同时在“
6、8”脚输出低电平“过载 / 短路”指示信号。lGBT 正常时,输入信号经光电耦合接口电路,再经驱动级功率放大后驱动IGBT。 3 M57962L的工作原理 电力电子技术课程设计 4 M57962L采用双电源 + Vcc 和 VEE ,原理结构图如图 1-1 所示。电路组成: (1) 放大 隔离电路; (2) 定时复位电路; (3) 过流检测电路; (4) 过流输出电路。 图 1-1 M57962L 原理机构图 第 1 章 直流升压斩波电路的设计思想 1.1 直流升压斩波电路原理 直流升压变流器用于需要提升直流电压的场合,其原理图如图1-2 所示。 在电路中 V 导通时,电流由 E 经 升压电感
7、 L 和 V 形成回路,电感 L 储能;当 V 关断时,电感产生 的反电动势和直流电源电压方向 相同互相叠加,从而在负载侧得到图 1-1 直流升压斩波电路原理图 高于电源的电压, 二极管的作用是阻断V导通是,电容的放电回路。 调节开关器件 V的通 断周期,可以调整负载侧输出电流和电压的大小。 假设 L 值、C值很大, V通时, E向 L 充电,充电电流恒为 1 I ,同时 C的电压向负载 供电,因 C值很大,输出电压 0 u为恒值 , 记为 0 U。设 V通的时间为 on t,此阶段 L 上积蓄 的能量为 E 1 I on t。 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
8、为 off t,则此期间电感 L 释放 能量为: 电力电子技术课程设计 5 off t 10 E)I-(U(1-1 ) 稳态时,一个周期T中 L 积蓄能量与释放能量相等 offon tIEUt 101 )(EI(1-2 ) 化简得: E t T E t t offoff offon t U 0 (1-3 ) 上式中1 t T off ,输出电压高于电源电压,故称升压斩波电路。 off t T 升压比,调节其即可改变 0 U。将升压比的倒数记作 ,即 T off t 。和导通占 空比,有如下关系: 1(1-4 ) 因此,式( 1-2)可表示为: E -1 1 E 1 U0(1-5 ) 升压斩波电
9、路之所以能使输出电压高于电源电压,关键有两个原因: 一是 L 储能之后 具有使电压泵升的作用, 二是电容 C可将输出电压保持住。 在以上分析中, 认为 V处于通 态期间因电容 C的作用使得输出电压Uo不变,但实际上 C值不可能为无穷大,在此阶段 其向负载放电, U。必然会有所下降,故实际输出电压会略低于理论所得结果,不过,在 电容 C值足够大时,误差很小,基本可以忽略。 1.2 参数计算 由直流斩波电路的原理可知 E t T E t t offoff offon t U 0 (1-6 ) 又输入电压为输入直流电压:110V,要求输出直流电压: 220V。所以只要根据输入的电压 控制全控晶闸管I
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