升压斩波电路课程设计汇总

1、绪论

1.1、课题背景与意义

直流升压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。

1.2、设计的主要内容

本设计主要内容为直流升压斩波电路，首先分析了直流升压斩波电路要求制定工作计划，确定了利用了全控型晶闸管IGBT设计为主电路，M57962L为驱动电路，采用快速熔断器为保护电路，对猪电路和保护电路进行了设计和计算。选择和校验了晶闸管、IGBT的参数与型号。最后使用MATLAB仿真模型并进行仿真，其仿真结果设计要求，满足设计参数。

设计第一章为绪论，介绍了本设计的背景意义及直流升压斩波电路的发展现状。第二章为直流升压斩波电路的电路设计，其中包含总体方案，主电路设计及元器件参数型号的选择。第三为辅助电路的设计，包括控制电路与保护电路。第四章为MATLAB系统仿真，内容有仿真波形与数据分析。

2、直流升压斩波主电路设计

2.1、总体设计方案

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所示。在电路中V导通时，电流由E经升压电感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。

图1直流升压斩波电路原理图

2.2、电路参数计算

假设L值、C值很大，V通时，E向L充电，充电电流恒为1I，同时C的电压向负载供电，因C值很大，输出电压0u为恒值，记为0U。设V通的时间为ont，此阶段L上积蓄的能量为E1Iont。

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offt，则此期间电感L释放能量为：

升压斩波电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。

由直流斩波电路的原理可知

3、驱动电路设计

升压电路所用全控型晶闸管IGBT是电压型驱动器件。IGBT的栅射极之间有数千皮法左右的极间电容，为快速建立驱动电压，要求驱动电路具有较小的输出电阻使IGBT开通的栅射极间的驱动电压一般取15—20V。同样，关断时施加一定幅值的负驱动电压（-5—-15V）有利于减小关断时间和关断损耗。在栅极串入一只低值电阻可以减小寄生振荡。

IGBT的驱动多采用专用的混合驱动集成驱动器，本次采用M57962L驱动器。如图2驱动电路图所示。又由产品信息知M57962L驱动器内部具有退饱和和检测和保护环节，当发生过电流时能快速响应但慢速关断IGBT，并向外部电路发出故障信号。

4、保护电路设计

4.1、过电流保护电路

电力电子电路运行不正常或者发生故障时，可能会发生过电流。过电流分为过载和短路两种情况。通常采用的保护措施有：快速熔断器、直流快速断路器和过电流继电器。一般电力电子装置均同时采用集中过流保护措施，以提高保护的可靠性和合理性。

综合本次设计电路的特点，采用快速熔断器，即给晶闸管串联一个保险丝实施电流保护。如图3电流保护电路所示。

图3直流升压斩波电路过流保护电路

对于所选的保险丝，遵从t2I值小于晶闸管的允许t2I值。

4.2、过电压保护电路

电力电子装置中可能发生的过电压分为外因过电压和内因过电压两类。外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外部原因。本设计主要用于室内，为了使用方便不考虑来自雷击的威胁。

操作过电压是由分闸、合闸的开关操作引起的过电压，电网侧的操作过电压会由供电变压器磁感应耦合，或由变压器绕组之间存在的分布电容静感应耦合过来。

根据以上产生过电压的的各种原因，设计相应的保护电路。如图2-4过压保护电路所示。其中：图中是利用一个电阻加电容进行电压抑制，当电压过高时，保护电路中的电容会阻碍其电压的上升，从而使得电力电子器件IGBT管因电压的的过高厄尔损坏。

图4中的电阻可以是1KΩ左右的电阻，而电容的值可以为100µF左右，这样形成一个保护电路。

5、电路仿真调试

5.1、仿真模型的选择

在本次的设计中，采用了Psim软件作为仿真工具来进行电路的模拟。首先画出电路的结构图如下所示：

图6  直流升压斩波电路仿真电路模拟图

由上图中我们可以看到，在电路中，在IGBT的两端加了脉冲触发电压，控制开关的关断，以便得到升压的电压。

5.2、仿真结果及分析

在仿真过程中，我将取输入的直流电压为Ud=24~60V之间的任意值，将电感值取的尽可能的大，即L=500H，电阻值R=1000K，控制脉冲电压UGE的占空比大小，即从示波器上观察输出电压Uo大小，示波器上红线表示输出直流电压，蓝线表示输入电压，而橙色表示输出电流大小。

（1）当占空比为α=0.93，Ud=24V是，得到输出直流电压Uo=343.5V。

从上面的直流输出电压图中我们可以看出来，本次设计是成功的，理论与实际是相符的，我们得到了340V的输出电压。