湖南工程学院。
课程设计任务书。
课程名称电力电子技术
题目直流降压斩波器的设计
专业班级电气工程1181-1183
学生姓名周晖。
指导老师杨青。
审批谢卫才。
任务书下达日期 2023年 5月 26日。
设计完成日期 2014 年6月 6日。
2 设计要求与方案 2
2.1 设计要求 2
2.2 方案确定 2
3 主电路设计 3
3.1 主电路方案 3
3.2 工作原理 4
3.3参数分析 4
4 控制电路设计 5
4.1 控制电路方案选择 5
4.2 工作原理 6
4.3 控制芯片介绍 7
5 驱动电路设计 9
5.1 驱动电路方案选择 9
5.2工作原理 10
6 保护电路设计 11
6.2 过流保护电路 13
7 系统**及结论 14
7.1 **软件的介绍 14
8 设计体会 17
9 参考文献 18
1 绪论。现代电力电子技术的发展方向，是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学，向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。
八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率mosfet和igbt为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件，表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
直流斩波电路（dc chopper）的功能是将直流电变为另一种固定的或可调的直流电，也称为直流-直流变换器（dc/dc converter），直流斩波电路（dc chopper）一般是指直接将直流变成直流的情况，不包括直流-交流-直流的情况；直流斩波电路的种类很多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，cuk斩波电路，sepic斩波电路，zeta斩波电路，前两种是最基本电路。
而直流斩波器（dc chopper）是一种把恒定直流电压变换成为另一固定电压或可调电压的直流电压，从而满足负载所需的直流电压的变流装置。也称为直接直流-直流变换器（dc/dc converter）。它通过周期性地快速通、断，把恒定直流电压斩成一系列的脉冲电压，而改变这一脉冲列的脉冲宽度或频率就可实现输出电压平均值的调节。
直流斩波器除可调节直流电压的大小外，还可以用来调节电阻的大小和磁场的大小。直流传动、开关电源是斩波电路应用的两个重要领域，是电力电子领域的热点。全控型器件选择绝缘栅双极晶体管（igbt）综合了gtr和电力mosfet的优点，具有良好的特性。
目前已取代了原来gtr和一部分电力mosfet的市场，应用领域迅速扩展，成为中小功率电力电子设备的主导器件。前者是斩波电路应用的传统领域后者则是斩波电路应用的新领域。直流斩波器的种类较多，包括6种基本斩波器：
降压斩波器（buck chopper）、升压斩波器（boost chopper）、升降压斩波器(boost-buck chopper)、cuk斩波器、sepic斩波器和zeta斩波器，前两种是最基本的类型。
因此，课程设计的选题为：设计使用全控型器件为igbt的降压斩波电路。
2 设计要求与方案。
降压斩波电路设计要求：
1、输入直流电压：ud=100v
2、开关频率5khz
3、输出电压20v
4、最大输出电流：20a
6.输出功率：400w
7.占空比。
电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路，驱动电路，保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。由信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或者关断来完成整个系统的功能，当控制电路所产生的控制信号能够足以驱动电力电子开关时就无需驱动电路。
根据降压斩波电路设计任务要求设计结构框图如图2.1所示。
图2.1 降压斩波电路结构框图。
在图2.1结构框图中，控制电路是用来产生降压斩波电路的控制信号，控制电路产生的控制信号传到驱动电路，驱动电路把控制信号转换为加在开关控制端，可以使其开通或关断的信号。通过控制开关的开通和关断来控制降压斩波电路的主电路工作。
控制电路中的保护电路是用来保护电路的，防止电路产生过电流现象损害电路设备。
3 主电路设计。
根据所选课题设计要求设计一个降压斩波电路，可运用电力电子开关来控制电路的通断即改变占空比，从而获得我们所想要的电压。这就可以根据所学的buck降压电路作为主电路，这个方案是较为简单的方案，直接进行直直变换简化了电路结构。而另一种方案是先把直流变交流降压，再把交流变直流，这种方案把本该简单的电路复杂化，不可取。
至于开关的选择，选用比较熟悉的全控型的igbt管，而不选半控型的晶闸管，因为igbt控制较为简单，且它既具有输入阻抗高、开关速度快、驱动电路简单等特点，又用通态压降小、耐压高、电流大等优点。
根据所学的知识，直流降压斩波主电路如图3.1所示：
图3.1 主电路图。
直流降压斩波主电路使用一个全控器件igbt控制导通。用控制电路和驱动电路来控制igbt的通断，当t=0时，驱动igbt导通，电源e向负载供电，负载电压=e，负载电流按指数曲线上升。电路工作时波形图如图3.
2所示：
图3.2 降压电路波形图。
当时刻，控制igbt关断，负载电流经二极管续流，负载电压近似为零，负载电流指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小，故串联l值较大的电感。
至一个周期t结束，再驱动igbt导通，重复上一周期的过程。当电力工作于稳态时负载电流在一个周期的初值和终值相等，负载电压的平均值为。
为igbt处于通态的时间；为处于断态的时间；t为开关周期；α为导通占空比。
通过调节占空比α使输出到负载的电压平均值最大为e，若减小占空比α，则随之减小。由此可知，输出到负载的电压平均值uo 最大为u i，若减小占空比α，则uo 随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。
主电路中需要确定参数的元器件有igbt、二极管、直流电源、电感、电阻值的确定，其参数确定如下：
1)电源要求输入电压为100v。
2)电阻因为当输出电压为200v时，假输出电流为20a。所以由欧姆定律。
可得负载电阻值为1欧姆。
3)igbt 由图3易知当igbt截止时，回路通过二极管续流，此时igbt两端承受最大正压为100v；而当=1时，igbt有最大电流，其值为5a。故需选择集电极最大连续电流=，反向击穿电压的igbt，而一般的igbt都满足要求。
(4)二极管其承受最大反压100v，其承受最大电流趋近于20a，考虑2倍裕量，故需选择，的二极管。
5)电感 l=100mh;
（6）开关频率 f=5khz
（7）电容设计要求输出电压纹波小于1%
4 控制电路设计。
控制电路需要实现的功能是产生控制信号，用于控制斩波电路中主功率器件的通断，通过对占空比的调节达到控制输出电压大小的目的。
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