IGBT升压斩波电路设计（纯电阻负载）

IGBT升压斩波电路设计（纯电阻负载）

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/qq_55834618/article/details/139934705

1. 设计指标

设计条件：

1. 输入直流电压：Ud=50V
2. 输出功率：300W
3. 开关频率：5KHz
4. 占空比：10%~50%
5. 输出电压脉率：小于10%

设计目标是基于上述条件，完成IGBT升压斩波电路的设计和仿真，确保电路在稳定工作时，输出电压的脉动小于10%。

2. 设计方案

2.1 方案对比

在设计另一种半控型器件的升压斩波电路时，我们选择使用SCR（可控硅整流器）代替图2中IGBT。以下是SCR升压斩波电路的设计说明和对比。

工作原理：当SCR导通时，电源E通过电感L对电感储能，同时电流通过SCR流向地。SCR关断后，电感L中的储能通过续流二极管VD和滤波电容C向负载R供电，从而实现升压。

触发与关断：SCR需要外部触发信号来导通，常用触发电路可以由PWM信号控制。关断通过自然换相或通过控制SCR的触发角实现。

两种电路的对比

1. 器件特性：

• IGBT：能连续调节开关状态，响应速度快，易于通过PWM实现精确控制。
• SCR：只能由导通到关断，且关断需要自然换相或强制换相，控制方式相对复杂。

2. 效率：

• IGBT电路：由于晶体管在开关过程中的损耗较小，整体效率较高。
• SCR电路：SCR在导通和关断期间的损耗相对较大，效率可能略低。

3. 控制复杂度：

• IGBT电路：控制简单，易于实现精确的电压调节。
• SCR电路：控制相对复杂，需要考虑触发和换相电路设计。

4. 应用场景：

• IGBT电路：适用于对响应速度和控制精度要求较高的场合，如电动机驱动、DC-DC转换器。
• SCR电路：适用于大功率整流、电力系统中的整流与调压等场合。

综上所述，晶体管和SCR各有优缺点。选择哪种半控型器件需根据具体应用需求进行权衡。SCR适用于高功率、对精确控制要求不高的应用，而晶体管则适用于精确控制和高效能要求的应用。为实现较高的控制精度更好的完成实验，本文采用IGBT电路。

2.2 系统总体框图

系统总体框图如图1所示，主要包括以下部分：

• 输入电压源：提供稳定的直流电压。
• 升压斩波电路：核心部分，负责将输入电压升压至所需输出电压。
• 控制电路：产生PWM信号，控制IGBT的导通和关断。
• 驱动电路：将控制电路的信号放大，以驱动IGBT工作。
• 保护电路：监控电路状态，提供过流、过压保护。
• 负载：纯电阻负载，吸收输出电能。

图2. simulink仿真设计框图

2.3 升压斩波电路工作原理及主电路图

2.4 电路参数计算

2.5 驱动电路和保护电路

2.6 输出缓冲电路设计

3 仿真结果分析

得出仿真波形曲线如下图所示：

图11 Simulink仿真电感电流、电容电流波形图

图12 Simulink仿真输入电压、输出电压、电流、功率波形图

在PWM控制信号下，电感电流、电容电流和输出电流等信号均呈现出与其周期相仿的波动趋势。图11第三个信号为电容电流信号，可以看出其在稳态点后的电流波形曲线还有较小裕度便进入了不连续工作区，而电感信号选型裕度相对来说更为宽松，与实际计算结果相符。同时，综合图11，流过负载的电流大概在3.8A左右，负载两端的电压大概在79V左右，与计算值相符，实际设计出来的输出功率为295W左右，误差率在1.67%，取得了较好的效果。