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

本文介绍了一种基于IGBT的升压斩波电路设计，详细描述了电路的设计指标、工作原理、系统框图以及仿真结果。通过与SCR升压斩波电路的对比分析，展示了IGBT在控制精度和效率方面的优势。文章内容专业且深入，适合对电力电子感兴趣的读者。

1. 设计指标

设计条件如下：

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，可以选择使用SCR（可控硅整流器）代替IGBT。以下是两种电路的对比：

工作原理：

• 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。

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。

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。

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，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IGBT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1. 系统总体框图

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。

4. 总结

本次IGBT升压斩波电路设计是在用心努力和老师精心指导下共同完成的。在两个星期的时间里，每天都充满着压力与忙碌，但收获颇丰。设计过程中，通过查阅大量资料、与同学讨论交流、自学等方式，克服了许多困难，学到了不少知识。通过本次课程设计，更加深刻理解了斩波器的原理，体会到电力电子这门学科的重要性。同时，也发现课本上的理论知识和实践还是有一定的差别，理论知识要应用到实践中要经过仔细地思考和多次尝试，才能达到理论联系实践的效果。

最后要感谢给予帮助的老师和同学们，没有他们的耐心帮助，本次课程设计将很难完成。