实验四·直流斩波电路BUCK电路.doc

实验四 直流降压斩波电路一 实验目的1.理解降压斩波电路的工作原理及波形情况，掌握该电路的工作状态及结果。2.研究直流降压斩波电路的全过程3.掌握降压斩波电路MATLAB的仿真方法，会设置各模块的参数。二 预习内容要点1. 降压斩波电路工作的原理及波形2. 输入值输出值之间的关系三 实验内容及步骤图2.11.降压斩波电路(BuckChopper)的原理图如图2.1所示。图中V为全控型器件，选用IGBT。D为续流二极管。由图4-12b中V的栅极电压波形UGE可知，当V处于通态时，电源Ui向负载供电，UD=Ui。当V处于断态时，负载电流经二极管D续流，电压UD近似为零，至一个周期T结束，再驱动V导通，重复上一周期的过程。负载电压的平均值为:式中ton为V处于通态的时间，toff为V处于断态的时间，T为开关周期，为导通占空比，简称占空比或导通比(=ton/T)。由此可知，输出到负载的电压平均值UO最大为Ui，若减小占空比，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。2.（1）器件的查找以下器件均是在MATLAB R2017b环境下查找的，其他版本类似。有些常用的器件比如示波器、脉冲信号等可以在 库下的Sinks、Sources中查找；其他一些器件可以搜索查找（2）连接说明有时查找出来的器件属性并不是我们想要的例如：示波器可以双击示波器进入属性后进行设置。（3）参数设置1. 双击直流电源把电压设置为200V。负载电动势20V。2. 双击脉冲把周期设为0.001s，占空比设为30，40%，80%，（可多设几组）延迟角设为30度，由于属性里的单位为秒，故把其转换为秒即，300.02/360；3. 双击负载把电阻设为10，电感设为0.1H；4. 双击示波器把Number of axes设为3，同时把History选项卡下的Limit data points to last前面的对勾去掉；5. 晶闸管和二极管参数保持默认即可4 仿真及其结果降压斩波仿真电路图 仿真波形及分析占空比为40占空比为60占空比为80占空比80%图2.2仿真波形图占空比从图中可以看出输出电压随占空比的变化而变化其关系为U0=Ui 五、实验总结IGBT的门极驱动条件密切地关系到他的静态和动态特性。门极电路的正偏压uGS、负偏压-uGS和门极电阻RG的大小，对IGBT的通态电压、开关、开关损耗、承受短路能力及du/dt电流等参数有不同程度的影响。其中门极正电压uGS的变化对IGBT的开通特性，负载短路能力和duGS/dt电流有较大的影响，而门极负偏压对关断特性的影响较大。同时，门极电路设计中也必须注意开通特性，负载短路能力和由duGS/dt电流引起的误触发等问题。根据上述分析，对IGBT驱动电路提出以下要求和条件：(1)由于是容性输出输出阻抗；因此IBGT对门极电荷集聚很敏感，驱动电路必须可靠，要保证有一条低阻抗的放电回路。(2)用低内阻的驱动源对门极电容充放电，以保证门及控制电压uGS有足够陡峭的前、后沿，使IGBT的开关损耗尽量小。另外，IGBT开通后，门极驱动源应提供足够的功率，使IGBT不至退出饱和而损坏。(3)门极电路中的正偏压应为+12+15V；负偏压应为-2V-10V。(4)IGBT 驱动电路中的电阻RG对工作性能有较大的影响，RG较大，有利于抑制IGBT 的电流上升率及电压上升率，但会增加IGBT 的开关时间和开关损耗；RG较小，会引起电流上升率增大，使IGBT 误导通或损坏。RG的具体数据与驱动电路的结构及IGBT 的容量有关，一般在几欧几十欧，小容量的IGBT 其RG值较大。(5)驱动电路应具有较强的抗干扰能力及对IGBT 的自保护功能。IGBT 的控制、驱动及保护电路等应与其高速开关特性相匹配，另外，在未采取适当的防静电措施情况下，IGBT的GE极之间不能为开路。IGBT驱动电路分类驱动电路分为：分立插脚式元件的驱动电路；光耦驱动电路；厚膜驱动电路；专用集成块驱动电路。本文设计的电路采用的是专用集成块驱动电路。IGBT驱动电路分析随着微处理技术的发展(包括处理器、系统结构和存储器件)，数字信号处理器以其优越的性能在交流调速、运动控制领域得到了广泛的应用。一般数字信号处理器构成的控制系统，IGBT驱动信号由处理器集成的PWM模块产生的。而PWM接口驱动能力及其与IGBT的接口电路的设计直接影响到系统工作的可靠性。