1、工程學院課程設計任務書課程名稱電力電子技術題目升壓斬波電源設計專業班級學生王振林電氣工及其自動化學號5指導老師顏漸德審批衛才任務書下達日期2010年5月17日設計完成日期2010年5月28日設計容與設計要求輸入直流電源：24V10%直流輸出電壓：320V 電壓在電流額定值之保持不變直流輸出電流額定值10A一設計容選擇一個單片機構成一個系統斬波電路的選擇IGBT 電流、電壓額定的選擇電力二極管，電抗器電感值的計算保護電路的設計觸發電路的設計畫出完整的主電路原理圖和控制電路原理圖寫出控制流程列出主電路所用元器件的明細表二設計要求1. 給出整體設計框圖，畫出系統的完整的原理圖 (用 protel99

2、 軟件繪制 )；2. 說明所選器件的型號，參數。給出具體電路畫出電路原理圖；說明書格式1. 課程設計封面；2. 任務書；3. 說明書目錄；4. 設計總體思路，基本原理和框圖；5. 相關計算及器件選型 ;6. 電路設計；7. 總結與體會；8. 附錄；9. 參考文獻；10. 課程設計的原理圖。進度安排十二周星期一：下達設計任務書，介紹課題容與要求；十二周星期一十二周星期五：查找資料，確定設計方案，畫出草圖。十三周星期一上午星期二下午：電路設計，打印出圖紙。星期三：書寫設計報告；星期四：書寫設計報告；星期五：答辯。參考文獻電力電子技術王兆安機械工業 2康華光 , 大欽 . 電子技術基礎 ( 第四版

3、). :高等教育 ,1998 3義和 .Protel DXP 電路設計快速入門 .: 中國鐵道 ,20034 乃國電源技術：中國電力， 19985 何希才新型開關電源設計與應用 ：科學， 2001摘要本設計是基于SG3525 芯片為核心控制的PWM升壓斬波電路（ Boost chopper ） . 設計由 Matlab 仿真和 Protel 兩大部分構成。Matlab 主要是理論分析，借助其強大的數學計算和仿真功能可也很直觀的看到 PWM控制輸出電壓的曲線圖。通過設置參數分析輸出與電路參數和控制量的關系。第二部分是電路板，它可以通過 Protel 設計完成，其中 Protel 原理圖設計系統以

4、其分層次的設計環境，強大的元件及元件庫的組織功能，方便易用的連線工具，強大的編輯功能設計檢驗，與印制電路板設計系統的緊密連接，自定義原理圖模板高質量的輸出等等優點，和豐富的設計法則，易用的編輯環境，輕松的交互性手動布線，簡便的封裝形式的編輯及組織，高智能的基于形狀的自定布線功能，萬無一失的設計檢驗等印制電路板設計系統的優點，使其在我們學生選用 PCB電路板設計軟件中占了絕大部分比重。本設計也采用 Protel 設計原理圖，和進行 PCB板布線。它是本設計從理論到實際制作的必進途徑，通過設定相應的規則，足以滿足設計所要求的規定。引言直流斬波電路作為將直流電變成另一種固定電壓或可調電壓的 DC-D

5、C 變換器 , 在直流傳動系統、充電蓄電電路、 開關電源、電力電子變換裝置及各種用電設備中得到普通的應用. 隨之出現了諸如降壓斬波電路、升壓斬波電路、 升降壓斬波電路、復合斬波電路等多種方式的變換電路 . 直流斬波技術已被廣泛用于開關電源及直流電動機驅動中，使其控制獲得加速平穩、 快速響應、節約電能的效果。 全控型電力電子器件 IGBT在牽引電傳動電能傳輸與變換、有源濾波等領域得到了廣泛的應用。但以IGBT為功率器件的直流斬波電路在實際應用中需要注意以下問題:（ 1）系統損耗的問；（ 2）柵極電阻；（ 3）驅動電路實現過流過壓保護的問題。1. 逆變電源工作原理1.1 DC/AC變換采用單相輸出

6、，全橋逆變形式，為減小逆變電源的體積，降低成本，輸出使用工頻LC濾波。由 4 個 IRF740 構成橋式逆變電路， IRF740 最高耐壓400V，電流 10A，功耗 125W，利用半橋驅動器 IR2110 提供驅動信號，其輸入波形由SG3524提供，同理可調節該SG3524的輸出驅動波形的D<50，保證逆變的驅動方波有共同的死區時間。IR2110是 IR 公司生產的大功率MOSFET和 IGBT 專用驅動集成電路，可以實現對MOSFET和 IGBT 的最優驅動，兼有光耦隔離和電磁隔離的優點，同時還具有快速完整的保護功能，可以提高控制系統的可靠性，減少電路的復雜程度。是中小功率變換裝置中

7、驅動器件的首選。VDD高VB電欠電壓平檢測R Q轉換RR Q脈沖濾HOSSVDD /波HINVCC 電平轉換器脈沖V S放大SDVCCVDD /欠電壓VCC 電平LIN檢測轉換器LOSVSSR Q延時COM圖6IR2110內部框圖LO（引腳 1） : 低端輸出COM（引腳 2） : 公共端Vcc（引腳 3）: 低端固定電源電壓Nc（引腳 4）:空端Vs（引腳 5）: 高端浮置電源偏移電壓VB( 引腳 6): 高端浮置電源電壓HO（引腳 7） : 高端輸出Nc（引腳 8）:空端VDD（引腳 9）: 邏輯電源電壓HIN（引腳 10）:邏輯高端輸入SD（引腳11）: 關斷LIN（引腳12） : 邏輯

8、低端輸入Vss（引腳13）: 邏輯電路地電位端，其值可以為0VNc（引腳14）: 空端IR2110的部結構和工作原理框圖如圖6 所示。圖中HIN和LIN為逆變橋中同一橋臂上下兩個功率 MOS的驅動脈沖信號輸入端。 SD為保護信號輸入端，當該腳接高電平時， IR2110 的輸出信號全被封鎖，其對應的輸出端恒為低電平；而當該腳接低電平時， IR2110 的輸出信號跟隨 HIN 和 LIN 而變化，在實際電路里， 該端接用戶的保護電路的輸出。 HO和 LO是兩路驅動信號輸出端，驅動同一橋臂的 MOSFET。IR2110 的自舉電容選擇不好，容易造成芯片損壞或不能正常工作。 VB 和 VS之間的電容為

9、自舉電容。自舉電容電壓達到8.3V 以上，才能夠正常工作，要么采用小容量電容，以提高充電電壓，要么直接在VB 和 VS 之間提供 10 20V 的隔離電源，本電路采用了1F的自舉電容。為了減少輸出諧波，逆變器 DC/AC部分一般都采用雙極性調制，即逆變橋的對管是高頻互補通和關斷的。1.2 逆變橋逆變：逆變橋部分，采用IGBT 作為功率開關管。由于IGBT 寄生電容和線路寄生電感的存在，同一橋臂的開關管在開關工作 時相互會產生干擾，這種干擾主要體現在開關管門極上。如圖3 實際電路中， IR2110 的輸出推挽電路 , 這個電壓尖刺幅值隨母線電壓 VB、VS和負載電流的增大而增大， 可能達到 足以

10、導致 T2 瞬間誤導通的幅值，這時橋臂就會形成直通，造成電路燒毀。同樣地，當 T2 開通時，的門極也會有電壓尖刺產生。帶有門極關斷箝位電路的驅動電路通過減小 RS和改善電路布線可以使這個電壓尖刺有所降低， 但均不能達到可靠防止橋臂直通的要求。 本文將提出一種門極關斷箝位電路， 通過在開關管驅動電路中附加這種電路， 可以有效地降低上述門極尖刺。門極關斷箝位電路由 MOSFET管 MC1和 MC2,MC1門極下拉電阻 RC1和 MC2門極上拉電阻 RC2組成。實際上該電路是由 MOSFET 構成的兩級反相器。當 MC1門極為高電平時， MC1導通， MC2因門極為低電平而關斷，不影響功率開關管的正

11、常導通； 當 MC1門極為低電平時， MC1 關斷， MC2因門極為高電平而飽和導通，從而在功率開關管的門極形成了一個極低阻抗的通路，將功率開關管的門極電壓箝位在 0V，基本上消除了上文中提到的電壓尖刺。 在使用這個電路時，要注意使 MC2D、S 與功率開關管 GE間的連線盡量短，以最大限度地降低功率開關管門極寄生電感和電阻。在電路板的排布上， MC要盡量靠近功率開關管，而 MC1,RC1和RC2卻不必太靠近 MC2，這樣既可以發揮該電路的作用，也不至于給電路板的排布帶來很大困難。 可以看到在門極有一個電壓尖刺， 這個尖刺與門極脈沖的時間間隔剛好等于死區時間， 由此可以證明它是在同一橋臂另一開

12、關管開通時產生的。此時電壓尖刺基本消除。 通過實驗驗證，該電路確實可以抑制和消除干擾，有一定的使用價值，可以提高電路的可靠性2. 單相交流調壓工作原理 2.1 主電路工作原理假設 L 值、 C 值很大， V 通時， E 向 L 充電，充電電流恒為 I1 ，同時C的電壓向負載供電，因C值很大，輸出電壓 uo 為恒值 , 記為 Uo。設 V 通的時間為 ton ，此階段 L 上積蓄的能量為 EI1tonV 斷時，E 和 L 共同向 C充電并向負載 R 供電。設 V 斷的時間為 toff，則此期間電感 L 釋放能量為Uo E I 1toff穩態時，一個周期 T 中 L 積蓄能量與釋放能量相等（1-1

13、 ）化簡得：EI 1t onU oE I 1tofftontoff（1-2 ）ETU otoffEtoffT/toff 1，輸出電壓高于電源電壓，故稱升壓斬波電路。也稱之為 boost chooper 變換器。T/toff 升壓比，調節其即可改變Uo。將升壓比的倒數記作，即toffT 。和導通占空比，有如下關系：1因此，式（ 1-2 ）可表示為U o11EE1（1-3 ）（1-4 ）升壓斬波電路能使輸出電壓高于電源電壓的原因： L 儲能之后具有使電壓泵升的作用 電容 C 可將輸出電壓保持住3.2IGBT 驅動電路選擇IGBT的門極驅動條件密切地關系到他的靜態和動態特性。門極電路的正偏壓 uGS

14、、負偏壓 -uGS 和門極電阻 RG的大小，對 IGBT 的通態電壓、開關、開關損耗、承受短路能力及 du/dt 電流等參數有不同程度的影響。其中門極正電壓 uGS的變化對 IGBT 的開通特性，負載短路能力和 duGS/dt 電流有較大的影響， 而門極負偏壓對關斷特性的影響較大。同時，門極電路設計中也必須注意開通特性， 負載短路能力和由 duGS/dt 電流引起的誤觸發等問題。根據上述分析，對 IGBT 驅動電路提出以下要求和條件：(1) 由于是容性輸出輸出阻抗； 因此 IBGT 對門極電荷集聚很敏感， 驅動電路必須可靠，要保證有一條低阻抗的放電回路。(2) 用低阻的驅動源對門極電容充放電，

15、以保證門及控制電壓 uGS有足夠陡峭的前、后沿，使 IGBT 的開關損耗盡量小。另外， IGBT 開通后，門極驅動源應提供足夠的功率，使 IGBT 不至退出飽和而損壞。(3) 門極電路中的正偏壓應為 +12+15V；負偏壓應為 -2V-10V。(4)IGBT驅動電路中的電阻RG對工作性能有較大的影響，RG較大，有利于抑制 IGBT 的電流上升率及電壓上升率，但會增加 IGBT 的開關時間和開關損耗； RG較小，會引起電流上升率增大， 使 IGBT 誤導通或損壞。RG的具體數據與驅動電路的結構及 IGBT 的容量有關，一般在幾歐幾十歐，小容量的 IGBT 其 RG值較大。SG3525設(5) 驅

16、動電路應具有較強的抗干擾能力及對 IGBT 的自保護功能。IGBT的控制、驅動及保護電路等應與其高速開關特性相匹配，另外，在未采取適當的防靜電措施情況下， IGBT的 GE 極之間不能為開路。IGBT 驅動電路分類驅動電路分為：分立插腳式元件的驅動電路；光耦驅動電路；厚膜驅動電路；專用集成塊驅動電路。 本文設計的電路采用的是專用集成塊驅動電路。IGBT 驅動電路分析隨著微處理技術的發展 ( 包括處理器、系統結構和存儲器件 ) ，數字信號處理器以其優越的性能在交流調速、運動控制領域得到了廣泛的應用。一般數字信號處理器構成的控制系統， IGBT 驅動信號由處理器集成的 PWM模塊產生的。而 PWM

17、接口驅動能力及其與 IGBT 的接口電路的設計直接影響到系統工作的可靠性。因此本文采用計出了一種可靠的 IGBT 驅動方案。2.4最優參數選擇uouoEOtii1i2I10I 20I10Otont offtT圖 3-1 電流連續當IGBT處于導通時，得(1-6)EOii1i2OtonIt201 t xt2toffT圖 3-2電流斷續di1Ri 1E MLdttt設 i 1 的初值為 I10 ，解上式得tE Mti 1I 10 e1 eR(17)當 IGBT處于關斷時，設電動機電樞電流為i 2 ，得di2Ri 2E MEL( 1dt 8 )設 i 2的初值為 I20 ，解上式得tt onEE M

18、t t oni 2I 20 e1eR(19 )當電流連 續時 ，從 圖 3-2的電流波形可看出， t = t on時刻i1 = I 20 ， t=T 時刻 i 2 = I 10，由此可得tonE MtonI 20I 10 e1 eR( 110 )to ffEE Mt offI 10I 20 eR1e(111 )故由上兩式求得：toffI10EM1eRT1eEm 1eER1eR(112)tonTI 20EMeeEeeERTRmeRe11(113)把上面兩式用泰勒級數線性近似，得I 10I 20( m) ER(1 14)該式表示了 L 為無窮大時電樞電流的平均值I o ，即I o( mEE ME)

19、RR(1 15)當電流斷續時的波形如圖3-2所示。當 t=0 時刻i1I=0，令式= 10（ 1-10 ）中I10=0 即可求出I20 ，進而可寫出i 2的表達式。另外，當t= t 2時， i2 =0，可求得 i 2持續的時間 tx ，即t ont x1mel nm( 1116 )當t xt off時，電路為電流斷續工作狀態，t xt off是電流斷續的條件，即m17 )1e1e( 1根據上式可對電路的工作狀態做出判斷。該式也是最優參數選擇的依據。二、硬件實驗2.1 硬件電路整流電路本設計采用橋式電路整流： 由四個二極管組成一個全橋整流電路.對整流出來的電壓進行傅里葉變換得vout2vin2

20、4 cos 2 t4 cos4 t46 t.31535，由整流電路出來的電壓含有較大的紋波，電壓質量不太好，故需要進行濾波。本電路采用 RL 低通濾波器（通過串聯一個電感，濾除電流的高次諧波，并聯一個電容濾除電壓的高次諧波） ，以減小紋波。 Protel 原理圖如下圖 4 所示：圖 4 protel 原理圖輸入端接 220V、50Hz 的市電，進過變壓器 T1（原線圈 / 副線圈為 4/1 ）后輸出 55V、 50Hz。當同名端為正時 D2、D5 導通， D3、D4 截止，電壓上正下負。當同名端為負時 D2、 D5截止， D3、 D4導通，電壓同樣是上正下負，從而實現整流。電感具有電流不能突變

21、，通直流阻交流特性，因此串聯一個電感可以提高直流電壓品質。而電容具有電壓不能突變， 通交流阻直流特性，因此并聯一個大電容可以濾除雜波，減小紋波。結合兩種元器件的特性，組成上圖整流電路，可以得到比較理想的直流電壓（幅值為50V左右）。斬波信號產生電路此電路主要用來驅動 IGBT 斬波。產生 PWM信號有很多方法，但歸根到底不外乎直接產生 PWM的專用芯片、單片機、 PLC、可編程邏輯控制器等本電路采用直接產生 PWM的專用芯片 SG3525.該芯片的外圍電路只需簡單的連接幾個電阻電容，就能產生特定頻率的 PWM波，通過改變 IN+ 輸入電阻就能改變輸出 PWM波的占空比，故在 IN+端接個可調電

22、阻就能實現 PWM控制。為了提高安全性， 該芯片部還設有保護電路。它還具有高抗干擾能力，是一款性價比相當不錯的工業級芯片。為了減少不同電源之間的相互干擾， SG3525輸出的 PWM經過光電耦合之后才送至驅動電路。其電路圖如下圖 5 所示：工作原理：通過 R2、R3、C3 結合 SG3525產生鋸齒波輸入到 SG3525 的振蕩器。其產生的 PWM信號由 OUTA、OUTB輸出，調節 R7 可以改變占空比。輸出的 PWM信號通過二極管 D6、 D7送至光電耦合器 U2，光耦后通過驅動電路對信號進行放大。放大后的電壓可以直接驅動 IGBT。此電路具有信號穩定，安全可靠等優點。因此他適用于中小容量

23、的 PWM斬波電路。斬波電路本設計為直流升壓斬波（ boost chopper ）電路，該電路是本系統的核心。應為輸出電壓比較大， 故斬波器件選用能夠承受大電壓和導通阻小，開關頻率高，開關時間小的大功率IGBT 管。原理圖如下圖6 所示：圖 6主電路仿真圖左邊接經整流之后的 50V 電壓。右邊為斬波電壓輸出， J2 為測試點。 V-G 為 SG3525輸出的 PWM斬波信號。 Q1 為 IGBT，D1 為電力二極管， L2為電感， C1為電容， R1 為負載。原理分析：首先假設電感 L 值很大，電容 C 值也很大。當 V-G 為高電平時， Q1導通，50V 電源向 L2 充電，充電基本恒定為

24、I1 , 同時電容 C 上的電壓向負載 R 供電，因 C值很大，基本保持輸出電壓 u o 為恒值，記為 U o 。設 V 處于通態的時間為 t on ，此階段電感 L 上積儲的能量為 EI 1ton 。當 V 處于段態時 E 和 L 共同向電容 C 充電，并向負載 R 提供能量。設 V 處于段態的時間為 toff ，則在此期間電感 L 釋放的能量為 (U 0E)I 1toff 。當電路工作于穩態時，一個周期 T 中電感 L 積儲的能量于釋放的能量相等，即EI 1ton(U 0E) I1toff（2-1 ）化簡得U tontoffET E0tofftoff（2-2 ）上式中的 T / toff

25、1，輸出電壓高于電源電壓。式（2-1 ）中 T / t off 為升壓比，調節其大小即可改變輸出電壓U o 的大小?？傇韴D圖形如下圖 7 所示。其中 J1 為市電插口， P1 接 15V 驅動 ,P2 為驅動IGBT的 PWM信號 T1 為變壓器，將 220 V 市電轉換成頻率不變的 55V 交流電（題目要求整理輸出 50V，由于元器的阻抗會分壓，故把輸入電壓提高5 V ，此時變壓器變比為T1：T2=4:1）。變壓器變壓后輸入到由D2、D3、D4、D5四個整流二極管組成的整流電路輸入端 。經整流后電壓含有較大的紋波，故通過 L1、C2 組成的 LC 低通濾波器進行濾波。濾波后輸出的電壓就比較

26、平滑了。接下來就是由電感 L2、斬波器件 IGBT Q1，電力二極管D1、電容 C1 組成的升壓斬波電路（ Boost Chopper ） . 改變驅動信號 PWM 的占空比就可以調節輸出到負載 R1 兩端電壓， J2 是負載兩端的電壓測試點，接至示波器就可以看到輸出電壓。圖 7 總原理圖三課程設計總結現在我們所使用到能源中電能占了很大的比重，它具有成本低廉，輸送方便，綠色環保， 控制方便能很容易轉換成其他的信號等等。我們的日常生活已經離不開電了。 在如今高能耗社會，合理的利用電能， 提高電能品質和用電效率成為了全球研究的當務之急。而電力電子技術正是與這一主題相關聯的。 直流升壓斬波電路是里面

27、的一部分，它開關電源， 與線性電源相比， 具有綠色效率高， 控制方便，智能化，易實現計算機控制。在做課程設計的這段時間里，通過不斷地查找資料，最升壓斬波電路有了一定的理解。 并且在 matlab 中仿真實現了， 最后在 protel 中繪制了原理圖和 PCB板。在做課程設計過程中，我對 matlab 在仿真中的應用有了進一步的了解和掌握。 Matlab 在電力電子方面的仿真應用時，可以將電力電子電路輸出效果圖形化，形象直觀，可以幫助我們對電路的理解。在制作 PCB板的過程中，我對 protel 的各種功能有了一定的了解，也讓我明白了理論和實際有很大差別。經過這次課程設計，我認識到自己還有很多東

28、西需要進一步加強學習，而且要把理論聯系實踐來學習，不僅要懂理論知識， 還要懂如何作出實物。設計體會做了兩周的課程設計， 使我有了很多的心得體會， 可以說這次直流電機斬波調速控制系統課程設計是在大家共同努力和在老師的精心指導下共同完成的。一開始接觸這個課題時我還不知道該從何下手， 很多東西不知該如何實現，經過 2 星期的努力，在圖書館和網上查資料，請教同學，終于是完成了任務。通過這次設計加深了我對這門課程的了解， 以前總是覺得理論結合不了實際，但通過這次設計使我認識到了理論結合實際的重要性。 但由于我知識的限制，設計還有很多不足之處，希望老師指出并教導。通過對電路圖的研究， 也增強了我們的思考能

29、力。 另外，在使用 protel 軟件繪制電路圖的過程中， 我學到了很多實用的技巧， 這也為以后的工作打下了很好的基礎。 從開始任務到查找資料，到設計電路圖， 到最后的實際接線過程中， 我學到了課堂上學習不到的知識。 上課時總覺得所學的知識太抽象，沒什么用途，現在終于認識到它的重要性。課程設計是培養學生綜合運用所學知識 ,發現 ,提出 ,分析和解決實際問題 ,鍛煉實踐能力的重要環節 ,是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。很感激學校給了我們這次動手實踐的機會， 讓我們學生有了一個共同學習，增長見識，開拓視野的機會。也感老師對我們無私忘我的指導，我會以這次課程設計作為對自己的激勵，繼續學習。

30、參考文獻1王兆安 , 黃俊 . 電力電子技術 ( 第四版 ).:機械工業 ,20002康華光 , 大欽 . 電子技術基礎 ( 第四版 ). :高等教育 ,19983義和 .Protel DXP電路設計快速入門 .:中國鐵道 ,20034 乃國電源技術：中國電力， 19985 何希才新型開關電源設計與應用 ：科學， 20016 阮新波，嚴仰光直流開關電源的軟開關技術 ：科學， 20007 汝全電子技術常用器件應用手冊【 M】機械工業8 禮明實際直流斬波電路中若干問題的淺析梅山科技，2005元器件列表本系統除了PWM信號產生電路采用集成芯片外，其余的均采用分立元件。具體見下表 1 （元器件清單）

31、：CommentDescriptionDesignatorFootprintLibRefQuantityCap Pol1Polarized Capacitor (Radial)C1, C2, C4RB7.6-15Cap Pol13CapCapacitorC3RAD-0.3Cap1Diode 1N54073 Amp Medium Power Silicon Rectifier DiodeD1, D2, D3, D4, D5DIO18.84-9.6x5.6Diode 1N54075Diode 1N4148High Conductance Fast DiodeD6, D7DIO7.1-3.9x1.9

32、Diode 1N41482IEC Mains Power Outlet, EN60 320-2-2Plug AC FemaleF Class I,PC Flange Rear Mount, ChassisJ1IEC7-2H3Plug AC Female1SocketSocketSocketJ2PIN1Socket1Inductor IronMagnetic-Core InductorL1, L2AXIAL-0.9Inductor Iron2Header 2Header, 2-PinP1, P2, P3HDR1X2Header 23RF1S40N1040A, 100V, 0.04 Ohm, N-

33、Channel PowerQ1TO-262AARF1S40N101MOSFETD44H8NPN Power AmplifierQ2TO-220D44H81D45H8PNP Power AmplifierQ3TO-220D45H81Res2ResistorR1, R2, R3, R4, R5, R6AXIAL-0.4Res2610kPotentiometerR7VR5RPot1Trans EqTransformer (Equivalent Circuit Model)T1TRF_4Trans Eq1SG3525ANRegulating Pulse Width ModulatorU1DIP16SG

34、3525AN1Optoisolator14-Pin Phototransistor OptocouplerU2DIP-4Optoisolator11保護電路設計斬波器的散熱設計：熱管散熱技術是當今國際較流行的散熱方式，國近年來發展較快， 被人們稱之為熱的“超導體” ，已廣泛用于車輛電傳動系統，熱管的主要特點：高效的導熱性，高度的等溫性， 熱流密度變換能力強， 結構多樣靈活、重量輕。由于 IGBT模塊的開關頻率高， 開關損耗大，特別是對大功率 IGBT 模塊，一般普通型材散熱器難以滿足要求。 熱管散熱器特別適合于這種安裝底板絕緣的大功率 IGBT 模塊散熱。目前適合于大功率 IGBT 模塊的熱管

35、散熱器的熱阻可以達到額定標準以下。過電流保護電路：過電流保護采用的是在主電路中串聯一個1的電阻，在其兩端并聯電磁繼電器的線圈。 過流保護信號取自電阻兩端的電壓， 當主電路的電流高于一定數值時，電磁繼電器的開關閉合，接通低電平， 該過電流信號還送到 SG3525的腳 10。在 SG3525部由于 T3 基極與 A 端線相連， A 端線由低電壓上升為邏輯高電平，經過 SG3525A的 13 腳輸出為高電平，功率驅動電路輸出至功率場效應管的控制脈沖消失。 在電路中，過流保護環節還輸出一個信號到與門的輸入端， 當出現過流信號時， 檢測環節輸出一低電平信號到與門的輸入端，使脈沖消失，與 SG3525的故

36、障關閉功能一起構成雙重保護。IGBT的保護設計：在斬波電路中對斬波器的保護，實際上就是對 IGBT 的保護。所以重要的是怎么設計好對開關管 IGBT 的保護方案。在設計對 IGBT 的保護系統中，主要是針對過電流保護和開關過程中的過電壓保護。IGBT的過電流保護IGBT 的過流保護電路可分為 2 類：一類是低倍數的（ 1.2 1.5 倍）的過載保護；一類是高倍數（可達 810 倍）的短路保護。對于過載保護不必快速響應，可采用集中式保護， 即檢測輸入端或直流環節的總電流，當此電流超過設定值后比較器翻轉，封鎖所有 IGBT 驅動器的輸入脈沖，使輸出電流降為零。這種過載電流保護，一旦動作后，要通過復

37、位才能恢復正常工作。IGBT 能承受很短時間的短路電流，能承受短路電流的時間與該 IGBT 的導通飽和壓降有關， 隨著飽和導通壓降的增加而延長。 如飽和壓降小于 2V 的 IGBT允許承受的短路時間小于 5s，而飽和壓降 3V 的 IGBT 允許承受的短路時間可達 15 s， 4 5V 時可達 30s 以上。存在以上關系是由于隨著飽和導通壓降的降低， IGBT 的阻抗也降低，短路電流同時增大，短路時的功耗隨著電流的平方加大，造成承受短路的時間迅速減小。通常采取的保護措施有軟關斷和降柵壓 2 種。軟關斷指在過流和短路時，直接關斷 IGBT。但是，軟關斷抗騷擾能力差，一旦檢測到過流信號就關斷，很容

38、易發生誤動作。為增加保護電路的抗騷擾能力， 可在故障信號與啟動保護電路之間加一延時，不過故障電流會在這個延時急劇上升，大大增加了功率損耗， 同時還會導致器件的 di/dt 增大。所以往往是保護電路啟動了，器件仍然壞了。降柵壓旨在檢測到器件過流時，馬上降低柵壓，但器件仍維持導通。降柵壓后設有固定延時， 故障電流在這一延時期被限制在一較小值，則降低了故障時器件的功耗， 延長了器件抗短路的時間， 而且能夠降低器件關斷時的 di/dt，對器件保護十分有利。若延時后故障信號依然存在，則關斷器件，若故障信號消失，驅動電路可自動恢復正常的工作狀態，因而大大增強了抗騷擾能力。IGBT開關過程中的過電壓保護關斷

39、 IGBT 時，它的集電極電流的下降率較高，尤其是在短路故障的情況下，如不采取軟關斷措施，它的臨界電流下降率將達到數 kA/ s。極高的電流下降率將會在主電路的分布電感上感應出較高的過電壓， 導致 IGBT 關斷時將會使其電流電壓的運行軌跡超出它的安全工作區而損壞。所以從關斷的角度考慮， 希望主電路的電感和電流下降率越小越好。但對于 IGBT 的開通來說，集電極電路的電感有利于抑制續流二極管的反向恢復電流和電容器充放電造成的峰值電流， 能減小開通損耗， 承受較高的開通電流上升率。一般情況下 IGBT 開關電路的集電極不需要串聯電感，其開通損耗可以通過改善柵極驅動條件來加以控制。2.2電路參數及

40、選型Ud=110V考慮占空比為 90%，則Us=Ud/0.9=123V取Us=1.2U2U2=Us/1.2= 102V考慮到 10%的裕量U2=1.1× 102V=113V一、二次電流計算I2=Id=13A變比K=U1/U2=220/113=1.95I1=I2/K=13/1.08=12A考慮空載電流，取I1=1.05× 12=12.6A變壓器容量計算S1=U1×I1=220 ×12.6=2772VAS2=U2×I2=113 ×13=1469VAS=(S1+S2)/2=2120.5VA整流元件選擇二極管承受反向最大電壓UDM=1.414

41、U2=1.414×113 160V考慮 3 倍裕量，則UTN=3×160=480V 取 500V該電路整流輸出接有大電容， 而且負載也不是純電感負載， 但為了簡化計算，仍可按電感計算，只是電流裕量要可適當取大些即可。IdD=0.5Id=0.5×13=6.5AID=Id/1.414=13/1.414=9.2AID(AV)=2ID/1.57=2×9.2/1.57=11.7A濾波電容選擇C1 一般根據放電的時間常數計算，負載越大，要求紋波系數越小，一般不做嚴格計算，多取 2000 uF 以上。因該系統負載不大，故取C1=2200 uF耐壓1.5UDM=1.5即選用 2200uF、 250V 電容器。IGBT的選擇× 160=240V取250V因為 Us=123V，取 3 倍裕量，選耐壓為 400V 以上的 IGBT。由于 IGBT 是以最大標注且穩定電流與峰值電流間大致為 4 倍關系，故應選用大于 4 倍額定負載電流的 IGBT 為宜，因此選用 5