直流斩波电路课程设计

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1、0 目录目录 第一章 方案的选择和电路的整体结构 1 1.1 方案的选择 1 1.2 电路的整体结构 2 第二章 主电路的设计 3 2.1 主电路的原理 3 第三章 驱动电路的设计. 4 3.1 驱动芯片的选择 4 3.2 驱动芯片的介绍 4 3.3 驱动电路的设计 5 第四章 控制电路的设计. 6 4.1 控制电路的设计原理. 6 4.2 控制电路原理图 . 6 第五章 保护电路的设计. 8 5.1 IGBT 的栅极保护 8 5.2 IGBT 的集电极和发射极的保护 . 8 5.3 IGBT 的过热保护 9 第六章 结论 . 10 心得体会. 11 附录：ATMEGA16 设计源程序 12

2、参考文献. 14 1 第一章第一章 方案的选择和电路的整体结构方案的选择和电路的整体结构 1.1 方案的选择方案的选择 1.1.1 主电路的选择主电路的选择 本次设计的内容是直流可调电源，目的是实现输出电源的可调节，有以下两 种主电路的方案，现对这两种方案进行分析比较。 方案一：桥式全控整流电路方案一：桥式全控整流电路 桥式全控直流电路采用四个晶闸管桥式连接， 通过控制晶闸管的导通时间使 得输出的平均电压降低，实现电压可调。 优点：可以直接用市电进行整流调节。 缺点：晶闸管属于半控器件，控制不灵活。输出电压不稳定，有波动。输入 端与输出端进行隔离。 方案二：直流斩波电路方案二：直流斩波电路 直

3、流斩波电路属于 DC-DC 变换电路， 通过控制电力电子器件 IGBT 或 MOSFET 的通断时间来实现电压大小的可调节。 缺点：不能直接用市电进行设计，需要有恒定的直流电源。 优点：输入端与输出端不用进行隔离，IGBT 和 MOSFET 为全控器件，可以随 意的控制其开通或者关断，并且电路结构简单，容易实现。 综上所述，本次设计采用直流斩波电路为设计主电路，并且使用 IGBT 作为 开关器件。 1.1.2 控制电路的选择控制电路的选择 控制电路的功能是控制电力电子器件 IGBT 的通断，现有两种主电路的设计 方案，现进行比较分析。 2 方案一：采用方案一：采用 UC3842 芯片芯片 UC

4、3842 是一种 PWM 发生芯片，是一种高性能的固定频率电流型控制器， 单端输出单端输出单端输出单端输出可直接驱动可直接驱动可直接驱动可直接 驱动 IGBT。 方案二：采用方案二：采用 ATMEGA16 单片机单片机 ATMEGA16 是基于增强的 AVR RISC 结构的低功耗 8 位 CMOS 微控制器，具 有丰富的片内资源，能发出独立的 PWM 信号，通过改变寄存器的值来改变输出 PWM 的占空比。 因为本次设计打算设定 4 个输出档位，分别为 3V，5V，10V，15V，而且采 用 ATMEGA16 单片机可以使用其剩余引脚进行电路的其他控制， 例如显示输出电 压幅值等。 综上所述，

5、本次设计采用 ATMEGA16 单片机为控制电路的 CPU。 1.2 电路的整体结构电路的整体结构 本次设计直流可调电源主要依据直流斩波电路（Buck 电路）的原理，利用 AVR 单片机控制其开关器件的导通时间，从而实现输出电圧的可调。 设计电路整体结构如图 1-1 控制电路驱动电路主电路 保护电路 图 1-1 电路的整体结构框图 3 第二章第二章 主电路的设计主电路的设计 2.1 主电路的原理主电路的原理 本次设计的主电路为降压斩波电路（Buck） ，其原理图如下图所示 L VD R V EEm IGBT 图 2-1 降压斩波电路 如图，IGBT 在控制信号的作用下开通与关断。开通时，二极管

6、截止，电流 io 流过大电感 L，电源给电感充电，同时为负载供电。而 IGBT 截止时，电感 L 开始放电为负载供电，二极管 VD 导通，形成回路。IGBT 以这种方式不断重复开 通和关断，而电感 L 足够大，使得负载电流连续，而电压断续。从总体上看，输 出电压的平均值减小了。输出电压与输入电压之比由控制信号的占空比来决定。 输出电压的平均值都与负载无关，其大小为： onon o onoff tt U=E=E=E t+tT 其中 on t为 IGBT 的导通时间， off t为 IGBT 的关断时间，为控制信号的占空比。 如图 2-2 所示降压斩波电路的电压不连续 iG t t T iG ton toff io i1 i2 I10I20 t1 uo a) b) O O T EE iG ton toff io tx i1 i2 I20 t1 t2 uo 图 2-2 降压斩波电路的工作波形图 4 第三章第三章 驱动电路的设计驱动电路的设计 3.1 驱动芯片的选择驱动芯片的选择 IGBT 是电力电子器件， 控制电路产生的控制信号一般难以以直接驱动 IGBT。 因此需要将信号放大的电路