电力电子课程设计
学院：信息科学工程学院
专业班级：高级工程试验班（信息）
学生姓名：
学生学号：
指导教师：
Abstract
This project is aiming to construct a DCDC voltage converter which can transform 15V to 5V This electronic system includes Control circuitDrive circuitBuck Chopper circuit and Feedback circuit The kernel fullcontrol device is IGBT and some Expansion modules can optimize the performance of this converter It has been testified by MATLAB software guaranteeing that the converter works well and meets all the demands and it has reliable protection function to ensure the stability of the system
目录
引言………………………………………………………1
二 设计求方案…………………………………………2
21设计求…………………………………………………2
22 方案确定…………………………………………………2
三 电路设计………………………………………………4
31 电路方案……………………………………………4
32 工作原理………………………………………………4
33 参数分析…………………………………………………6
四 控制电路设计……………………………………………8
41 控制电路方案选择………………………………………8
42 工作原理…………………………………………………9
五 驱动电路设计……………………………………………14
51 驱动电路方案选择………………………………………14
52 工作原理………………………………………………14
六 保护电路设计……………………………………………18
61 压保护电路……………………………………………18
62 流保护电路…………………………………………19
七 系统仿真结…………………………………………21
八 总电路原理图……………………27
九 参考文献………………………………………………28
十 致谢……………………………………………………28
引言
DCDC变换固定直流电压变换成变直流电压称直流斩波斩波电路电子电路供电电源拖动直流电动机带蓄电池负载等BUCK变换器开关电源基拓扑结构中种BUCK变换器称降压变换器种输入输出电压进行降压变换直流斩波器输出电压低输入电压具优越变压功直接需直接降压方 次课设立求设计出DCDC变换器实现15V5V电压变换选取电路IGBT降压斩波电路
IGBT降压斩波电路直流斩波中基种电路IGBT 作全控型器件降压斩波电路直流直流降压变换IGBTMOSFET双极晶体复合器件MOSFET易驱动特点具功率晶体电压电流容量等优点频率特性介MOSFET功率晶体间正常工作十千赫兹频率范围较高频率中功率应中占导位IGBT作全控型器件降压斩波电路IGBT易驱动电压电流容量优点
IGBT降压斩波电路易驱动电压电流容量电力电子技术应领域中广阔发展前景开关电源低电压电流高效率发展趋势促进IGBT降压斩波电路发展
二 设计求方案
21 设计求
1 务 设计制作DCDC 变换器（15V 转变成5V）
2 求
1）输出电压 Uo ：5V
2）输出电流 Iomax ：1A
3）输入电压范围：12V~18V
4）输出电流Io 范围：0~1A 时
3说明
1）DCDC 变换器允许成品模块开关电源控
制芯片
2）电源输出功率应连续安全工作足够长时间
3）设计报告正文中应包括系统总体框图核心电路原理图
流程图保护电路图
4) 设计报告中写明设计程
5) 利仿真软件分析电路工作程
22 方案确定
电力电子器件实际应中般控制电路驱动电路保护电路电力电子器件核心电路组成系统信息电子电路组成控制电路系统工作求形成控制信号通驱动电路控制电路中电力电子器件导通者关断完成整系统功控制电路产生控制信号够足驱动电力电子开关时需驱动电路
根降压斩波电路设计务求设计电路控制电路驱动保护电路设计出降压斩波电路结构框图图1示
驱动电路
光耦隔离
BUCK
电路
控制电路
SG3525
保护反馈电路
电压电流反馈
图1降压斩波电路结构框图
图1结构框图中控制电路产生降压斩波电路控制信号控制电路产生控制信号传驱动电路驱动电路控制信号转换加开关控制端开通关断信号通控制开关开通关断控制降压斩波电路电路工作保护电路保护电路防止电路产生电流现象损害电路设备通负载取电压电流基准值较电压电流保护电路生成反馈信号控制电路产生动作调节buck电路输出电压电流
三电路设计
31 电路方案
根选课题设计求设计降压斩波电路运电力电子开关控制电路通断改变占空获想电压根学降压斩波电路作电路方案较简单方案直接进行直直变换简化电路结构
降压斩波电路前连接单相桥式整流电路滤波稳压220V交流市电转化成15V直流电压送buck电路输入端
开关选择选较熟悉全控型IGBT选半控型晶闸IGBT控制较简单具输入阻抗高开关速度快驱动电路简单等特点通态压降耐压高电流等优点
32 工作原理
降压斩波电路电路原理图图2示：
图2 降压斩波电路电路原理图
t0时刻驱动V导通电源E负载供电负载电压负载电流指数曲线升
tt1时控制V关断二极VD续流负载电压似零负载电流呈指数曲线降通常串接较电感L负载电流连续脉动
图4 断续时波形
t
t
t
O
O
O
图3 连续时波形
形 电流连续时波形(diànliúliánxùshídebōxíng)
电压电压电流波形
波形
T
E
i
G
t
on
t
off
i
o
i
1
i
2
I
10
I
20
t
1
u
o
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i
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t
x
i
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i
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E
M
电路工作稳定时负载电流周期初值终值相等图3示负载电压均值：
式中V处通态时间V处断态时间T开关周期导通占空简称占空导通
负载电流均值：
负载中L值较V关断时刻图4示负载电流已衰减零会出现负载电流断续情况波形见负载电压均值会抬高般希出现电流断续情况
33 参数分析
（） 单相桥式控整流电路图5示：
图5 整流稳压部分
图示波动20220V交流市电变压器降效值22V交流电压匝数10：1LC整流滤波输出电压0920V滤波电路中电感电容选择根输出电压脉动系数确定般求脉动系数1处取电感值100mH电容值10mF验算脉动系数068
欲输出电压稳定15V应滤波电路加稳压电路稳压电路限流电阻稳压二极组成稳压二极反击穿电压15V型号ZM4744A 1W15V限流电阻验计算选取200
（二）电路中需确定参数元器件IGBT二极直流电源电感电容电阻值确定参数确定：
(1)电源 求输入电压15V220V交流电整流
(2)电阻 输出电压5时额定负载电流1A欧姆定律
负载电阻值5欧姆
(3) IGBT 图3易知IGBT截止时回路通二极续流时IGBT两端承受正压15V1时IGBT电流值
考虑2倍裕量需选择集电极连续电流反击穿电压IGBT般IGBT满足求
(4)二极 承受反压15V承受电流趋20A考虑2倍裕量需选择二极
(5) 电感
正常工作时0304间变化电流连续负载电流应界电流负载电流
根公式：
取D值03求取电感120H电感（选CD32系列非屏蔽贴片功率电感120H）
(6) 开关频率 选取较开关频率输出电压更加稳定选取 f20KHz
(7) 电容 设计求输出电压纹波1根输出电压纹波公式
选200电容
取C200L120H：
验算：满足求
四控制电路设计
41 控制电路方案选择
查阅网控制电路设计思想通片PWM产生装置作控制电路加辅助拓扑网络进行反馈控制稳压中种运较成熟方法SG3525+IR2110作套控制+驱动电路SG3525具定压保护流保护作进行拓扑扩展次设计选SG3525A芯片作控制芯片
42 工作原理
控制电路SG3525A核心构成 SG3525A美国Silicon General 公司生产专采恒频脉宽调制控制方案 部包含精密基准源锯齿波振荡器误差放器较器分频器保护电路等调节Ur 1114两端输出两幅度相等频率相等相位相差占空调矩形波(PWM信号)然脉信号驱动电路微信号进行升压处理处理电信号送IGBT触发满足电路求
43 控制芯片介绍参数确定
电压调节芯片SG3525 具体部结构图 示中脚16 SG3525 基准电压源输出精度达（51±1％）V采温度补偿设流保护电路脚5脚6脚7 双门限较器电容充放电电路加外接电阻电容电路构成
SG3525 振荡器振荡器设外步输入端(脚3)脚1 脚2 分芯片误差放器反相输入端相输入端该放器两级差分放器直流开环增益70dB 左右根系统动态静态特性求误差放器输出脚9 脚1 间般添加适反馈补偿网络
图6 SG3525脚图&部框图
SG3525引脚具体功
1Invinput(引脚1)：误差放器反输入端闭环系统中该引脚接反馈信号开环系统中该端补偿信号输入端（引脚9）相连构成器
2Noninvinput(引脚2)：误差放器输入端闭环系统开环系统中该端接定信号根需该端补偿信号输入端（引脚9）间接入类型反馈网络构成例例积分积分等类型调节器
3Sync(引脚3)：振荡器外接步信号输入端该端接外部步脉信号实现外电路步
4OSCOutput(引脚4)：振荡器输出端
5CT(引脚5)：振荡器定时电容接入端
6RT（引脚6）：振荡器定时电阻接入端
7Discharge(引脚7)：振荡器放电端该端引脚5间外接放电电阻构成放电回路
8SoftStart(引脚8)：软启动电容接入端该端通常接软启动电容
9Compensation(引脚9)：PWM较器补偿信号输入端该端引脚2间接入 类型反馈网络构成例例积分积分等类型调节器
10Shutdown(引脚10)：外部关断信号输入端该端接高电时控制器输出禁止该端保护电路相连实现障保护
11Output A（引脚11）：输出端A引脚11引脚14两路互补输出端
12Ground(引脚12)：信号
13Vc(引脚13)：输出级偏置电压接入端
14Output B（引脚14）：输出端B引脚14引脚11两路互补输出端
15Vcc（引脚15）：偏置电源接入端
16Vref(引脚16)：基准电源输出端该端输出温度稳定性极基准电压
通查阅Okdatasheet网关SG3525芯片Datasheet部分参数见图7解SG3525芯片参数参考数手册中出典型应电路设计出课程设计需硬件图见图8计算相关数
图7 SG3525A Datasheet局部参数
图8 控制电路图
图中VinVc分接入20V电压Sync悬空Vref通分压电阻eam端分255V电压根F1[CT*(07RT+3RD)]设定输出频率20KHZ分算RT12K欧RD200欧CT556nF
soft脚接47uF电容然接进行软启动12两脚间部差分放电路图见图9电压反馈装置图10示根传递函数知简易PI控制系统通1脚9脚间电容9脚1脚2脚（基准电压255V）间误差进行积分累加消输出电压稳定造成电压误差正常情况1脚输入25V9脚输入电压09—33V占空0—49计算输出PWM占空刚33根计算R1R2100K欧 C1318pF定程度起电压保护作Shutdown端通外接电路进行电流保护作
图9 部差分放电路
图10 电压反馈电路
五驱动电路设计
51 驱动电路方案选择
IGBT驱动电路3种典型电路：
（a） 阻尼滤波门极驱动电路
消振荡现象IGBT栅射极间接RC网络组成阻尼滤波器连线采双绞线
（b） 光耦合器门极驱动电路
驱动电路输出级采互补电路型式降低驱动源阻时加速IGBT关断程
（c）脉变压器直接驱动IGBT电路
电磁隔离方式驱动级需专门直流电源简化电源结构
功率变换装置中根电路结构起功率开关器件般采直接驱动隔离驱动两种方式美国IR公司生产IR2110驱动器兼光耦隔离电磁隔离优点中功率变换装置中驱动器件首选出IR2110芯片集成种驱动电路优点
52 工作原理
IR2110部框图见图11
图11 IR2110部框图
IR2110引脚功特点简介
部功图418示
LO（引脚1）低端输出
COM（引脚2）公端
Vcc（引脚3）低端固定电源电压
Nc（引脚4） 空端
Vs（引脚5）高端浮置电源偏移电压
VB (引脚6)高端浮置电源电压
HO（引脚7）高端输出
Nc（引脚8） 空端
VDD（引脚9）逻辑电源电压
HIN（引脚10） 逻辑高端输入
SD（引脚11）关断
LIN（引脚12）逻辑低端输入
Vss（引脚13）逻辑电路电位端值0V
Nc（引脚14）空端
IR2110特点：
（1）具独立低端高端输入通道
（2）悬浮电源采举电路高端工作电压达500V
（3）输出电源端（脚3）电压范围10—20V
（4）逻辑电源输入范围（脚9）5—15V方便TTLCMOS电相匹配逻辑电源功率电源间允许 V便移量
（5）工作频率高达500KHz
（6）开通关断延迟分120ns94ns
（7）图腾柱输出峰值电流2A
IR2110工作原理
IR2110部功三部分组成：逻辑输入电移输出保护述IR2110特点装置设计带许方便尤高端悬浮举电源设计减少驱动电源数目组电源实现端控制
高端侧悬浮驱动举原理：
IR2110驱动半桥电路图示中C1VD1分举电容举二极C2VCC滤波电容假定S1关断期间C1已充足够电压（VC1 VCC）
HIN高电时图419 ：VM1开通VM2关断VC1加S1栅极源极间C1通VM1Rg1栅极源极形成回路放电时C1相电压源S1导通LINHIN互补输入信号时LIN低电VM3关断VM4导通时聚集S2栅极源极电荷芯片部通Rg2迅速放电死区时间影响S2S1开通前迅速关断
HIN低电时图420：VM1关断VM2导通时聚集S1栅极源极电荷芯片部通Rg1迅速放电S1关断短暂死区时间LIN高电VM3导通VM4关断VCCRg2S2栅极源极形成回路S2开通时VCC举二极C1S2形成回路C1进行充电迅速C1补充量循环反复
图图12设计IR2110框图 根查阅IR2110相关数手册典型电路脚接线元器件参数进行排版计算VBVS间接10uF电容通二极接电源VCCCOM间接10uF电容VSSVDD间接10uF电容然接电源HO悬空LO输出PWMSD接LIN作PWM输入
图12 IR2110设计框图
六 保护电路设计
61 压保护电路
（1） 阻容保护（保护IGBT）
达—定电压值时动开通保护电路压通保护电路形成通路消耗压储存电磁量压量会加开关器件保护电力电子器件达保护效果阻容保护电路实现
阻容保护电路图13：
图13
电容联回路中电路中出现电压尖峰电压时电容两端电压突变特性效抑制电路中压电容串联电阻消耗掉部分压量时抑制电路中电感电容产生振荡
电容选值
操作电压实质开关开端时产生电磁量震荡程回路中没保护器存时总电容值导致震荡频率f高电容引入提高回路总电容值降低震荡频率佳效果应降低频率正工频（50Hz） 根年运行验取电容01μF时般f限制150Hz01μF成较通值
电阻选值
R应界值否降低频率利存电阻值应100Ω说法处选200
(2) 负载压保护
利控制电路中控制芯片SG3525A带功实现压保护通较负载电压基准电压控制SG3525A输出触发脉占空占空降电路输出电压（负载电压）会降达避免出现压现象保护电路具负反馈功调节电路输出电压稳定
62 流保护电路
（1） 熔断器
流保护方法较较简单方法般采添加FU熔断器限制电流防止IGBT破坏电路中元件保护
（2） 流保护电路
图14
图14左侧放器放器正相端接负载电流反馈（取反馈方法：负载中串电阻电流取样）反相串1k电阻接反相端电阻1k9k电阻跨接输出端反相端间放器运算公式：知信号放10倍放信号基准电压51V进行较等基准值输出低电高基准值输出高电10端信号高电PWM琐存器立动作禁止SG3525输出时软启动电容开始放电果该高电持续软启动电容充分放电直关断信号结束重新进入软启动程输出电压降低时降低电流达电流保护效果
七 系统仿真结
根课程设计求采matlab simulink 仿真软件DCDC变换器进行仿真控制电路驱动电路产生触发脉pulse generator代单相桥式控电路省略输入端加15V直流电压源1) 原理图MATLAB中搭建模块搭建模型图15
图15
2) 设计求设定参数
(a) 直流电压E＝15VDC Voltage Source中值设15V
（b）电阻R＝5电感L值120电容C值200
(c) IGBT 参数正压降1V
3) 调试结果分析
(a) 触发脉波形矩形波scope1测电压二极两段电压波形考虑IGBT正导通1V压降二极正导通时08V压降IGBT开通时电压值14VIGBT关断时电压值 08V
（b）次二极电流电感电流电容电流负载电流波形书理值致
（c）13占空开始调节占空占空039时输出电压5V纹波1
调节坐标横坐标取值波形致直观判断输出电压纹波1
八 总电路原理图
九 参考文献
[1]王兆安电力电子技术[M]北京：机械工业出版社2009：119123
[2]李传琦电力电子技术计算机仿真实验[M]北京：电子工业出版社2005
[3]罗桂娥模拟电子技术基础[M]长沙：中南学出版社2004：395419
[4]陈坚电力电子变换控制技术[M]北京：高等教育出版社2011：5665
[5]黄京电工原理MATLAB实现[M]北京：国防工业出版社2012
十 致谢
感谢XX老师电话中指导思路变清晰时感谢学长MATLAB仿真方面指导次课设收获颇丰电力电子技术更深解初步学利互联网利书籍利计算机软件进行电路设计领
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学院：信息科学工程学院
专业班级：高级工程试验班（信息）
学生姓名：
学生学号：
指导教师：
Abstract
This project is aiming to construct a DCDC voltage converter which can transform 15V to 5V This electronic system includes Control circuitDrive circuitBuck Chopper circuit and Feedback circuit The kernel fullcontrol device is IGBT and some Expansion modules can optimize the performance of this converter It has been testified by MATLAB software guaranteeing that the converter works well and meets all the demands and it has reliable protection function to ensure the stability of the system
目录
引言………………………………………………………1
二 设计求方案…………………………………………2
21设计求…………………………………………………2
22 方案确定…………………………………………………2
三 电路设计………………………………………………4
31 电路方案……………………………………………4
32 工作原理………………………………………………4
33 参数分析…………………………………………………6
四 控制电路设计……………………………………………8
41 控制电路方案选择………………………………………8
42 工作原理…………………………………………………9
五 驱动电路设计……………………………………………14
51 驱动电路方案选择………………………………………14
52 工作原理………………………………………………14
六 保护电路设计……………………………………………18
61 压保护电路……………………………………………18
62 流保护电路…………………………………………19
七 系统仿真结…………………………………………21
八 总电路原理图……………………27
九 参考文献………………………………………………28
十 致谢……………………………………………………28
引言
DCDC变换固定直流电压变换成变直流电压称直流斩波斩波电路电子电路供电电源拖动直流电动机带蓄电池负载等BUCK变换器开关电源基拓扑结构中种BUCK变换器称降压变换器种输入输出电压进行降压变换直流斩波器输出电压低输入电压具优越变压功直接需直接降压方 次课设立求设计出DCDC变换器实现15V5V电压变换选取电路IGBT降压斩波电路
IGBT降压斩波电路直流斩波中基种电路IGBT 作全控型器件降压斩波电路直流直流降压变换IGBTMOSFET双极晶体复合器件MOSFET易驱动特点具功率晶体电压电流容量等优点频率特性介MOSFET功率晶体间正常工作十千赫兹频率范围较高频率中功率应中占导位IGBT作全控型器件降压斩波电路IGBT易驱动电压电流容量优点
IGBT降压斩波电路易驱动电压电流容量电力电子技术应领域中广阔发展前景开关电源低电压电流高效率发展趋势促进IGBT降压斩波电路发展
二 设计求方案
21 设计求
1 务 设计制作DCDC 变换器（15V 转变成5V）
2 求
1）输出电压 Uo ：5V
2）输出电流 Iomax ：1A
3）输入电压范围：12V~18V
4）输出电流Io 范围：0~1A 时
3说明
1）DCDC 变换器允许成品模块开关电源控
制芯片
2）电源输出功率应连续安全工作足够长时间
3）设计报告正文中应包括系统总体框图核心电路原理图
流程图保护电路图
4) 设计报告中写明设计程
5) 利仿真软件分析电路工作程
22 方案确定
电力电子器件实际应中般控制电路驱动电路保护电路电力电子器件核心电路组成系统信息电子电路组成控制电路系统工作求形成控制信号通驱动电路控制电路中电力电子器件导通者关断完成整系统功控制电路产生控制信号够足驱动电力电子开关时需驱动电路
根降压斩波电路设计务求设计电路控制电路驱动保护电路设计出降压斩波电路结构框图图1示
驱动电路
光耦隔离
BUCK
电路
控制电路
SG3525
保护反馈电路
电压电流反馈
图1降压斩波电路结构框图
图1结构框图中控制电路产生降压斩波电路控制信号控制电路产生控制信号传驱动电路驱动电路控制信号转换加开关控制端开通关断信号通控制开关开通关断控制降压斩波电路电路工作保护电路保护电路防止电路产生电流现象损害电路设备通负载取电压电流基准值较电压电流保护电路生成反馈信号控制电路产生动作调节buck电路输出电压电流
三电路设计
31 电路方案
根选课题设计求设计降压斩波电路运电力电子开关控制电路通断改变占空获想电压根学降压斩波电路作电路方案较简单方案直接进行直直变换简化电路结构
降压斩波电路前连接单相桥式整流电路滤波稳压220V交流市电转化成15V直流电压送buck电路输入端
开关选择选较熟悉全控型IGBT选半控型晶闸IGBT控制较简单具输入阻抗高开关速度快驱动电路简单等特点通态压降耐压高电流等优点
32 工作原理
降压斩波电路电路原理图图2示：
图2 降压斩波电路电路原理图
t0时刻驱动V导通电源E负载供电负载电压负载电流指数曲线升
tt1时控制V关断二极VD续流负载电压似零负载电流呈指数曲线降通常串接较电感L负载电流连续脉动
图4 断续时波形
t
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O
O
O
图3 连续时波形
形 电流连续时波形(diànliúliánxùshídebōxíng)
电压电压电流波形
波形
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电路工作稳定时负载电流周期初值终值相等图3示负载电压均值：
式中V处通态时间V处断态时间T开关周期导通占空简称占空导通
负载电流均值：
负载中L值较V关断时刻图4示负载电流已衰减零会出现负载电流断续情况波形见负载电压均值会抬高般希出现电流断续情况
33 参数分析
（） 单相桥式控整流电路图5示：
图5 整流稳压部分
图示波动20220V交流市电变压器降效值22V交流电压匝数10：1LC整流滤波输出电压0920V滤波电路中电感电容选择根输出电压脉动系数确定般求脉动系数1处取电感值100mH电容值10mF验算脉动系数068
欲输出电压稳定15V应滤波电路加稳压电路稳压电路限流电阻稳压二极组成稳压二极反击穿电压15V型号ZM4744A 1W15V限流电阻验计算选取200
（二）电路中需确定参数元器件IGBT二极直流电源电感电容电阻值确定参数确定：
(1)电源 求输入电压15V220V交流电整流
(2)电阻 输出电压5时额定负载电流1A欧姆定律
负载电阻值5欧姆
(3) IGBT 图3易知IGBT截止时回路通二极续流时IGBT两端承受正压15V1时IGBT电流值
考虑2倍裕量需选择集电极连续电流反击穿电压IGBT般IGBT满足求
(4)二极 承受反压15V承受电流趋20A考虑2倍裕量需选择二极
(5) 电感
正常工作时0304间变化电流连续负载电流应界电流负载电流
根公式：
取D值03求取电感120H电感（选CD32系列非屏蔽贴片功率电感120H）
(6) 开关频率 选取较开关频率输出电压更加稳定选取 f20KHz
(7) 电容 设计求输出电压纹波1根输出电压纹波公式
选200电容
取C200L120H：
验算：满足求
四控制电路设计
41 控制电路方案选择
查阅网控制电路设计思想通片PWM产生装置作控制电路加辅助拓扑网络进行反馈控制稳压中种运较成熟方法SG3525+IR2110作套控制+驱动电路SG3525具定压保护流保护作进行拓扑扩展次设计选SG3525A芯片作控制芯片
42 工作原理
控制电路SG3525A核心构成 SG3525A美国Silicon General 公司生产专采恒频脉宽调制控制方案 部包含精密基准源锯齿波振荡器误差放器较器分频器保护电路等调节Ur 1114两端输出两幅度相等频率相等相位相差占空调矩形波(PWM信号)然脉信号驱动电路微信号进行升压处理处理电信号送IGBT触发满足电路求
43 控制芯片介绍参数确定
电压调节芯片SG3525 具体部结构图 示中脚16 SG3525 基准电压源输出精度达（51±1％）V采温度补偿设流保护电路脚5脚6脚7 双门限较器电容充放电电路加外接电阻电容电路构成
SG3525 振荡器振荡器设外步输入端(脚3)脚1 脚2 分芯片误差放器反相输入端相输入端该放器两级差分放器直流开环增益70dB 左右根系统动态静态特性求误差放器输出脚9 脚1 间般添加适反馈补偿网络
图6 SG3525脚图&部框图
SG3525引脚具体功
1Invinput(引脚1)：误差放器反输入端闭环系统中该引脚接反馈信号开环系统中该端补偿信号输入端（引脚9）相连构成器
2Noninvinput(引脚2)：误差放器输入端闭环系统开环系统中该端接定信号根需该端补偿信号输入端（引脚9）间接入类型反馈网络构成例例积分积分等类型调节器
3Sync(引脚3)：振荡器外接步信号输入端该端接外部步脉信号实现外电路步
4OSCOutput(引脚4)：振荡器输出端
5CT(引脚5)：振荡器定时电容接入端
6RT（引脚6）：振荡器定时电阻接入端
7Discharge(引脚7)：振荡器放电端该端引脚5间外接放电电阻构成放电回路
8SoftStart(引脚8)：软启动电容接入端该端通常接软启动电容
9Compensation(引脚9)：PWM较器补偿信号输入端该端引脚2间接入 类型反馈网络构成例例积分积分等类型调节器
10Shutdown(引脚10)：外部关断信号输入端该端接高电时控制器输出禁止该端保护电路相连实现障保护
11Output A（引脚11）：输出端A引脚11引脚14两路互补输出端
12Ground(引脚12)：信号
13Vc(引脚13)：输出级偏置电压接入端
14Output B（引脚14）：输出端B引脚14引脚11两路互补输出端
15Vcc（引脚15）：偏置电源接入端
16Vref(引脚16)：基准电源输出端该端输出温度稳定性极基准电压
通查阅Okdatasheet网关SG3525芯片Datasheet部分参数见图7解SG3525芯片参数参考数手册中出典型应电路设计出课程设计需硬件图见图8计算相关数
图7 SG3525A Datasheet局部参数
图8 控制电路图
图中VinVc分接入20V电压Sync悬空Vref通分压电阻eam端分255V电压根F1[CT*(07RT+3RD)]设定输出频率20KHZ分算RT12K欧RD200欧CT556nF
soft脚接47uF电容然接进行软启动12两脚间部差分放电路图见图9电压反馈装置图10示根传递函数知简易PI控制系统通1脚9脚间电容9脚1脚2脚（基准电压255V）间误差进行积分累加消输出电压稳定造成电压误差正常情况1脚输入25V9脚输入电压09—33V占空0—49计算输出PWM占空刚33根计算R1R2100K欧 C1318pF定程度起电压保护作Shutdown端通外接电路进行电流保护作
图9 部差分放电路
图10 电压反馈电路
五驱动电路设计
51 驱动电路方案选择
IGBT驱动电路3种典型电路：
（a） 阻尼滤波门极驱动电路
消振荡现象IGBT栅射极间接RC网络组成阻尼滤波器连线采双绞线
（b） 光耦合器门极驱动电路
驱动电路输出级采互补电路型式降低驱动源阻时加速IGBT关断程
（c）脉变压器直接驱动IGBT电路
电磁隔离方式驱动级需专门直流电源简化电源结构
功率变换装置中根电路结构起功率开关器件般采直接驱动隔离驱动两种方式美国IR公司生产IR2110驱动器兼光耦隔离电磁隔离优点中功率变换装置中驱动器件首选出IR2110芯片集成种驱动电路优点
52 工作原理
IR2110部框图见图11
图11 IR2110部框图
IR2110引脚功特点简介
部功图418示
LO（引脚1）低端输出
COM（引脚2）公端
Vcc（引脚3）低端固定电源电压
Nc（引脚4） 空端
Vs（引脚5）高端浮置电源偏移电压
VB (引脚6)高端浮置电源电压
HO（引脚7）高端输出
Nc（引脚8） 空端
VDD（引脚9）逻辑电源电压
HIN（引脚10） 逻辑高端输入
SD（引脚11）关断
LIN（引脚12）逻辑低端输入
Vss（引脚13）逻辑电路电位端值0V
Nc（引脚14）空端
IR2110特点：
（1）具独立低端高端输入通道
（2）悬浮电源采举电路高端工作电压达500V
（3）输出电源端（脚3）电压范围10—20V
（4）逻辑电源输入范围（脚9）5—15V方便TTLCMOS电相匹配逻辑电源功率电源间允许 V便移量
（5）工作频率高达500KHz
（6）开通关断延迟分120ns94ns
（7）图腾柱输出峰值电流2A
IR2110工作原理
IR2110部功三部分组成：逻辑输入电移输出保护述IR2110特点装置设计带许方便尤高端悬浮举电源设计减少驱动电源数目组电源实现端控制
高端侧悬浮驱动举原理：
IR2110驱动半桥电路图示中C1VD1分举电容举二极C2VCC滤波电容假定S1关断期间C1已充足够电压（VC1 VCC）
HIN高电时图419 ：VM1开通VM2关断VC1加S1栅极源极间C1通VM1Rg1栅极源极形成回路放电时C1相电压源S1导通LINHIN互补输入信号时LIN低电VM3关断VM4导通时聚集S2栅极源极电荷芯片部通Rg2迅速放电死区时间影响S2S1开通前迅速关断
HIN低电时图420：VM1关断VM2导通时聚集S1栅极源极电荷芯片部通Rg1迅速放电S1关断短暂死区时间LIN高电VM3导通VM4关断VCCRg2S2栅极源极形成回路S2开通时VCC举二极C1S2形成回路C1进行充电迅速C1补充量循环反复
图图12设计IR2110框图 根查阅IR2110相关数手册典型电路脚接线元器件参数进行排版计算VBVS间接10uF电容通二极接电源VCCCOM间接10uF电容VSSVDD间接10uF电容然接电源HO悬空LO输出PWMSD接LIN作PWM输入
图12 IR2110设计框图
六 保护电路设计
61 压保护电路
（1） 阻容保护（保护IGBT）
达—定电压值时动开通保护电路压通保护电路形成通路消耗压储存电磁量压量会加开关器件保护电力电子器件达保护效果阻容保护电路实现
阻容保护电路图13：
图13
电容联回路中电路中出现电压尖峰电压时电容两端电压突变特性效抑制电路中压电容串联电阻消耗掉部分压量时抑制电路中电感电容产生振荡
电容选值
操作电压实质开关开端时产生电磁量震荡程回路中没保护器存时总电容值导致震荡频率f高电容引入提高回路总电容值降低震荡频率佳效果应降低频率正工频（50Hz） 根年运行验取电容01μF时般f限制150Hz01μF成较通值
电阻选值
R应界值否降低频率利存电阻值应100Ω说法处选200
(2) 负载压保护
利控制电路中控制芯片SG3525A带功实现压保护通较负载电压基准电压控制SG3525A输出触发脉占空占空降电路输出电压（负载电压）会降达避免出现压现象保护电路具负反馈功调节电路输出电压稳定
62 流保护电路
（1） 熔断器
流保护方法较较简单方法般采添加FU熔断器限制电流防止IGBT破坏电路中元件保护
（2） 流保护电路
图14
图14左侧放器放器正相端接负载电流反馈（取反馈方法：负载中串电阻电流取样）反相串1k电阻接反相端电阻1k9k电阻跨接输出端反相端间放器运算公式：知信号放10倍放信号基准电压51V进行较等基准值输出低电高基准值输出高电10端信号高电PWM琐存器立动作禁止SG3525输出时软启动电容开始放电果该高电持续软启动电容充分放电直关断信号结束重新进入软启动程输出电压降低时降低电流达电流保护效果
七 系统仿真结
根课程设计求采matlab simulink 仿真软件DCDC变换器进行仿真控制电路驱动电路产生触发脉pulse generator代单相桥式控电路省略输入端加15V直流电压源1) 原理图MATLAB中搭建模块搭建模型图15
图15
2) 设计求设定参数
(a) 直流电压E＝15VDC Voltage Source中值设15V
（b）电阻R＝5电感L值120电容C值200
(c) IGBT 参数正压降1V
3) 调试结果分析
(a) 触发脉波形矩形波scope1测电压二极两段电压波形考虑IGBT正导通1V压降二极正导通时08V压降IGBT开通时电压值14VIGBT关断时电压值 08V
（b）次二极电流电感电流电容电流负载电流波形书理值致
（c）13占空开始调节占空占空039时输出电压5V纹波1
调节坐标横坐标取值波形致直观判断输出电压纹波1
八 总电路原理图
九 参考文献
[1]王兆安电力电子技术[M]北京：机械工业出版社2009：119123
[2]李传琦电力电子技术计算机仿真实验[M]北京：电子工业出版社2005
[3]罗桂娥模拟电子技术基础[M]长沙：中南学出版社2004：395419
[4]陈坚电力电子变换控制技术[M]北京：高等教育出版社2011：5665
[5]黄京电工原理MATLAB实现[M]北京：国防工业出版社2012
十 致谢
感谢XX老师电话中指导思路变清晰时感谢学长MATLAB仿真方面指导次课设收获颇丰电力电子技术更深解初步学利互联网利书籍利计算机软件进行电路设计领
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