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  • 2020-02-16 13:30:56

      差动放大电路又叫差分放大电路,它除了能放大交流信号,也能放大直流信号,还能有效地减小由于电源波动和晶体管随温度变化而引起的零点漂移(温度漂移),因而获得广泛的应用。差分放大电路是架在晶体管与芯片之间的“桥梁”,比如在运算放大器的初级(输入端),一般来说会有差分放大电路。
      与之前学习的晶体管放大电路相比,差分放大电路形态上最大的特点是两个输入,两个输出。所谓差分,指的是电路放大的是两个输入的电压差。之前的放大电路都是放大交流信号,差分放大电路可以放大电压差,即不但可以放大交流信号,也可以放大直流信号。我们本节将观察输入1KHz,100毫伏峰峰值)的正弦波时,在两个输出端各有什么现象。
    在这里插入图片描述
      差分放大电路是在共射极放大电路上改进得到的,它需要2个三极管像“镜子”一样工作:一样的型号,一样的外围电路,一样的工作特性(放大倍数,发射结电压,温度特性都相同)。

    电流源与负电源

      在电路图中,三极管Q3基极与发射极的电压V_BE3是不变的,偏置电阻R5与R7的值也不变,R5与R7经过分压得到的基极电位V_B3随之也能确定下来,R6的阻值也确定,那么Q3的基极与发射极之间的电流I_C3也是一定的——它只取决于Q3的工作状态,与输入的信号几乎没有任何关系。分析I_C3的方向,是“从上到下”,电流流入Q3的集电极,所以我们也称Q3将吸取电流,且电流大小不变,所以,Q3是作为恒流源来工作的。
      所谓恒流源,顾名思义,是电流大小保持不变,而理想的恒流源应该具有以下特点:
    1、输出电压不因负载变化而改变;
    2、不因环境温度变化而改变;
    3、内阻为无限大(以使其电流可以全部流出到外面)。
      此处的Q3,作用就是保证吸取的集电极电流大小是不变的。这个结论是分析Q1与Q2工作的桥梁,非常重要。也是理解这个电路的关键
      观察原理图还可以发现,电路中使用了-5V的电源。这是为了保证Q1与Q2的基极电压是0V,以实现直流的放大。此时,输入端也无需耦合电容了。如果不使用负电源,那么输入端需要耦合电容,就不能放大直流;同时Q1与Q2的基极偏置电路设计也会变得非常麻烦。所以一般使用负电源来进行设计。

    两个共射放大电路

      差分放大电路的工作秘密在于使用了Q3作为电流源,由于吸取的集电极电流大小是不变的,那么流过Q1与Q2的电流的和就确定了。
      由于Q1与Q2的工作特性(理论上来讲)完全一致,所以,在没有任何输入信号的时候,各自的发射极电流也相等。如果设电流源的吸收的电流是2I_E的话:
    在这里插入图片描述
      如果在“输入信号A”加正电压,“输入信号B”输入0V,那么I_E1将会变大,假设I_E1的增加量为ΔI,那么I_E2的减小量也是ΔI,电流的变化将以压降的形式从电阻R1与R2上取出,如果电流的变化大小相同,方向相反,那么R1与R2上电压的变化量也一定大小相同,方向相反。
      对于Q1组成的放大电路(这是一个共射极放大电路),“输出信号A”与“输入信号A”相比,波形被反相放大;对于Q2组成的放大电路,虽然此时“输入信号B”没有信号,但是“输入信号A”带来的电流变化将会通过恒流源影响到Q2集电极电流的变化,进而影响“输出信号B”的电压,“输出信号B”的变化情况与“输出信号A”的变化情况正好相反,所以“输出信号A”与“输入信号A”相比,将会实现同相放大,且放大的倍数与“输出信号A”相同。
      如果我们把“输出信号A”减去“输出信号B”的结果作为电路的最终输出,最终输出的幅值是单个输出的2倍。理论上来讲,共射放大电路的放大倍数应该是R_C/R_E,此电路没有R_E,放大倍数应当是接近三极管自身放大倍数h_FE,实际上由于恒流源对于发射极电流的制约,所以电路的放大倍数还受到恒流源工作状态的影响。理论分析放大倍数比较复杂,可以通过实验测量放大倍数。

    对信号的差进行放大

      该电路的两路输出,都是由于集电极电流(约等于发射极电流)大小变化,导致了R1或R2上压降变化。由于恒流源的限制,左右两个共射放大电路的发射极电流之和已经确定,在两端输入不同的电压时,两路的发射极电流此消彼长,最终导致了两路输出的信号振幅完全相同,相位相反。
      如果两路输入了相同的信号,输出会发生怎样的变化?
      假设两路输入的信号完全一样,那么Q1与Q2的基极电压V_B始终是一样的;Q1与Q2的发射极是连在一起的,所以Q1与Q2的发射结电压始终相同。假设Q1的发射极电流I_E1可以增大,那么Q2的发射极电流I_E2也可以增大,但是两个电流的和却已经确定了。所以,两个发射极的电流都不会变化,由电流经过电阻产生的输出也不会变化。所以如果两路输入了相同的信号,输出0V。这个工作结果,可以说明差分放大电路会对两个输入之间的差进行放大。
      在之前的课程中,我们总是把发射结的压降V_BE作为一个常量,一般算做0.6V。但实际上,发射结的压降V_BE不是常量,会随着集电极电流I_C(约等于发射极电流I_E)的变化而变化。
    在这里插入图片描述
      Q1与Q2的发射极是连在一起的。如果Q1基极加正电压,Q2基极保持0V,那么实际上Q1的V_BE将会大于Q2的V_BE。我们已经知道了,假设I_E1的增加量为ΔI,那么I_E2的减小量也是ΔI,那么由于I_E与V_BE有对应关系,所以如果V_BE1的增加量为ΔV_BE,那么I_E2的减小量也是ΔV_BE。实际上,电路输出的变化量,也等于ΔV_BE乘上电路的增益。共射极放大电路本身就是以发射极电位为基准进行放大的。通过分析ΔV_BE,也可以解释差分放大的原理。
      如果差分放大电路的两个三极管本身的V_BE不一样,那么在输出端会产生两个V_BE间的电压差乘以增益之后的电压,这个电压是个误差,正常工作状态下不希望看到,所以两个三极管V_BE的值要完全一致。
      基极-发射极电压V_BE也容易受到温度影响,三极管的常见的温度系数是-2.5mV/℃,(如果电路板工作的温度变化了100摄氏度,那么V_BE可能变化了250mV,这就是之前的设计中始终为发射极电压留有裕量的原因)因此两个三极管的温度特性也要完全一样。如果三极管的温度特性完全一样,两个三极管的V_BE的温度变化会相互抵消,不会在输出中出现。有效的减小晶体管随温度变化而引起的零点漂移(温度漂移),是差分放大电路的优点之一。

    直流电位分析与电阻取值

      取Q1与Q2集电极的电流为0.1mA,则Q3集电极的电流为0.2mA。设定V_R6=2V,V_R1=V_R2=2.2V即可算出电路中所有的电阻的取值,与直流电位的情况。
    在这里插入图片描述
      根据共射极放大电路的知识,不难猜出其中R1与R2是输出阻抗,R3与R4是输入阻抗。

    直流电位分析与电阻取值

      以下是输入1KHz,100mV的正弦波,使用双通道示波器观察两路输出,并且用函数功能,观察“输出信号A-输出信号B”的波形。在这里插入图片描述

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  • 基于multisim的晶体管放大器设计

    千次阅读 2021-11-11 20:38:36
    基于multisim三极管放大器设计

    基于multisim的晶体管放大器设计

    引言:极致的理论,通过分析与理论计算得出每一处的电压电流。我以往的设计往往依据经验,往往是粗放式的。第一次对系统的整体分析确实让我眼前一亮。设计题目来自课程《电网络分析与综合》的特别培养计划。
    文件在最后

    1.设计要求

    1.输入信号:最大峰值±0.5V
    2.增益:可控
    3.带宽:100KHz
    4.输出信号:1V-4V之间
    5.输出信号直流分量2.5V
    6.元器件,自由选择,只提供5V/DC电源
    (看似简单,但是第5个要求我们计算并设计精确的静态工作点,在此不考虑手动加直流偏置的方法,不然就没意思了,在此我希望我设计的电路能够输出最大的交流峰峰值而不会出现失真)

    2.基本电路选择

    晶体管放大电路可以分为三类,共发射极、共基极、共集电极,三种电路用在几种不同的情况下,并由于应用情景的不同,做出了改进,出现基于这三种不同电路的变形电路,但是根本就在于这三种电路。

    共集电极电路
    共集电极电路特点如下:
    1、输入信号与输出信号同相
    2、无电压放大作用,电压增益小于1且接近于1
    3、电流增益高,输入回路中的电流Ib远小于输出回路中的电流Ie和Ic
    4、有功率放大作用
    5、适用于作功率放大和阻抗匹配电路
    6、在多级放大器中常被用作缓冲级和输出级
    因为共集电极电路无法对电压进行放大,因此不能用在此次设计。

    共基极放大电路
    共基电极电路特点如下:
    1、输入信号与输出信号同相
    2、电压增益高
    3、电流增益低(≤1)
    4、功率增益高
    5、适用于高频电路
    共基极放大电路的输入阻抗很小,会使输入信号严重衰减,不适合作为电压放大器。但它的频宽很大,因此通常用来做宽频或高频放大器。在某些场合,共基极放大电路也可以作为“电流缓冲器”(Current Buffer)使用。

    共发射极电路
    共发射极电路特点如下:
    1、输入信号与输出信号反相
    2、有电压放大作用
    3、有电流放大作用
    4、功率增益最高(与共集电极、共基极比较)
    5、适用于电压放大与功率放大电路
    此次设计中选用共发射极电路。

    3.纯粹的理论分析(可略过)

    这一部分书上一般有。
    单管共射放大电路电路图如下所示:在这里插入图片描述
    静态分析:
    静态分析即分析未加交流输入信号时的电路各处直流电压和直流电流。单管共射放大电路直流通路如下所示:
    在这里插入图片描述
    静态基极电流:
    在这里插入图片描述
    对于硅管而言:
    在这里插入图片描述
    对于锗管而言:

    在这里插入图片描述
    静态集电极电流:
    在这里插入图片描述
    集电极与发射极间的电压:
    在这里插入图片描述
    交流分析:
    下面进行交流分析,即分析加上输入交流信号时的工作状态。其基本分析方法如下:
    1.电容对直流信号阻抗为无穷大(相当于开路);对交流信号阻抗为
    2.电感对直流信号阻抗为零(相当于短路),对交流信号阻抗为。
    3.对于理想电压源,因其电压恒定不变,电压变化量为零,故在交流通路中相当于短路。
    4.对于理想电流源,因其电流恒定不变,电流变化量为零,故在交流通路中相当于开路。
    单管共射放大电路交流通路如下所示:
    在这里插入图片描述
    其微变等效电路如下:在这里插入图片描述
    输入电压正弦相量:
    在这里插入图片描述
    输出电压正弦相量:
    在这里插入图片描述

    集电极电流正弦相量与基极电流正弦量间的关系:
    在这里插入图片描述

    电压放大倍数:
    在这里插入图片描述

    输入电阻:
    在这里插入图片描述

    输出电阻:
    在这里插入图片描述

    三极管方程:
    在这里插入图片描述

    由于三极管工作在放大区时发射结正偏,因此:
    在这里插入图片描述

    对Ube求导得:
    在这里插入图片描述

    常温时,在静态工作点附近较小变化范围内可认为,忽略可得:
    在这里插入图片描述

    对求导得:
    在这里插入图片描述

    4.电路设计(结合理论)

    分压式工作点稳定电路设计,一般都是分压式的电路,因为这种电路工作点稳定:
    在这里插入图片描述
    此处定义放大倍数为“K”
    此处使用通用小信号放大管2N5551

    2N5551静态工作点参数图如下所示:
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    (上面这个数值是自己随便选的,根据上面的图选个2-12mA都可以)
    下面是一堆推导:
    在这里插入图片描述
    下面是重点:
    在这里插入图片描述在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
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    5.重要计算公式合集

    我可以大放厥词,在三极管供电电压VCC=5V时这样选择放大参数最不容易失真(VCC等于其他值的时候各位童鞋可以一样的算)(K为放大倍数)
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    在这里插入图片描述在这里插入图片描述

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    5.设计实践(开始仿真)

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    6.一些工程文件以及论文原文:

    https://download.csdn.net/download/weixin_44584198/40303830

    感谢以下作者提供的参考:
    https://blog.csdn.net/l980401/article/details/103496638
    https://blog.csdn.net/qq_29545231/article/details/80163871

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  • 微信公众号:创享日记 发送关键词:电子技术课设 免费获取完整无水印实验报告+付费电子...三、电路设计 1、总体框图及工作原理 正弦波发生及频率显示电路的框图如上图所示,它由正弦波振荡器及波形变换电路、单稳态定

    微信公众号:创享日记
    发送关键词:电子技术课设
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    一、题目名称
    正弦波发生及频率显示电路的设计

    二、设计任务和要求
    1.正弦波振荡频率100~1000Hz,输出信号幅度5±5%V。
    2.用3位数码管显示振荡频率,用发光二极管作为超量程指示。
    3.能自动连续测量、显示频率,测量周期为4S。
    4.用中规模集成电路实现。

    三、电路设计
    1、总体框图及工作原理
    在这里插入图片描述
    正弦波发生及频率显示电路的框图如上图所示,它由正弦波振荡器及波形变换电路、单稳态定时电路、计数器、译码显示电路、超量程指示电路和控制电路六部分组成。
    ①正弦波发生及波形变换电路是由RC桥式正弦波振荡电路和电压比较器组合而成的。
    ②1s定时电路是利用555定时器构成单稳态触发器定时。
    ③计数器设计为三位十进制计数器,采用MC14553三位BCD加法计数器。
    ④显示译码电路选用CD4511显示译码器,利用三极管驱动数码管,把计数器计到的脉冲数用十进制数字显示出来。
    ⑤超量程指示电路是由或非门构成的一个基本RS触发器。
    ⑥控制电路实际上是一低频信号发生器,根据数字式电容计的工作原理来设计。
    2、单元电路设计及元器件选择
    ①正弦波发生及波形变换电路
    因振荡频率要求不高,故采用RC文氏振荡器。考虑到要数字显示振荡频率,需对正弦波进行波形变换以便计数。正弦波发生及波形变换电路如图1所示。
    在这里插入图片描述
    RC桥式正弦波振荡电路以RC串联网络为选频网络和正反馈网络,以电压串联负反馈电路为放大环节,具有振荡频率稳定、带负载能力强、输出电压失真小等优点。波形变换电路用电压比较器来实现正弦波到方波的变换。
    电路要产生正弦波需要满足起振条件A_u=(1+R_f/R_1 )≥3,即R_f≥2R_1=4kΩ,调节电位器R_f,使之略大于4kΩ;RC桥式电路中应调节电位器R_2,使R_2=R=10 kΩ。
    ②单稳态定时电路
    为了便于测量换算,设计一个1S定时电路,在该定时范围内所测得的脉冲个数即为振荡频率。定时电路及单稳态输出波形如图2所示。
    在这里插入图片描述
    用555定时器构成单稳态定时电路,有T_w=1.1RC=1.1×0.47×2=1.034≈1s,式中R和C为定式电阻和电容。
    在电路中加入由C_r和R_1组成的微分电路,这样单稳态电路只要靠输入的下降沿触发。考虑到定时精度和测量速度,取R_1=91 kΩ。
    ③频率计数显示电路
    计数器选用MC14553芯片,这是一片3位BCD加法计数器芯片,由选择端(DS_1 ) ̅、(DS_2 ) ̅、(DS_3 ) ̅控制每一时刻只输出一位BCD码。显示译码器选用CD4511芯片,该芯片具有BCD七段锁存/译码/驱动功能。计数及译码显示电路如图3所示。

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    ④超量程指示电路
    当计数器MC14553计到1000个脉冲时,“OF”端会输出一个正脉冲,该信号连到超量程指示电路,驱动发光管发光,表示信号频率超范围需调整。电路如图4所示。
    在这里插入图片描述
    图中由或非门构成的式一个基本的RS触发器,当MC14553在计数到1000个脉冲时,“OF”端会输出一个正脉冲,RS触发器Q置1,发光二极管亮,表示被测电容已超过999nF,这时的显示器读数已不是被测电容的容量。在复位信号的作用下,Q端置0,等待下一次测量。
    ⑤控制电路
    控制电路实际上是一低频信号发生器,振荡周期为4S,精度要求不高,用其产生方波和尖脉冲信号,分别用来触发单稳态电路、超量程指示电路复位和计数器清零。电路如图5所示。在这里插入图片描述
    振荡电路中在R_s=R的条件下,振荡周期的估计式为T≈1.8RC,即有1.8RC=4s,取C=0.1uF,则R取22MΩ。
    由于MC14552在高电平清零时,位选择输出端DS_1~DS_3都是1,如果清零信号的高电平持续时间较长,会看到消隐现象。为避免之,控制电路中通过C_r和R_r组成的微分电路把清零信号加到计数器清零端。这样,计数器只靠清零信号的上升沿清零,即使清零的高电平持续很短,靠人眼的视觉惰性,不会察觉到有消隐现象。
    如下是控制电路和超量程指示电路共用一个CD4001芯片的原理图。
    在这里插入图片描述
    3、整体电路原理设计手绘图(详见附录1)
    4、整体电路原理设计线路CAD图
    结合同期课程“电子线路CAD”,使用“立创EDA”软件绘制原理图。
    在这里插入图片描述
    5、元器件清单
    在这里插入图片描述
    四、安装调试
    1、使用的主要仪器仪表
    台式电源、双通道示波器、手持万用表
    2、调试电路的方法和技巧
    ①按照设计好的电路原理图,在面包板上分模块连接好电路
    ②分模块进行调试
    ③调试过程依照“先查原理,再察连线”的原则
    ④记录调试中的问题与数据
    ⑤分析安装调试遇到的问题及其原因,并寻找解决方案
    3、调试过程及其结果
    ①调试正弦波发生及波形转换电路,用示波器通道1观察正弦波的产生,示波器通道2观察转换的方波。通过调节电位器使得示波器中通道1的波形为不失真的正弦波,幅值约为5V,而通道2的波形为相应的方波。
    在这里插入图片描述
    ②调试控制电路,用示波器通道2接该模块电路的输出端,观察测量其周期。在这里插入图片描述
    ③调试555构成的1s定时电路,用示波器通道2接该模块电路的输出端,观察输出波形在一个周期内为1s高电平和3s低电平。也可以通过示波器测量周期的功能准确得出。在这里插入图片描述
    ④调试超量程指示电路,在为连接计数器时,该模块主要就是看给一个低电平时,发光二极管是否会亮。在这里插入图片描述
    ⑤将各个模块电路连接完整,构成完整的正弦波发生及频率显示电路,台式电源接入±5左右的电源,使用示波器接正弦波发生器输出端。观察示波器中测量的频率和面包板上数码管显示的频率是否大致相等。在这里插入图片描述
    ⑥至此,电路的调试全部完成。(完整电路连接详见附录2)可以正常进行实验。 数据分析:正弦波实际频率由示波器测得为178Hz,数码管显示频率为188Hz,在误差允许范围内,符合实验要求。
    4、调试中出现的问题及其解决方法
    ①波形失真,电路不满足正弦波起振的幅值条件,调节电位器至电路满足幅值条件后,波形正常显示。
    ②数码管最高位最亮,两低位显示闪烁甚至不亮:未注意区分实物PNP型晶体管(8550)与NPN型晶体管(8050),两低位使用了NPN型晶体管,换成PNP型晶体管后,三位数码管均显示正常。
    ③数码管c管引脚和e管引脚弄反导致数码管显示异常,在检查原理及连线没问题后,再次查阅所使用的数码管的引脚功能发现c和e脚与所理解的位置有所偏差,更改后显示正常。
    ④超量程指示灯暗淡不易观察:发光二极管与电源之间的电阻阻值过大,更换为低阻值电阻后,指示灯亮度适宜,便于观察。
    ⑤数码管显示频率大约为实际频率的两倍:静态工作点太高,调低台式电源大约至4.5V,数码管显示频率正确。

    五、问题思考(详见微信公众号报告)

    六、心得体会(详见微信公众号报告)

    电子线路CAD源文件部分截图
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  • 1、绪论1.1、课题背景与意义直流升压斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的DC-DC变换器,在直流传动系统、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用。随之出现了诸如...

    1、绪论

    1.1、课题背景与意义

    直流升压斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的DC-DC变换器,在直流传动系统、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用。随之出现了诸如降压电路、升降压电路、复合电路等多种方式的变换电路。直流斩波技术已被广泛用于开关电源及直流电动机驱动中,使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。

    早期的直流装换电路,电路复杂、功率损耗、体积大,使用不方便。晶闸管的出现为这种电路的设计又提供了一种选择。晶闸管(Thyristor)是晶体闸流管的简称,又可称做可控硅整流器,以前被简称为可控硅;晶闸管具有硅整流器件的特性,能在高电压、大电流条件下工作,且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。它电路简单体积小,便于集成;功率损耗少,符合当今社会生产的要求;所以在直流转换电路中使用晶闸管是一种很好的选择。

    1.2、设计的主要内容

    本设计主要内容为直流升压斩波电路,首先分析了直流升压斩波电路要求制定工作计划,确定了利用了全控型晶闸管IGBT设计为主电路,M57962L为驱动电路,采用快速熔断器为保护电路,对猪电路和保护电路进行了设计和计算。选择和校验了晶闸管、IGBT的参数与型号。最后使用MATLAB仿真模型并进行仿真,其仿真结果设计要求,满足设计参数。

    设计第一章为绪论,介绍了本设计的背景意义及直流升压斩波电路的发展现状。第二章为直流升压斩波电路的电路设计,其中包含总体方案,主电路设计及元器件参数型号的选择。第三为辅助电路的设计,包括控制电路与保护电路。第四章为MATLAB系统仿真,内容有仿真波形与数据分析。

    2、直流升压斩波主电路设计

    2.1、总体设计方案

    直流升压变流器用于需要提升直流电压的场合,其原理图如图1所示。在电路中V导通时,电流由E经升压电感L和V形成回路,电感L储能;当V关断时,电感产生的反电动势和直流电源电压方向相同互相叠加,从而在负载侧得到高于电源的电压,二极管的作用是阻断V导通是,电容的放电回路。调节开关器件V的通断周期,可以调整负载侧输出电流和电压的大小。

    158170176_1_20190406024850425.png

    图1直流升压斩波电路原理图

    2.2、电路参数计算

    假设L值、C值很大,V通时,E向L充电,充电电流恒为1I,同时C的电压向负载供电,因C值很大,输出电压0u为恒值,记为0U。设V通的时间为ont,此阶段L上积蓄的能量为E1Iont。

    V断时,E和L共同向C充电并向负载R供电。设V断的时间为offt,则此期间电感L释放能量为:

    158170176_2_20190406024850472.png

    升压斩波电路之所以能使输出电压高于电源电压,关键有两个原因:一是L储能之后具有使电压泵升的作用,二是电容C可将输出电压保持住。在以上分析中,认为V处于通态期间因电容C的作用使得输出电压Uo不变,但实际上C值不可能为无穷大,在此阶段其向负载放电,U。必然会有所下降,故实际输出电压会略低于理论所得结果,不过,在电容C值足够大时,误差很小,基本可以忽略。

    由直流斩波电路的原理可知

    158170176_3_20190406024850659.png

    3、驱动电路设计

    升压电路所用全控型晶闸管IGBT是电压型驱动器件。IGBT的栅射极之间有数千皮法左右的极间电容,为快速建立驱动电压,要求驱动电路具有较小的输出电阻使IGBT开通的栅射极间的驱动电压一般取15—20V。同样,关断时施加一定幅值的负驱动电压(-5—-15V)有利于减小关断时间和关断损耗。在栅极串入一只低值电阻可以减小寄生振荡。

    IGBT的驱动多采用专用的混合驱动集成驱动器,本次采用M57962L驱动器。如图2驱动电路图所示。又由产品信息知M57962L驱动器内部具有退饱和和检测和保护环节,当发生过电流时能快速响应但慢速关断IGBT,并向外部电路发出故障信号。

    158170176_4_20190406024850878.png

    4、保护电路设计

    4.1、过电流保护电路

    电力电子电路运行不正常或者发生故障时,可能会发生过电流。过电流分为过载和短路两种情况。通常采用的保护措施有:快速熔断器、直流快速断路器和过电流继电器。一般电力电子装置均同时采用集中过流保护措施,以提高保护的可靠性和合理性。

    综合本次设计电路的特点,采用快速熔断器,即给晶闸管串联一个保险丝实施电流保护。如图3电流保护电路所示。

    158170176_5_2019040602485165.png

    图3直流升压斩波电路过流保护电路

    对于所选的保险丝,遵从t2I值小于晶闸管的允许t2I值。

    4.2、过电压保护电路

    电力电子装置中可能发生的过电压分为外因过电压和内因过电压两类。外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外部原因。本设计主要用于室内,为了使用方便不考虑来自雷击的威胁。

    操作过电压是由分闸、合闸的开关操作引起的过电压,电网侧的操作过电压会由供电变压器磁感应耦合,或由变压器绕组之间存在的分布电容静感应耦合过来。

    根据以上产生过电压的的各种原因,设计相应的保护电路。如图2-4过压保护电路所示。其中:图中是利用一个电阻加电容进行电压抑制,当电压过高时,保护电路中的电容会阻碍其电压的上升,从而使得电力电子器件IGBT管因电压的的过高厄尔损坏。

    图4中的电阻可以是1KΩ左右的电阻,而电容的值可以为100µF左右,这样形成一个保护电路。

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    5、电路仿真调试

    5.1、仿真模型的选择

    在本次的设计中,采用了Psim软件作为仿真工具来进行电路的模拟。首先画出电路的结构图如下所示:

    158170176_7_20190406024851347.png

    图6  直流升压斩波电路仿真电路模拟图

    由上图中我们可以看到,在电路中,在IGBT的两端加了脉冲触发电压,控制开关的关断,以便得到升压的电压。

    5.2、仿真结果及分析

    在仿真过程中,我将取输入的直流电压为Ud=24~60V之间的任意值,将电感值取的尽可能的大,即L=500H,电阻值R=1000K,控制脉冲电压UGE的占空比大小,即从示波器上观察输出电压Uo大小,示波器上红线表示输出直流电压,蓝线表示输入电压,而橙色表示输出电流大小。

    (1)当占空比为α=0.93,Ud=24V是,得到输出直流电压Uo=343.5V。

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    从上面的直流输出电压图中我们可以看出来,本次设计是成功的,理论与实际是相符的,我们得到了340V的输出电压。

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