范文一：具有有源电压钳位功能的电动汽车IGBT驱动电路设计与研究[权威资料]

具有有源电压钳位功能的电动汽车IGBT驱动电路设计与研究

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摘要:由于电动汽车及混合动力机车的电池工作电压范围较大，在刹车能量回收、发电机发电、短路保护等工况下，防止IGBT产生过压失效成为一个必须深入研究的课题。有源电压钳位功能作为防止IGBT过压失效的有效手段开始有所应用，本文对几种有源电压钳位的具体方式和效果进行了分析，并提出在有源电压钳位在电动汽车IGBT驱动应用中的优化建议。

关键词:有源电压钳位,电动汽车,门极驱动电路,IGBT短路保护,电压尖峰抑制

DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2012.11.015

要采用更大功率的电机和更大功率的IGBT模块。在同样功率情况下，母线电压越高，系统的额定电流越小，系统的损耗也越低，同时还可以减小导线截面积，从而减轻车重。因此，在系统承受的范围内采用较高的母线电压成为电动汽车开发的方向。

此外，在刹车能量回收、发电机发电工作等工况下，系统往往工作于超过额定母线电压的工况下。尤其是为了尽量回收下坡时电动汽车的重力势能，系统往往工作在允许的最高电压状态。然而IGBT关断时产生的Vce电压尖峰叠加在上述较

高的母线电压上,见图1)，有超过IGBT耐压值导致IGBT过压失效的风险。这也是IGBT失效的最典型的原因之一。

因此，为满足电动汽车及混合动力汽车较高母线电压下工作的需要，在IGBT关断使Vce接近耐压值时对电压尖峰的抑制是非常必要的。

有源电压箝位方案的优势

IGBT关断电压尖峰是由系统寄生电感和关断电流变化率决定的，计算公式如下:

Vs=Ls * di/dt

Ls表示系统寄生电感，di/dt表示关断时流过IGBT的电流变化率，在系统设计方面通常采用叠层母排技术尽量减小寄生电感，增加并联在母线上的吸收电容等方式减小关断尖峰。在驱动电路方面抑制电压尖峰的方式也

复时间只有15ns，反向电压为200V的ES1D。为了凸显有源电压箝位电路的抑制电压尖峰能力，关断电阻选用了数据手册中的标称值0.8欧姆，实际电路考虑其他综合因素该值会更大一些，如2.2欧姆左右。源电压箝位的保护效果，如图8a和8b。紫色C3为门极电压波形Vge，绿色线C4为集电极电流波形Ic，蓝色线C2为电压波形Vce。

图8a是不使用有源电压箝位功能时的短路测试。由测试结果可见，母线在275V左右发生短路，关断电压尖峰为626V，已经接近HybridPACK2的650V耐压限值,blocking voltage)。

图8b是加上基本有源电压箝位电路后进行的短路测试。由测试结果可见，即使母线达到400V，短路电流比在275V下大45%，关断电压尖峰值仅为604V。可见到Vce被抑制成一

个平台，同时门极电压Vge在5V形成一个电压平台，有效抑制了di/dt。

2)该设计仅使用基本有源电压箝位电路，无法适应更多变更复杂更高工作电压的环境，下一步会设计功能更加完善的有源电压箝位电路，不仅限于前文介绍的优化方法。还会考虑采用在泄放回路上串联电容的方法来控制能量的分配，以及应用更大功率IGBT时并联推挽输出级的泄放回路分配。

有源电压箝位作为一种负反馈闭环电路，在电动汽车及混合动力汽车的IGBT驱动电路中是非常必要的，拓展了可工作的母线电压、刹车能量回收、弱磁调速等高电压工况和短路保护等极限工况的可靠性提供了保障。多种优化的有源电压箝位电路进一步为系统设计的灵活性、平衡性提供了有效的支持。

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范文二：半桥电容电压钳位串联谐振变换器

半桥电容电压钳位串联谐振变换器 10

-

12

(电力电子技术)2000年第2期20004

半桥电容电压钳位串联谐振变换器

HalLbridgeCapacitorVoltageClampedSeriesResonantConverter

华中理工大学陈天锦徐至新(武汉430074).

——

,,61]6f摘要:介绍了一种采用零电流零电压开关技术的半桥电容电压钳位串联谐振变换器,分析了电睹的工作原理.

实验表明,这种变换器高教可给出了500W/40kHz变换器的仿真波形厦实验结论.

靠,并能有效提高功率因数.

Abstract:ThispaperpresentsahMf-bridgecapacitorvoltagedampedseriesresonantconvert

erutingazero-C?nt

andzre~voltageswitchingtechnique.TheoperationprincipleofthecircuitisanMyzedThere

sultsofexperimentandtim

u]ationorsa500W/40kHzconvel~erarogivenExperimentshowstheconverterhas】1ighreliabilityandhigheff[ciencv.and canimprovepowerfactorefficientJy 叙词:串联/谐振半挢电容电压钳位

Kevword:seri;resontmt;half-bridge;capacitor 1前言

随着现代电力电子技术的发展和电力变换器的

广泛应用,提高变换效率和功率因数成为对电力变

换器装置的普遍要求.采用高频谐振变换技术和有

凛功率因数校正技术是提高效率和功率因数的有效

途径.

本文介绍的电路利用电容和电感的串联谐振, 在不增加开关管的电压应力的情况下实现开关管的 零电流关断,并能有效提高功率因数.普通的桥式 不控整流接电容平滑滤波PF<0.65,要满足对功 率因数的要求所需的无源滤波器体积,重量大,仍难 以达到高功率因数.

本电路其需要很小的高频无源滤波器,功率因 数可提高到095左右.本电路的控制电路结构简 单,可靠性高,在中小功率直流电源中具有较大的实 用价值.

2电路工作原理分析

如图1为主电路结构框图.

图1系统结构框图

21直流变换部分波形分析

假设:电路按调频方式工作,控制脉宽恒定;忽 略输入输出电压纹波;元器件理想.

主电路稳定工作后,主要的电量波形如图2所 示.

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牛芋=^

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图2主电路主要电量波形

(1)to,r1阶段

假设:Vd=VH,Vd=0.t0时刻VQ1导通

v关断.等效电路如图3所示

.

图3串联谐振部分等效电路

图中V.——次级折算到变压器初级电压(:K)

K——变压器匝比

L——励磁电感

c——谐振电容(c=C+C2,C】=C2) L——谐振电感(L=Ll+Ll+kK) ,——外串电感

L——初级与次级绕组漏感

此阶段L中电流和上电压为:

iL(t):(V?一Vo)~/C/Lsinnt (0:1/CL)f1)

c2(t):(一)(1一?0t)(2)

馨

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一

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.

%‰

(电力电子技术)2000年第2期20004 滤除.

讨论中假设输入直流部分不加电容cw,而实际 电路中有电容c,由于所加的电容很小,为了便于 分析可忽略其影响.电容c有两个作用:(1)减小 电网电感对谐振变换部分的影响;(2)减小高频纹波 电流对电网的影响,提高整流效率. 3控制电路

控制电路结构框图如图8所示.为构成宽调频

的慢速反馈环节,在输出电压v反馈通路中加入 电容延时,反馈电压与参考电压vf相减的误差电 压经比例积分环节后,输入到锁相环4046的输入 端,产生频率随着输出平均直流电压变化的矩形渡, 经过微分整形后作为计数器的复位信号.控制电路 主要波形如图9所示.

图8控制电路结构框图

号

图9控制电路主要波形

作者简介

陈王锦:男,1973年生,硕士研究生.电力电子技术专业. 4实验结论

实验电路的相关参数如下:输入电压为38ov, 输出电压为48v,最高工作频率为40kHz,额定输出 功率为500W,变压器匝数比为21:5.L=80H,C =

70nF,CN=1F.电路主要实验渡形如图8所 示.

圈(a)相电压,相电流波形

(b)IGBT电压,电流波形

图10实验电路主要嫂形

实验电路满载实测功率因数为095.效率为 0.94,由实验结果得出以下结论:

(1)能有效提高功率因数,可采用普通三相不控 整流,降低了设备价格,提高了系统可靠性; (2)开关管零电流关断且无过压,开关损耗小, 直流变换效率高;

(3)控制电路简单,可靠性高.

参考文献

1於扬功率因数校正[硕士论文]华中理上大学.1995

收稿日期:1999—07—08

定稿日期:1999—12—12

范文三：电压钳位型瞬态抑制二极管（TVS）原理

电压钳位型瞬态抑制二极管(TVS)原

理

图 TVS管原理图

TVS(Transient Voltage Suppression)是一种限压保护器件，作用与压敏电阻很类似。也是利用器件的非线性特性将过电压钳位到一个较低的电压值实现对后级电路的保护。TVS管的主要参数有:反向击穿电压、最大钳位电压、瞬间功率、结电容、响应时间等。 TVS的响应时间可以达到ps级，是限压型浪涌保护器件中最快的。用于电子电路的过电压保护时其响应速度都可满足要求。TVS管的结电容根据制造工艺的不同，大体可分为两种类型，高结电容型TVS一般在几百,几千pF的数量级，低结电容型TVS的结电容一般在几pF,几十pF的数量级。一般分立式TVS的结电容都较高，表贴式TVS管中两种类型都有。在高频信号线路的保护中，应主要选用低结电容的TVS管。 TVS管的非线性特性比压敏电阻好，当通过TVS管的过电流增大时，TVS管的钳位电压上升速度比压敏电阻慢，因此可以获得比压敏电阻更理想的残压输出。在很多需要精细保护的电子电路中，应用TVS管是比较好的选择。TVS管的通流容量在限压型浪涌保护器中是最小的，一般用于最末级的精细保护，因其通流量

小，一般不用于交流电源线路的保护，直流电源的防雷电路使用TVS管时，一般还需要与压敏电阻等通流容量大的器件配合使用。 TVS管便于集成，很适合在单板上使用。 TVS具有的另一个优点是可灵活选用单向或双向保护器件，在单极性的信号电路和直流电源电路中，选用单向TVS管，可以获得比较低的残压。 TVS的反向击穿电压、通流容量是电路设计时应重点考虑的。在直流回路中，应当有:min(UBR)?(1.3,1.6)Umax，式中UBR为直流TVS的反向击穿电压，Umax是直流回路中的电压峰值。 TVS管主要可用于直流电源、信号线路、天馈线路的防雷保护。 TVS管的失效模式主要是短路。但当通过的过电流太大时，也可能造成TVS管被炸裂而开路。TVS管的使用寿命相对较长。

范文四：2位乘法电路

国家电工电子实验教学中心 数字电子技术

实 验 报 告

实验题目: 1、 2位乘法器

2、可控加法器

3、可控乘法器

4、数模转换电路

5、模拟转换电路

学 院:电子信息工程学院

专 业:

学生姓名:

学 号:

任课教师:

2013 年 12 月 3 日

1、设计任务要求

用加法器实现 2位乘法电路。

2、设计方案及论证

(1)任务分析:

①设计乘法运算, 运用所学的知识, 即可转换为累加的情况。 其中用到全加器的知识, 不过,要在其基础上考虑进位,即所谓的级联。

② A-B=A+(-B) = (A+(-B))补 =A补 +(-B )反 +1

③ S3=A1A0B1B0

S2=A1A0B0+A1A0B1

S1=A1A0B1+A0B1B0+A1B1B0+A1A0B0

S0=A0B0

(2)方案比较

方案一: 1.设两位二进制分别为 A1A0和 B1B0,输出为 S3S2S1S0

2.可以用与门(74LS08)

式 1 方案一公式

方案二:

见真值表:

表一 真值表

根据真值表画卡诺图列出表达式为:

S3=A1A0B1B0

S2=A1A0B0+A1A0B1

S1=A1A0B1+A0B1B0+A1B1B0+A1A0B0

S0=A0B0

通过真值表的分析和卡诺图的简化, 得出逻辑表达式。 然后运用逻辑门进行连接, 即 可得到所需的电路了。

比较方案:

通过对比方案一和方案二, 方案二单纯利用基本逻辑门完成此多功能运算电路的电路 图需要的逻辑门种类多,且逻辑门个数很多,有几个门还没有接触,其插线复杂,占用空间 大,不适合在实际操作中实现,故排除此种方案。方案一所用晶体模块都学过,用起来也比

较方便,而且能巩固学过的知识。综合以上,我们小组选择方案一。

(3)系统结构设计

在我们小组的方案中, 连续两次用到了全加器, 联想到集成块方面的知识, 级联全加 器可以用 74LS183代替, 这种双全加器具有独立的全加和与进位输出, 即可将每个全加器单 独使用, 又可将一个全加器的进位输出端与另一个进位输出端连接起来, 组成 2位串行加法 器。此处即用到它的第二个功能。这种集成全加器级联方便,使用时分灵活。具体原理图如 下:

图一 原理图

(4)具体电路设计

图二 具体电路图

3、制作及调试过程

(1)制作与调试流程

分别将 A1A0和 B1B0赋高地电平, 数码管就会有相应的数字显示和变化, 此时数码管显示值为 16进制,但对于两位二进制的乘法最大数值为 9,而 BCD 中 0-9的显 示和十进制的相同。

(2)遇到的问题与解决方法

进行探索性实验难免会遇到问题, 在设计过程中缺少具体明确的设计方向。 经过分析 后提出了两种方案, 理论上两种方案都是可行的, 但实际操作中出现了电路复杂等问题, 故 选用方案优化。

4、系统测试

(1)测试方法及数据

按电路图连接到实验箱上,按照真值表的数据手动操作验证电路。测试数据见下表。

表二 测试数据表

(3)数据分析及结论

表二中的测试数据结果与真值表中的数据一致, 说明此乘法运算电路的电路设计可行 的,制作是正确的。

5、系统使用说明

系统外观及接口说明

图三 乘法电路实物连接图

6、总结

(1)收获与体会

经过数小时的实验过程, 虽然其间会遇到一些问题, 但我们还是坚持了, 最终也完成了实验。

通过这次, 我们意识到了实践与理论相结合的重要性、 团队合作的必要性。 通过这次的课程 设计,发现了自己知识面的不足,找到了以后学习的方向。

(2)对本课程的建议

本学期最新改革的课程设计性实验比以往的实验增加了太多难度, 技术层面还好解决, 但是 硬件方面很难解决, 建议学校实验室能统一统计购置所需的芯片及元件。 给我们节省出外出 购买元件所带来的时间和资金上的损失。

7、参考文献

侯建军 . 数字电子技术基础 . 北京:高等教育出版社

邱寄帆 . 数字逻辑电路 . 北京:清华大学出版社

章忠全 . 电子技术基础 :实验与课程设计 . 北京:中国电力工业出版社

余孟尝 . 数字电基础简明教程 . 高等教育出版社

范文五：1位原码乘法电路

评分：_________

计算机组成原理设计研讨报告

第一组

组员：

刘金超（12122328）

陈彦全（12122334）

郜时舜（12122336）

李 扬（12122343）

一位原码乘法器电路设计报告

实验目的：

设计一个一位原码乘法电路

实验要求：

通过运用相关的设计开发软件，例如MAXPLUS ，完成设计，并递交设计报告。 任务分配：

李 扬：资料查询，设计分析

郜时舜：原理设计，线路设计

陈彦全：程序调试，模拟

刘金超：实验报告

资料查询：

图一 一位原码乘法算法图

设计分析：

从乘数的第一位开始与被乘数每一位相与, 对应第一个加法器的每一个数的四位, 另一个数的四位是上一个数的进制位高三位, 所得结果的最低位输出.

其高三位和进位位作为下一个加法器的四个输入.

最后一个加法器的输出全部输出, 作为结果的最高五位.

原理设计：

需要用到a0~a5,b0~b5这几个重要的输入端，其中A= a4a3a2a1，B=b4b3b2b1。而a0和b0分别是A ，B 的符号位。同时还要用到与或非这个门电路，最重要的是4个7483加法器实现A*B的计算。

线路设计：

图二 输入端和输出端

程序测试：

图四 中间部分

图五 测试结果

小组体会：

这次计算机组成原理设计加深了我们对乘法器的认识。，与此同时，我们小组对上学期学到的逻辑门，加法触发器有了新的认识，认识到了团队合作的重要性。有些事情，自己单干是不行的，第一，自己没有那么多时间；第二，众人拾柴火焰高。大家一起讨论之后，能有新的想法。新的好的想法能让我们节省很多时间。讨论好之后，分配好各自的任务后，大家都着手去干了各自的。在大家热情的下，很快大家就把各自的任务做好，提交给组长。通过这次课，我感觉自己长大了好多，不再像以前一样，总是一个人自己忙，不配合组员。团队合作是一个很重要的品质，在大学里我们需要跟不同的人打交道，这必然需要团队合作。最后，希望以后能有更多的机会与他人合作，同时也感谢老师的一些指导。

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