于是出现了电流断续的现象。
一般不希望出现电流断续的现象，因此需要通过控制信号占空比的调节来维持负载的电流。
触发电路设计
触发电路需要实现的功能是产生控制信号，用于控制斩波电路中主功率器件的通断，通过对占空比的调节达到控制输出电压大小的目的。
斩波电路有三种控制方式：
1）保持开关周期T不变，调节开关导通时间TON，称为脉冲宽度调制；
2）保持导通时间不变，改变开关周期T，成为频率调制；
3）导通时间和周期T都可调，是占空比改变，称为混合型。
因为斩波电路有三种控制方式，又因为PWM控制技术应用最为广泛，所以采用PWM控制方式来控制IGBT的通断。
PWM控制就是对脉冲宽度进行调制的技术。
这种电路改变脉冲的占空比来获得所需的输出电压。
因为输入电压和所需要的输出电压都是直流电压，因此脉冲等幅，仅是对脉冲的占空比进行控制。
对于控制电路的设计其实可以有很多种方法，可以通过一些数字运算芯片如单片机、CPLD等等来输出PWM波，也可以通过特定的PWM发生芯片来控制。
因为要求输出电压连续可调，所以本设计选用一般的PWM发生芯片来进行连续控制。
对于PWM发生芯片，本设计选用了SiliconGeneral公司的SG3525芯片，其引脚图如图所示。
图SG3525触发芯片
SG3525是一款专用的PWM控制集成电路芯片，它采用恒定频率宽度调制控制方案，内部包括精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。
其11和14脚输出两个等频率等幅、相位互补、占空比可调的PWM信号。
其6和脚7内有一个双门限比较器，内设电容充放电电路，加上外接的电阻电容电路共同构成SG3525的振荡器。
振荡器还设有外同步输入端（脚3）。
脚1及脚2分别为芯片内部误差放大器的反相输入端和同相输入端。
该放大器是一个两级差分放大器。
根据系统的动态和静态特性要求，在误差放大器的输出脚9和脚1之间一般要添加适当的反馈补偿网络，另外当10脚的电压为高电平时，11和14脚的电压变为10输出。
本设计所用触发电路如图所示。
图SG3525触发电路
由于SG3525的振荡频率可表示为：
式中：
Ct，Rt分别是与脚5和脚6相连的振荡器的电容和电阻，Rd是与脚7相连的放电端的电阻。
根据任务要求需要频率为，所以由上式可取Ct=μF,Rt=
Rd=5.
。
可得f=，满足要求。
驱动电路设计
驱动电路的作用是将芯片输出的脉冲进行功率放大，以驱动IGBT。
对于保证IGBT的可靠工作，驱动电路起着至关重要的作用。
对于驱动电路的设计要求，我们遵从以下四点：
1）动态驱动能力强，能为IGBT栅极提供具有陡峭前后沿的驱动脉冲。
否则IGBT会在开通及关延时，同时要保证当IGBT损坏时驱动电路中的其他元件不会被损坏。
2）能向IGBT提供适当的正向和反向栅压，一般取+15V左右的正向栅射驱动电压比较恰当，取-5V反向栅射驱动电压能让IGBT可靠截止。
3）具有栅射驱动电压限幅电路，保护栅极不被击穿。
IGBT栅极极限电压一般为
±20V,驱动信号超出此范围可能破坏栅极。
4）当IGBT处于负载短路或过流状态时，能在IGBT允许时间内通过逐渐降低栅射驱动电压自动抑制故障电流，实现IGBT的软关断。
驱动电路的软关断过程不应随输入信号的消失而受到影响。
当然驱动电路还要注意其他几个问题。
主要是要选择合适的栅极电阻Rg和Rge。
以及要有足够的输入输出电隔离能力，要能够保证输入输出信号无延时。
经资料查找确定了本设计所用日本FUJI公司的EXB841芯片，它具有单电源，正负偏压、过流检测、保护、软关断等主要特性。
其功能比较完善，在国内的到了广泛应用。
EXB841工作原理如图所示。
图EXB841内部原理图
1）正常开通过程：
当EXB841输入端脚14和脚15有10mA的电流流过时，光耦合ISO1导通，A点电位迅速下降至0V，V1和V2截止。
V2截止使D点电位上升至20V，V4导通，V5截止，EXB841通过V4及栅极电阻Rg向一个IGBT提供电流使之迅速导通。
2）正常关断过程：
控制电路使EXB841输入端脚14和脚15无电流流过，光耦合ISO1不通，A点电位上升使V1和V2导通。
V2导通使V4截止、V5导通，IGBT栅极电荷通过V5迅速放电，使EXB841的脚3电位迅速下降至0V，使IGBT可靠关断。
本设计EXB841驱动电路如图所示。
图EXB841驱动电路
本设计对驱动电路进行了优化：
驱动电路中D11起保护作用，避免EXB841的6脚承受过压，通过D6检测是否过流，接D7的目的是为了改变EXB模块过流保护起控点，以降低过高的保护阀值从而解决过流保护阀值太高的问题。
R11和C9及D10接在+20V电源上保证稳定的电压。
D8和D9避免栅极和发射极出现电压，R12是防止IGBT误导通。
保护电路设计
对于保护电路在触发电路和驱动电路上都有体现，SG3525和EXB841都集成了电流电压的保护电路。
IGBT上也设计了对主器件的保护电路。
在系统整流后也加熔断器进行过流保护。
主器件IGBT的保护如图所示。
图IGBT保护电路
对于IGBT保护电路，当达到—定电压值时，自动开通保护电路，使过电压通过保护电路形成通路，消耗过压储存的电磁能量，从而使过压的能量不会加到主开关器件上，保护了电力电子器件。
为了达到保护效果，可以使用阻容保护电路来实现。
将电容并联在回路中，当电路中出现电压尖峰电压时，电容两端电压不能突变的特性，可以有效地抑制电路中的过压。
与电容串联的电阻能消耗掉部分过压能量，同时抑制电路中的电感与电容产生振荡。
对于驱动电路还存在故障信号不稳定的问题，这些问题将伤害IGBT，所以在驱动电路上进行了改进。
如图所示。
图驱动故障封锁电路
故障封锁电路：
当IGBT正常工作时EXB841的5脚是高电平，此时光耦合6N137截止，其6脚为高电平，从而V1导通，于是电容C12不充电，NE555P的3脚输出高电平，输入信号被接到15脚，EXB841正常工作驱动IGBT。
当EXB841检测到过流时EXB841的5脚变为低电平，于是光耦合导通使V1截止，+5V电压经R15和R16对C13充电,R15和R16总电阻为90K，C13为100pF，经过5μs后NE55P的3脚输出为低电平，通过与门将输入信号封锁。
因为，EXB841从检测到IGBT过流到对其软关断结束要10μs，此电路延迟5μs工作是因为芯片检测到过流到EXB41的5脚信号为低电平需要5μs，这样经过NE55P定时器延时5μs，使IGBT软开关断后再停止输入信号，避免立即停止输入信号造成硬关断，伤害IGBT。
总驱动电路如图所示。
图总驱动电路
4仿真设计
MATLAB仿真设计
在电力电子设计过程中利用MATLAB来进行仿真建模分析有很大的好处，它不但非常方便而且能够在很大程度范围内减少因设计问题而造成的浪费。
MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，数据可视化，数据分析以及的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。
这里的仿真主要是运用MATLAB软件中的Simulink工具。
先从Simulink的元件库中找到需要用的元件，然后搭建相应的主电路，设置好参数后即可进行仿真。
在MATLAB软件中打开Simulink窗口在Model里放置器件，本设计仿真的是降压斩波电路。
所用到的Simulink元件有：
直流电压源:
DCVoltageSource
脉冲发生器:
PulseGenerator
绝缘栅双极晶体管:
IGBT
二极管：
Diode
RLC串联电路：
SeriesRLCBranch
电压测量模块：
VoltageMeasurement
电流测量模块：
CurrentMeasurement
示波器：
Scope
平均值测量模块：
MeanValue
数字显示器：
Display
输出端：
Out
元件参数的设定：
直流电压源设定为整流电路输出电压210V。
触发信号设定为触发电路输出信号1V，频率要求，所以周期。
负载由额定电压和额定电流求得175
。
电感设定。
反电动势设定20V。
仿真电路如图所示。
图仿真电路
仿真电路做好后设定参数：
仿真时间：
算法：
ode23s
90%占空比、50%占空比、10%占空比仿真波形如图和及所示。
图90%PWM电路
图50%PWM电路
图10%PWM电路
仿真分析
对于仿真电路，我们可通过平均测量模块得到：
90%PWM电压平均测量模块：
90%PWM电流平均测量模块：
50%PWM电压平均测量模块：
50%PWM电流平均测量模块：
10%PWM电压平均测量模块：
10%PWM电流平均测量模块：
通过上述数据可知：
在占空比10%~90%平均电压为~之间，实现了PWM对输出电压的控制，并且符合210V额定电压。
在占空比10%~90%平均电流为~之间，符合额定电流。
综上所述，本设计满足任务要求。
5.总结
通过这次对IGBT直流斩波电机调速系统设计，我对IGBT斩波电路有了更加清晰的认识，同时也对IGBT的驱动电路和保护电路也有了更深的了解。
另外，在做设计的过程中我也学会了用一些基本元部件进行建模的基本方法，加深了对课本知识的进一步理解。
同时这次课程设计应用到MATLAB软件，设计时借助MATLAB软件进行系统模型仿真，进一步熟悉了MATLAB语言及其应用，用该软件对该电路进行分析，大大简化了计算和绘图步骤。
同时该次课程设计，还用到了AltiumDesigner软件进行原理图的绘制，熟练地掌握了AltiumDesigner绘图的技巧。
书写课程设计说明书时使用WORD2010软件，使我掌握了许多关于WORD编辑和排版技巧，提高了自身对一些基本软件的应用技能。
这次课程设计不仅增加了我的知识积累，让我有机会将课堂上所学的电力电子理论知识运用到实际中，了解了这些知识在电力控制上丰富而强大的用途，为将来走进工作打下了基础。
这不仅还让我懂得自主学习的重要性，还认识到做什么事情都要持之以恒，就一定有所收获。
参考文献
[1]李维波，MATLAB在电气工程中的应用，中国电力出版社，2007
[2]王兆安，刘进军，电力电子技术，机械工业出版社,
[3]李传奇，电力电子技术计算机仿真实验（M），机械工业出版社2006
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