最新開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)-電力電子課設(shè)

1、開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)-電力電子課設(shè)武漢理工大學(xué)?電力電子技術(shù)?課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) PAGE 11目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc266358541 1 概述 PAGEREF _Toc266358541 h 1 HYPERLINK l _Toc266358542 2 方案論述 PAGEREF _Toc266358542 h 2 HYPERLINK l _Toc266358543 2.1 整流平波 PAGEREF _Toc266358543 h 3 HYPERLINK l _Toc266358544 2.2 高頻逆變 PAGEREF _Toc266358544 h 4 H

2、YPERLINK l _Toc266358545 2.3 高頻變壓 PAGEREF _Toc266358545 h 5 HYPERLINK l _Toc266358546 2.4 高頻整流 PAGEREF _Toc266358546 h 6 HYPERLINK l _Toc266358547 2.5 濾波器 PAGEREF _Toc266358547 h 6 HYPERLINK l _Toc266358548 2.6 保護(hù)電路 PAGEREF _Toc266358548 h 6 HYPERLINK l _Toc266358549 2.7 脈寬調(diào)制 PAGEREF _Toc266358549 h

3、 7 HYPERLINK l _Toc266358550 2.7.1脈寬調(diào)制原理 PAGEREF _Toc266358550 h 7 HYPERLINK l _Toc266358551 2.7.2 UC3842簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc266358551 h 7 HYPERLINK l _Toc266358552 3 參數(shù)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc266358552 h 9 HYPERLINK l _Toc266358553 3.1 整流平波參數(shù)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc266358553 h 9 HYPERLINK l _Toc266358554 3.2 逆變器參數(shù)設(shè)計(jì) PAGE

4、REF _Toc266358554 h 10 HYPERLINK l _Toc266358555 3.3 變壓器參數(shù)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc266358555 h 10 HYPERLINK l _Toc266358556 3.3.1 電源變壓器鐵芯內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度分析 PAGEREF _Toc266358556 h 11 HYPERLINK l _Toc266358557 3.3.2 逆變電源變壓器偏磁原因分析及抗偏磁措施 PAGEREF _Toc266358557 h 11 HYPERLINK l _Toc266358558 3.3.3 變壓器參數(shù)計(jì)算 PAGEREF _Toc26635

5、8558 h 12 HYPERLINK l _Toc266358559 3.4 濾波器參數(shù)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc266358559 h 13 HYPERLINK l _Toc266358560 心得體會(huì) PAGEREF _Toc266358560 h 14 HYPERLINK l _Toc266358561 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc266358561 h 15 HYPERLINK l _Toc266358562 符錄 PAGEREF _Toc266358562 h 16開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)1 概述所謂開(kāi)關(guān)電源，廣義上凡用半導(dǎo)體功率器件作為開(kāi)關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)變成為另一形態(tài)的主電路都

6、叫做開(kāi)關(guān)變換電路；轉(zhuǎn)變時(shí)用自動(dòng)控制閉環(huán)穩(wěn)定輸出并有保護(hù)環(huán)節(jié)那么稱為開(kāi)關(guān)電源。開(kāi)關(guān)電源根據(jù)輸入輸出的性質(zhì)不同可分為AC/DC和DC/DC兩大類。AC/DC稱為一次電源，也常稱為開(kāi)關(guān)整流器。值得指出的是，AC-DC變換不單是整流的意義，而是整流后又做DC-DC變換。所以說(shuō)，DC-DC變換器是開(kāi)關(guān)電源的核心。DC/DC稱為二次電源，其設(shè)計(jì)技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國(guó)內(nèi)外均已成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，所以現(xiàn)在DC/DC變換器已實(shí)現(xiàn)模塊化。開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn):功耗小，效率高。開(kāi)關(guān)電路中，功率晶體管在信號(hào)源的鼓勵(lì)下，交替工作在導(dǎo)通截止和截止導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換速度很快，頻率一般在幾十到幾KHz。體積小，重量輕。由于去除了線性電源笨

7、重的工頻變壓器，并且在功晶體管上的耗散功率大幅度降低之后，就省去了較大的散熱片，因此開(kāi)關(guān)穩(wěn)電源的體積和重量都可以得到大大減少。穩(wěn)壓范圍寬。開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓是由信號(hào)源的占空比或者信號(hào)源的率來(lái)調(diào)節(jié)的，輸入電壓的變化也可以通過(guò)變頻或調(diào)寬進(jìn)行補(bǔ)償。在工頻電網(wǎng)壓有較大的變化或負(fù)載有較大的變化時(shí)，它仍能保證有較穩(wěn)定的輸出電壓，以穩(wěn)壓范圍寬、穩(wěn)壓效果好。濾波的效率大為提高，使濾波電容的容積和體積大為減小。開(kāi)關(guān)電源的缺點(diǎn):開(kāi)關(guān)干擾嚴(yán)重。功率晶體管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，它產(chǎn)生的交流電壓和電會(huì)對(duì)電路的其它器件產(chǎn)生尖峰干擾和諧波干擾，這些干擾如不能抑制、消除屏蔽，就會(huì)嚴(yán)重地影響整個(gè)系統(tǒng)的工作。此外由于沒(méi)有工頻變壓器的隔

8、離，些干擾就會(huì)倒入電網(wǎng)，對(duì)周圍的電磁環(huán)境產(chǎn)生諧波干擾。電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，故障率高，維修困難。開(kāi)關(guān)電源的分類：開(kāi)關(guān)電源因體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在中、小功率乃至大功率領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。從輸入輸出之間是否有變壓器隔離分，可以分成有隔離和無(wú)隔離另類每一類中又有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：Buck、Boost、Buck-Boost等。假設(shè)按鼓勵(lì)形式不通，可分為自鼓勵(lì)式和他鼓勵(lì)式兩種。其中自鼓勵(lì)式包括單管式變換器和推挽式變壓器兩種；他勵(lì)式變壓器按不同的調(diào)節(jié)模式分為：脈寬調(diào)制、脈頻調(diào)制，脈沖跨周期調(diào)制等。脈沖寬度調(diào)制PWM的開(kāi)關(guān)頻率恒定，通過(guò)調(diào)節(jié)導(dǎo)通脈寬來(lái)改變占空比，脈沖頻率調(diào)制PFM的脈沖寬度恒定，通過(guò)調(diào)節(jié)

9、開(kāi)關(guān)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的控制；脈沖跨周期調(diào)制PSM檢測(cè)反應(yīng)反應(yīng)信號(hào)電平，決定是否在該時(shí)鐘周期內(nèi)工作。目前應(yīng)用比擬廣泛的是脈沖寬度調(diào)制模式，包括正激式、反激式、半橋式和全橋式等。2 方案論述本次設(shè)計(jì)任務(wù)的初始條件為：輸入220V,50Hz的單向交流電壓，要求輸出雙路直流電壓：+10V，-10V，要求直流最大輸出電流2A。AC/DC雙路輸出開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)，主要就是首先對(duì)輸入的220V,50Hz的交流電源進(jìn)行整流濾波，得到直流電壓，再經(jīng)過(guò)高頻逆變得到高頻交流電壓，然后在經(jīng)過(guò)高頻變壓器降壓，再經(jīng)過(guò)高頻整流得到脈動(dòng)直流，最后經(jīng)過(guò)濾波器得到要求的直流電。整體設(shè)計(jì)方框圖如圖1所示：整流濾波 高 頻 逆 變變壓

10、器高頻整流濾波器220V50Hz直流高頻交流高頻交流脈動(dòng)直流直流保護(hù)電路脈寬調(diào)制控制PWM驅(qū)動(dòng)圖1 整體設(shè)計(jì)方框圖整流局部是利用具有單向?qū)щ娦再|(zhì)的二極管構(gòu)成的橋式電路來(lái)實(shí)現(xiàn)；濾波局部那么是利用電容電感器件的儲(chǔ)能效應(yīng)，構(gòu)成LC電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的；高頻逆變電路那么是通過(guò)開(kāi)關(guān)電力電子器件的開(kāi)通關(guān)斷性質(zhì)實(shí)現(xiàn)的；高頻變壓器降壓那么是通過(guò)互感變壓器實(shí)現(xiàn)降壓的；高頻整流那么是通過(guò)整流器件實(shí)現(xiàn)交流變脈動(dòng)直流的；而濾波器那么是通過(guò)電容的濾波效應(yīng)實(shí)現(xiàn)脈動(dòng)直流向直流的轉(zhuǎn)化的。2.1 整流平波所謂整流，就是把交流電變成直流電。整流濾波電路設(shè)計(jì)如圖2所示：圖2 整流平波電路設(shè)計(jì)圖整流電路工作原理：在輸入交流電壓的正半周期，二

11、極管D1、D4承受正向電壓導(dǎo)通，D2、D3承受反向電壓截至，整流輸出電壓等于輸入電壓；在輸入交流電壓的負(fù)半周期，二極管D2、D3承受正向電壓導(dǎo)通，二極管D1、D4承受反向電壓截至，輸出電流是輸入電流的相反數(shù)。整流電路工作時(shí)的波形如圖3所示：由圖3可知，經(jīng)過(guò)二極管整流橋后，輸入的正弦電壓成了正的電壓，同時(shí)由于電容電感的儲(chǔ)能效應(yīng)，整流橋輸出的電壓和電流會(huì)進(jìn)一步變的平直。當(dāng)然電容量越大，濾波效果越好，輸出波形越趨于平滑，輸出電壓也越高。但是，電容量到達(dá)一定值以后，再加大電容量對(duì)提高濾波效果已無(wú)明顯作用。通常應(yīng)根據(jù)負(fù)載電壓和輸出電流的大小選擇最正確電容。為了防止在同一側(cè)半橋中上下兩個(gè)開(kāi)關(guān)在換流的過(guò)程中

12、發(fā)生短暫的同時(shí)導(dǎo)通現(xiàn)象而損壞開(kāi)關(guān)，每個(gè)開(kāi)關(guān)各自的占空比不能超過(guò)50%，并且留有裕量。2.3 高頻變壓變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來(lái)改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和鐵芯。在電器設(shè)備和無(wú)線電路中，常用作升降電壓、匹配阻抗等。變壓器的根本原理：當(dāng)一個(gè)正弦交流電壓U1加在初級(jí)線圈兩端時(shí)，導(dǎo)線中就有交變電流I1并產(chǎn)生交變磁通1，它沿著鐵心穿過(guò)初級(jí)線圈和次級(jí)線圈形成閉合的磁路。在次級(jí)線圈中感應(yīng)出互感電勢(shì)U2，同時(shí)1也會(huì)在初級(jí)線圈上感應(yīng)出一個(gè)自感電勢(shì)E1，E1的方向與所加電壓U1方向相反而幅度相近，從而限制了I1的大小。為了保持磁通1的存在就需要有一定的電能消耗，并且變壓器本身也有一定的損耗

13、，盡管此時(shí)次級(jí)沒(méi)接負(fù)載，初級(jí)線圈中仍有一定的電流，這個(gè)電流我們稱為“空載電流。如果次級(jí)接上負(fù)載，次級(jí)線圈就產(chǎn)生電流I2，并因此而產(chǎn)生磁通2，2的方向與1相反，起了互相抵消的作用，使鐵心中總的磁通量有所減少，從而使初級(jí)自感電壓E1減少，其結(jié)果使I1增大，可見(jiàn)初級(jí)電流與次級(jí)負(fù)載有密切關(guān)系。當(dāng)次級(jí)負(fù)載電流加大時(shí)I1增加，1也增加，并且1增加局部正好補(bǔ)充了被2所抵消的那局部磁通，以保持鐵心里總磁通量不變。如果不考慮變壓器的損耗，可以認(rèn)為一個(gè)理想的變壓器次級(jí)負(fù)載消耗的功率也就是初級(jí)從電源取得的電功率。變壓器能根據(jù)需要通過(guò)改變次級(jí)線圈的圈數(shù)而改變次級(jí)電壓，但是不能改變?cè)试S負(fù)載消耗的功率。本次設(shè)計(jì)中所用的變

14、壓器如圖5所示： 圖5 變壓器設(shè)計(jì)圖2.4 高頻整流高頻整流與前面2.1節(jié)所講述的整流原理是根本一致的，在這里就不再贅述。2.5 濾波器LC濾波器適用于高頻信號(hào)的濾波，它由電感L和電容C所組成，由于感抗隨頻率增加而增加，而容抗隨頻率增加而減小，因此，LC低通濾波器的串臂接電感，并臂接電容，高通濾波器的L、C位置，那么與它相反。帶通濾波器那么是二者的組合。在本次設(shè)計(jì)中，所用的濾波器如圖6所示：當(dāng)流過(guò)電感的電流發(fā)生變化時(shí)，線圈中產(chǎn)生自感電勢(shì)阻礙電流的變化，而電容兩端的電壓不能發(fā)生突變，所以經(jīng)過(guò)如圖6所示的濾波器后，輸出的電流和電壓的脈動(dòng)減小。圖6 濾波器電路設(shè)計(jì)2.6 保護(hù)電路通過(guò)在UC3842的

15、采樣電壓處接入一個(gè)射極跟隨器，從而在控制電壓上增加了一個(gè)與脈寬調(diào)制時(shí)鐘同步的人為斜坡，它可以在后續(xù)的周期內(nèi)將I擾動(dòng)減小到零。因此，即使系統(tǒng)工作在占空比大于50或連續(xù)的電感電流條件下，系統(tǒng)也不會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。不過(guò)該補(bǔ)償斜坡的斜率必須等于或略大于m22，系統(tǒng)才能具有真正的穩(wěn)定性。取樣電阻改用無(wú)感電阻。無(wú)感電阻是一種雙線并繞的繞線電阻，其精度高且容易做到大功率。采用無(wú)感電阻后，其阻抗不會(huì)隨著頻率的增加而增加。這樣，即使在高頻情況下取樣電阻所消耗的功率也不會(huì)超過(guò)它的標(biāo)稱功率，因此也就不會(huì)出現(xiàn)炸機(jī)現(xiàn)象。反應(yīng)電路改用TL43l加光耦來(lái)控制。我們都知道放大器用作信號(hào)傳輸時(shí)都需要傳輸時(shí)間，并不是輸出與輸入

16、同時(shí)建立。如果把反應(yīng)信號(hào)接到UC3842的電壓反應(yīng)端，那么反應(yīng)信號(hào)需連續(xù)通過(guò)兩個(gè)高增益誤差放大器，傳輸時(shí)間增長(zhǎng)。由于TL431本身就是一個(gè)高增益的誤差放大器，因此，在保護(hù)電路中直接采用腳1做反應(yīng)，從UC3842的腳8(基準(zhǔn)電壓腳)拉了一個(gè)電阻到腳l，腳2通過(guò)R18接地。這樣做的好處是，跳過(guò)了UC3842的內(nèi)部放大器，從而把反應(yīng)信號(hào)的傳輸時(shí)間縮短了一半，使電源的動(dòng)態(tài)響應(yīng)變快。另外，直接控制UC3842的腳l還可簡(jiǎn)化系統(tǒng)的頻率補(bǔ)償以及輸出功率小等問(wèn)題。2.7 脈寬調(diào)制2.7.1脈寬調(diào)制原理PWM 控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。即通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效地獲得所需要波形含形狀和幅

17、值。在采樣控制理論中有一條重要的結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果根本相同，沖量即窄脈沖的面積。效果根本相同是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形根本相同。上述原理稱為面積等效原理以正弦PWM 控制為例。把正弦半波分成N 等份，就可把其看成是N 個(gè)彼此相連的脈沖列所組成的波形。這些脈沖寬度相等，都等于/N ，但幅值不等且脈沖頂部不是水平直線而是曲線，各脈沖幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖列利用相同數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波局部的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波局部面積 沖量相等，就得到PWM 波形。各PWM 脈沖的幅值相等而寬度是按正弦規(guī)律

18、變化的。根據(jù)面積等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。對(duì)于正弦波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到PWM 波形。可見(jiàn)，所得到的PWM 波形和期望得到的正弦波等效。2.7.2 UC3842簡(jiǎn)介 UC3842是一種高性能的固定頻率電流型控制器，單端輸出，可直接驅(qū)動(dòng)MOSFET，具有管腳數(shù)量少、外圍電路簡(jiǎn)單、安裝與調(diào)試簡(jiǎn)便、性能優(yōu)良、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)高頻變壓器與供電電源隔離，非常適于2050W的小功率的輔助電源，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7所示。它具有兩個(gè)控制環(huán)路，一個(gè)是輸出電壓反應(yīng)誤差放大器，用于同基準(zhǔn)電壓比擬后產(chǎn)生誤差電壓；另一個(gè)是變壓器原邊中的電流在采樣電阻上產(chǎn)生的電壓與誤差電壓進(jìn)行比擬調(diào)節(jié)調(diào)制脈沖的

19、寬度，這些都是在時(shí)鐘所限定的固定頻率下工作。圖7 UC3842內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖UC3842 采用固定工作頻率脈沖寬度可控調(diào)制方式，共有8 個(gè)引腳，各腳功能如下：腳是誤差放大器的輸出端，外接阻容元件用于改善誤差放大器的增益和頻率特性；腳是反應(yīng)電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的2.5V 基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比擬，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度；腳為電流檢測(cè)輸入端， 當(dāng)檢測(cè)電壓超過(guò)1V時(shí)縮小脈沖寬度使電源處于間歇工作狀態(tài)；腳為定時(shí)端，內(nèi)部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時(shí)間常數(shù)決定，f=1.8/(RTCT)；腳為公共地端；腳為推挽輸出端，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時(shí)間僅為50ns 驅(qū)動(dòng)能力為1A ；腳是直流電源

20、供電端，具有欠、過(guò)壓鎖定功能，芯片功耗為15mW；腳為5V 基準(zhǔn)電壓輸出端，有50mA 的負(fù)載能力。UC3842的引腳圖如圖8所示圖8 UC3842引腳圖UC3842其主要特點(diǎn)如下：1良好的負(fù)載調(diào)整率 因?yàn)檎`差放大器可專門用于控制由于負(fù)載變化造成的輸出電壓變化。2電壓調(diào)整率好，可到達(dá)0 01V 這是由于輸入電壓的變化可立即反映為變壓器原邊電流的變化，它不經(jīng)過(guò)任何誤差放大器就能在比擬器中改變輸出脈沖寬度，再加上一級(jí)輸出電壓至誤差放大器控制，能夠使電壓調(diào)整率更好。3過(guò)流保護(hù)電路的簡(jiǎn)化由于采樣電阻上的信號(hào)對(duì)應(yīng)變壓器原邊電流的峰值，所以形成逐個(gè)脈沖限流電路，只要采樣電阻上電壓到達(dá)1V，脈寬調(diào)制器就立即

21、關(guān)閉，而這種峰值電流檢測(cè)技術(shù)可以靈敏地、精確地限制輸出的最大電流。4誤差放大器補(bǔ)償電路簡(jiǎn)單，穩(wěn)定度提高并改善了頻率響應(yīng)這是由于采樣電阻上檢測(cè)的峰值電流值能代表其平均值大小，整個(gè)電路可以看作一個(gè)誤差電壓控制源，變換器由雙極點(diǎn)變?yōu)閱螛O點(diǎn)。5采用電流環(huán)的自動(dòng)穩(wěn)流電流峰值控制可改善開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和瞬態(tài)特性，當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)影響時(shí)，只要被檢測(cè)的電流發(fā)生變化，就立即反映到控制電路中，使之自動(dòng)調(diào)節(jié)，而不會(huì)象單環(huán)調(diào)壓系統(tǒng)那樣要等輸出電壓發(fā)生變化后，才調(diào)節(jié)控制端，雙閉環(huán)控制系統(tǒng)很好地提高了穩(wěn)壓電源的響應(yīng)速度。6欠壓鎖定電路其開(kāi)啟電壓為16V，關(guān)閉電壓為10V,UC3842的電源可以由高壓直流電通過(guò)一個(gè)降壓電

22、阻來(lái)提供，6V的啟動(dòng)關(guān)閉電壓回差可以有效地防止電路在閾值電壓附近工作時(shí)的振蕩：在UC3842的輸入端設(shè)有一個(gè)36V齊納管，保證內(nèi)部電路絕對(duì)工作在36V以下，防止可能高壓帶來(lái)的損壞。7圖騰柱式輸出 UC3842輸出給開(kāi)關(guān)管的平均電流為200mA，最大峰值電流可達(dá)l.OA，輸出低電平為16V，輸出高電平為134V，故適合驅(qū)動(dòng)雙極晶體管或者M(jìn)OSFET。芯片內(nèi)部設(shè)置有PWM鎖存器，可保證輸出端在每個(gè)振蕩周期內(nèi)僅出現(xiàn)一個(gè)單控制脈沖，防止噪聲干擾和功率管的超功耗。3 參數(shù)設(shè)計(jì)3.1 整流平波參數(shù)設(shè)計(jì)整流平波電路設(shè)計(jì)圖如圖2所示，為單相全橋整流，整流后的直流波形經(jīng)電容平波和可以得到平直無(wú)紋波的直流波形。單

23、相整流橋進(jìn)線電壓有效值為U=220V，設(shè)電源輸出功率為2KVA，假設(shè)功率因數(shù)為09，那么流過(guò)整流二極管的電流約為lO1A，給電流留一定裕量，可取整流二極管的額定電流為20A，于是本文選擇耐壓為1000V額定電流為25A的整流模塊作為單相整流橋。 由圖3可知，經(jīng)過(guò)整流橋后輸出電壓為式1為了保證濾波效果，應(yīng)盡量選取電容量較大的電容，因此選取經(jīng)過(guò)電容平波器后，輸出電壓變?yōu)椋菏?3.2 逆變器參數(shù)設(shè)計(jì)逆變器在工作中，開(kāi)關(guān)器件承受的最大正向電壓是來(lái)自于逆變器的輸入端。本設(shè)計(jì)采用的逆變器是單相全橋逆變電路，當(dāng)輸出交流側(cè)接阻感負(fù)載時(shí)需要提供無(wú)功功率，因此在每個(gè)IGBT集電極與發(fā)射極間并聯(lián)了快恢復(fù)二極管，以給

24、無(wú)功功率提供通道。在逆變橋前串一個(gè)熔斷器是為了防止逆變器因死區(qū)時(shí)間不適宜造成上下橋臂直通而短路、輸出負(fù)載端短路或變壓器嚴(yán)重偏磁飽和時(shí)導(dǎo)致的初級(jí)繞組過(guò)流等現(xiàn)象起保護(hù)作用。整流橋輸出經(jīng)過(guò)濾波后，作為逆變器的輸入，所以逆變器的輸入端電壓最大值為264V，考濾到保存一定的裕量，可取IGBT額定電壓為400V。3.3 變壓器參數(shù)設(shè)計(jì)變壓器在逆變電源中主要有兩個(gè)作用：變壓包括升壓或降壓；電氣隔離。逆電源變壓器與普通電源變壓器的工作狀況不一樣，逆變電源變壓器存在一些特殊問(wèn)題。首先，逆變電源變壓器傳遞的是SPWM波。其次，逆變電源變壓器容易出現(xiàn)偏磁飽和問(wèn)題，而普通電源變壓器出現(xiàn)偏磁飽和的可能性很小。普通電源變

25、壓器的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)比擬成熟，普通電源變壓器直接用在逆變電源當(dāng)中容易出現(xiàn)偏磁飽和問(wèn)題，目前有關(guān)逆變電壓器設(shè)計(jì)的資料很少，因此有必要說(shuō)明一下逆變電源變壓器的設(shè)計(jì)問(wèn)題。 3.3.1 電源變壓器鐵芯內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度分析 設(shè)逆變電源輸出基波角頻率為，基波峰值為，除基波外的各次諧波 峰值為。變壓器的初級(jí)電壓表示為：式3如果忽略變壓器原邊繞組電阻上的壓降及漏感，原邊電壓，與原邊繞組上的磁感應(yīng)電勢(shì)就可近似相等即 式4設(shè)表示原邊繞組匝數(shù)，磁感應(yīng)電勢(shì)與鐵心內(nèi)的主磁通痧的關(guān)系可表示為式5設(shè)S表示鐵心的截面積，鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與有如下關(guān)系：式6結(jié)合式3到式6可知：逆變電源變壓器鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B可表示如下：式7逆

26、變電源變壓器設(shè)計(jì)人、時(shí)所用的根本公式和普通電源變壓器設(shè)計(jì)時(shí)所用的根本公式是很相似的，因此可以把逆變電源變壓器的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為一個(gè)普通電源變瓜器的設(shè)計(jì)，這個(gè)普通電源變壓器初級(jí)所承受電壓的頻率等于逆變電源的輸出頻率，由此可見(jiàn)，逆變電源變壓器不是按開(kāi)關(guān)頻率設(shè)計(jì)的，而是按輸出頻率設(shè)計(jì)的。3.3.2 逆變電源變壓器偏磁原因分析及抗偏磁措施與普通變壓器的工作狀況不同，逆變電源變壓器容易出現(xiàn)偏磁問(wèn)題，偏磁是逆變電源變壓器的特有現(xiàn)象。這是由于當(dāng)變壓器鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度存在直流分量時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的波形正負(fù)半波不對(duì)稱，或向上偏或向下偏，這種現(xiàn)象稱為變壓器的偏磁現(xiàn)象。偏磁嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致變壓器鐵心出現(xiàn)磁飽和。變壓器磁飽和對(duì)

27、整個(gè)電源系統(tǒng)的正常運(yùn)行將產(chǎn)生極其不利的影響，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1變壓器飽和時(shí)，由于勵(lì)磁電流很大，將導(dǎo)致逆變器開(kāi)關(guān)器件的電流過(guò)大，可能使過(guò)流保護(hù)動(dòng)作或開(kāi)關(guān)器件損壞； 2變壓器飽和時(shí)，由于勵(lì)磁電流中含有大量的諧波成分，諧波電流在變壓器漏感上的諧波壓降將導(dǎo)致輸出電壓波形出現(xiàn)嚴(yán)重畸變； 3變壓器飽和時(shí)，由于勵(lì)磁電流很大，將使變壓器的發(fā)熱及噪聲增加。 對(duì)逆變電源變壓器偏磁產(chǎn)生原因進(jìn)行深入研究，提出了有效的抗偏磁措施：1盡量選用飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高的鐵磁材料作鐵芯，如01mm們的硅鋼片壓制而成的鐵心，以提高變壓器對(duì)偏磁的承受能力。2使給定的正弦波或三角載波盡量不含直流分量：開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)的死區(qū)時(shí)間盡量一致。

28、3盡量防止使用半波整流負(fù)載，即使電源帶半波整流負(fù)載，功率也不能很大。4變壓器鐵芯間加氣隙。5逆變電源輸出功率較小時(shí)，變壓器原邊可以串電容，隔離其直流成分。6采用對(duì)變壓器原邊電壓中的直流分量進(jìn)行補(bǔ)償控制來(lái)改善變壓器偏磁飽和的方法。3.3.3 變壓器參數(shù)計(jì)算1 確定變比K由前面的計(jì)算可知，蒸餾濾波輸出電壓的有效值為264V，即變壓器輸入電壓有效值為264V，而變壓器輸出電壓為10V,所以變比K為 式8為保證在電網(wǎng)電壓較低時(shí)，輸出電壓還能到達(dá)10V，所以實(shí)際可以去變比K=26.2 確定正常情況下變壓器鐵心中磁感應(yīng)強(qiáng)度的設(shè)定值值 考慮劍使變壓器對(duì)偏磁有足夠的承受能力, 按下式選取，本文取，式中是鐵芯的

29、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。3 確定變壓器鐵芯技術(shù)指標(biāo)設(shè)逆變器輸出功率為2KVA，故必須選功率大于2KVA的鐵心，經(jīng)查手冊(cè)知，由 01 mm的硅鋼片壓制而成CD25X50 x100型鐵心功率可以做到2184W，于是就選此鐵心作為逆變電源變壓器的鐵心。鐵心凈截面積S=000125，磁路長(zhǎng)度，鐵芯飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為.圓邊繞組匝數(shù)為：式9取=175匝。副邊匝數(shù)為：式10取=7匝。3.4 濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)濾波電路如圖6所示，串臂阻抗和并臂阻抗乘積,一旦L和C D的值確定后，K就為常數(shù)，不隨頻率變化。由于L/C具有阻抗平方量綱，故也可以用濾波器另一重要參數(shù)來(lái)R表示常數(shù)K，即;式11低通濾波器的傳通條件是，結(jié)合式11得： 式12濾波器的截止頻率為：式13由此得：式14結(jié)合式11和式13得：式15參數(shù)計(jì)算：！確定特性阻抗R設(shè)電源的額定容量為2000VA，那么額定負(fù)載電阻為：取2確定截止頻率逆變電源輸出基波頻率為50Hz，其它各次諧波的頻率為基波的整數(shù)倍，故最低次諧波的頻率為100Hz，要求任意次諧波不超過(guò)基波的3，為了更好的衰減各次諧波，本文取截止頻率=70Hz。 3確定濾波電感L由式14得：4確定濾波電容C由式15得：心得體會(huì)本次電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，使我更深入了解了開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)以及一些芯片的使用等。加深了我對(duì)理論知識(shí)