電力電子課程設(shè)計(jì)- 參考模板

課程設(shè)計(jì)說明書題目名稱：10?40V降壓直流斬波電路實(shí)驗(yàn)裝系部：電力工程系專業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：張海麗完成日期：新疆工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)評(píng)定意見設(shè)計(jì)題目10~40V降壓直流斬波電路實(shí)驗(yàn)裝置系部電力工程系專業(yè)班級(jí)學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號(hào)評(píng)定意見：評(píng)定成績(jī)：指導(dǎo)教師（簽名）：評(píng)定意見參考提綱:1、學(xué)生完成的工作量與內(nèi)容是否符合任務(wù)書的要求2、學(xué)生的勤勉態(tài)度。3、設(shè)計(jì)或說明書的優(yōu)缺點(diǎn),包括：學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握程度、實(shí)踐工作能力、表現(xiàn)出的創(chuàng)造性和綜合應(yīng)用能力等。

新疆工程學(xué)院電力工程系（部）課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)年第學(xué)期年月日專業(yè)班級(jí)課程名稱電力電子技術(shù)設(shè)計(jì)題目指導(dǎo)教師張海麗起止時(shí)間周數(shù)1周設(shè)計(jì)地點(diǎn)實(shí)驗(yàn)樓A305設(shè)計(jì)目的：電力電子技術(shù)是利用電力電子器件、電路理論和控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的控制、變換和傳輸?shù)膶W(xué)科。通過電力電子技術(shù)的課程設(shè)計(jì)達(dá)到以下幾個(gè)目的：培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)檢索能力,特別是如何利用網(wǎng)絡(luò)檢索需要的文獻(xiàn)資料。培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)電力電子技術(shù)相關(guān)知識(shí)的能力和工程設(shè)計(jì)解決問題的能力。培養(yǎng)學(xué)生確立正確的設(shè)計(jì)和學(xué)科研究的思想,樹立實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)工作態(tài)度。提高學(xué)生課程設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫水平。設(shè)計(jì)任務(wù)或主要技術(shù)指標(biāo)：1.明確設(shè)計(jì)任務(wù):對(duì)所要設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行具體分析,充分了解系統(tǒng)性能,指標(biāo)要求。設(shè)計(jì)進(jìn)度與要求：第1天：根據(jù)設(shè)計(jì)要求搜集資料,查閱相關(guān)設(shè)計(jì)要求；第2天：確定設(shè)計(jì)電路進(jìn)行相關(guān)器件的選擇；第3-4天：綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)完成主電路及相關(guān)控制電路的設(shè)計(jì)——;主要參考書及參考資料：王楠，沈倪勇.電力電子應(yīng)用技術(shù)[M].4版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2013王兆安,黃俊.電力電子技術(shù)[M].5版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2009葉斌.電力電子應(yīng)用技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社,2006陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M].2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2005陳哲.電力電子技術(shù)習(xí)題解答、實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].東北大學(xué)出版社,2007教研室主任（簽名）系（部）主任（簽名）摘要直流斬波電路作為將直流電變成另一種固定電壓或可調(diào)電壓的DC-DC變換器,在直流傳動(dòng)系統(tǒng)、充電蓄電電路、開關(guān)電源、電力電子變換裝置及各種用電設(shè)備中得到普通的應(yīng)用.隨之出現(xiàn)了諸如降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、復(fù)合斬波電路等多種方式的變換電路,直流斬波技術(shù)已被廣泛用于開關(guān)電源及直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中,使其控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)、節(jié)約電能的效果。全控型電力電子器件IGBT在牽引電傳動(dòng)電能傳輸與變換、有源濾波等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。TDC-1型學(xué)習(xí)機(jī)是為了配合高等工科院校及高等?？萍夹g(shù)學(xué)校的“電力電子〃或“半導(dǎo)體變流技術(shù)”等課程中的直流斬波電路實(shí)驗(yàn)并根據(jù)當(dāng)今電力電子技術(shù)的發(fā)展方向及應(yīng)用而設(shè)計(jì)的新型實(shí)驗(yàn)裝置。該學(xué)習(xí)機(jī)面板上畫有原理圖。各測(cè)試點(diǎn)均裝有測(cè)試探頭可以鉤住的端子。測(cè)試電壓及波形十分方便。使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課中安全、方便、直觀地觀察到各種電壓、電流的波形及數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞：直流電力電子變換電路目錄TOC\o"1-5"\h\z1緒論1\o"CurrentDocument"1.1直流斬波電路的介紹1\o"CurrentDocument"1.2直流斬波電路的發(fā)展前景12降壓直流斬波電路設(shè)計(jì)3\o"CurrentDocument"2.1降壓斬波電路工作原理3\o"CurrentDocument"2.2主電路元器件參數(shù)選擇63驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)9IGBT驅(qū)動(dòng)電路選擇94整流電路的設(shè)計(jì)12\o"CurrentDocument"4.1整流電路12\o"CurrentDocument"工作原理14\o"CurrentDocument"4.3參數(shù)計(jì)算15\o"CurrentDocument"4.4整流電路的選定165控制電路的設(shè)計(jì)18\o"CurrentDocument"5.1芯片介紹185.2IGBT控制電路的設(shè)計(jì)20\o"CurrentDocument"6保護(hù)電路的設(shè)計(jì)21\o"CurrentDocument"6.1保護(hù)電路設(shè)計(jì)基本原則216.2保護(hù)電路的設(shè)計(jì)226.2.1過電壓保護(hù)電路226.2.2過電流保護(hù)電路237生成總的電路圖25\o"CurrentDocument"7.1總原理圖25\o"CurrentDocument"7.2此電路的主要功能25總結(jié)26致謝27參考文獻(xiàn)291緒論1.1直流斬波電路的介紹直流變換技術(shù)已被廣泛的應(yīng)用于開關(guān)電源及直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中，如不間斷電源（UPS）、無軌電車、地鐵列車、蓄電池供電的機(jī)動(dòng)車輛的無級(jí)變速及20世紀(jì)80年代興起的電動(dòng)汽車的控制。從而使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能，并同時(shí)收到節(jié)約電能的效果。直流變換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖1.1所示。由于變速器的輸入是電網(wǎng)電壓經(jīng)不可控整流而來的直流電壓，所以直流斬波不僅能起到調(diào)壓的作用，同時(shí)還能起到有效地抑制網(wǎng)側(cè)諧波電流的作用。圖1.1直流變換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.2直流斬波電路的發(fā)展前景直流傳動(dòng)是斬波電路應(yīng)用的傳統(tǒng)領(lǐng)域，而開關(guān)電源則是斬波電路應(yīng)用的新領(lǐng)域，前者的應(yīng)用是逐漸萎縮，而后者的應(yīng)用方興未艾、欣欣向榮，是電力電子領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。直流變換電路的用途非常廣泛，包括直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)、開關(guān)電源、單相功率因數(shù)校正，以及用于其他領(lǐng)域的交直流電源。斬波器的工作方式有：脈寬調(diào)制方式（T不變，改變八）和頻率調(diào)制方式（t^不變，改變廣）兩種。前者較為通用,后者容易產(chǎn)生干擾。當(dāng)今世界軟開關(guān)技術(shù)使得DC/DC變換器發(fā)生了質(zhì)得變化和飛躍。美國(guó)VICOR公司設(shè)計(jì)制造得多種ECI軟開關(guān)DC/DC變換器,最大輸出功率有300W、600W、800W等,相應(yīng)得功率密度為（6.2、10、17）W/cm3,效率為（80—90）%。日本NemicLambda公司最新推出得一種采用軟開關(guān)技術(shù)得高頻開關(guān)電源模塊RM系列，其開關(guān)頻率為200—300KHz,功率密度已達(dá)27w/河，采用同步整流器（MOS-FET代替肖特基二極管），使整個(gè)電路效率提高到90%。2降壓直流斬波電路設(shè)計(jì)2.1降壓斬波電路工作原理完整的降壓斬波電路除起降壓器作用的主電路之外還要有驅(qū)動(dòng)電路控制電路和保護(hù)電路。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。電路結(jié)構(gòu)框圖路保護(hù)

電路驅(qū)動(dòng)電路電路結(jié)構(gòu)框圖路保護(hù)

電路驅(qū)動(dòng)電路在圖2.1結(jié)構(gòu)框圖中，控制電路是用來產(chǎn)生IGBT的控制信號(hào)的，控制電路產(chǎn)生的信號(hào)傳到驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路把控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)加在IGBT的控制端跟公共端之間，使其開通或關(guān)斷，達(dá)到控制主電路的目的。電路的原理圖及工作波形如圖2.2所示。EE專業(yè).專注圖2.2降壓斬波電路主電路及工作波形此電路使用一個(gè)全控型器件IGBT,圖中為V,若采用晶閘管，需設(shè)置使晶閘管關(guān)斷的輔助電路。并設(shè)置了續(xù)流二極管VD,在IGBT關(guān)斷時(shí)給負(fù)載中電感電流提供通道。主要用于電子電路的供電電源，也可拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)或帶蓄電池負(fù)載等，后兩種情況下負(fù)載中均會(huì)出現(xiàn)反電動(dòng)勢(shì)，如圖2.2中Em所示。工作原理：當(dāng)t=0時(shí)刻驅(qū)動(dòng)IGBT導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓七=E,負(fù)載電流i。按指數(shù)曲線上升。當(dāng)t=t1時(shí)控制IGBT關(guān)斷，二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓u。近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降，通常串接較大電感L使負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小?；诜謺r(shí)段線性電路這一思想，按IGBT處于通態(tài)和處于斷態(tài)兩個(gè)過程來分析，初始條件分電流連續(xù)和斷續(xù)。電流連續(xù)時(shí)得出：負(fù)載電壓的平均值為：Uo=?E=*E=aEonoff式中七為IGBT處于通態(tài)的時(shí)間，toff為IGBT處于斷態(tài)的時(shí)間，t為開關(guān)周期，a為導(dǎo)通占空比，簡(jiǎn)稱占空比或?qū)ū?。?fù)載電流平均值為omoR\o"CurrentDocument"'eap-1'——T-m\o"CurrentDocument"kep—1)P=期，a為導(dǎo)通占空比，簡(jiǎn)稱占空比或?qū)ū?。?fù)載電流平均值為omoR\o"CurrentDocument"'eap-1'——T-m\o"CurrentDocument"kep—1)P=/T=,m=—mo\o"CurrentDocument"TRE'min'10I=Imax20R。式中a=T，把上式用泰勒級(jí)數(shù)近似，可得1020Ro小值均等于平均值。從能量傳遞關(guān)系簡(jiǎn)單地推得，一個(gè)周期中，忽略電路中的損耗，則電源提供的能量與負(fù)載消耗的能量相等，即EIt=RI2T+EIT。則I="—Em。假設(shè)電源電流平均值為I,則有oonomooR1I1=Lio=?Io其值小于等于負(fù)載電流10電流斷續(xù)的條件：m>土1。輸出電壓平均值為：ep-1U='on'+T-on-)EMoT負(fù)載電流平均值為：I=Uo-Em。電流斷續(xù)時(shí)，負(fù)載電壓平均值會(huì)被oR抬高，一般不希望出現(xiàn)電流斷續(xù)的情況。斬波電路有三種控制方式：(1)脈沖寬度調(diào)制：保持開關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton(2)頻率調(diào)制：保持開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間t不變，改變開關(guān)周期T。(3)混合型：七和T都可調(diào)，使占空比改變。2.2主電路元器件參數(shù)選擇主電路中需要確定參數(shù)的元器件有直流電源、IGBT、二極管、電感、電容、電阻，其參數(shù)選擇如下說明：L直流電源。Ud=iooV)由直流電源提供。2、電阻R。取導(dǎo)通占空比a=90%,則U=90S,已知輸出功率o3O0W,則i=p=300=10(A)r=七=27Q。oU903I3、IGBT。當(dāng)a=9。％時(shí)，U=90V),I=U=90=3.33(A)取2倍裕maxR27量，In=3.33x2=6.66(A)。IGBT承受的最大截止電壓為輸入電壓U廣100V),取2倍裕量則Un=100x2=200V)。由此兩數(shù)據(jù)選擇IGBT型號(hào)為GT8Q101o4、二極管VD。VD承受最大反相電壓為100V,即為其最大工作電壓。Un=100（V）最大工作電流為In=%=%=3.70（A）由于需要瞬間導(dǎo)通，二極管的開關(guān)速度大，則選擇續(xù)8A/200V型號(hào)SF84的快速恢復(fù)二極管。其開關(guān)頻率為5KHZ。5、電感L。選擇大電感，使得電路能夠續(xù)流。此時(shí)的臨界電感為（設(shè)輸出電壓為60V）:L=氣"d-氣）=一60x"00-60）一=3.6x10-4mH=0.36mH，考慮裕量后取2fUI2x5000x100x6.66L=1mH.6、電容C。由輸出電壓脈率要求小于10%,選擇電容（輸出電壓為60V）C="虬-"）=60血一60）=1.2x10-6F=1.2叩，所以選擇常用8Lf2W"d8x1x50002x0.1x100電容C=2.2rF。7、整流橋二極管的選擇。在橋式整流電路中，每只二極管只在輸入電壓的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，因此二極管的平均電流只有負(fù)載電阻上平均電流的一半，即Idav廣蘭嚴(yán)=0.45"。在二極管不導(dǎo)通期間，承受反壓的最L大值就是變壓器二次測(cè)電壓u2的最大值，即Urm項(xiàng)U2，根據(jù)上面的選擇原則可知選擇二極管的最大整流電流If>1.11=0.55",最大反向電壓LUr>1.K.2U2。8、濾波電容的選擇：C=也2RL專業(yè).專注3驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)3.1IGBT驅(qū)動(dòng)電路選擇PWM控制信號(hào)由于強(qiáng)度不夠,不能夠直接去驅(qū)動(dòng)IGBT,因此需要信號(hào)放大的電路。另外直流斬波電路會(huì)產(chǎn)生很大的電磁干擾,會(huì)影響控制電路的正常工作,甚至導(dǎo)致電力電子器件的損壞。因而設(shè)計(jì)中還需要有帶電器隔離的部分。所以我采用光電耦合式驅(qū)動(dòng)電路。一、驅(qū)動(dòng)電路原理如圖3.1所示,IGBT降壓斬波電路的驅(qū)動(dòng)電路提供電氣隔離環(huán)節(jié)。光耦合器由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成,封裝在一個(gè)外殼內(nèi)。本電路中采用的隔離方法是,先加一級(jí)光耦隔離,再加一級(jí)推挽電路進(jìn)行放大。采用推挽電路進(jìn)行放大的原因是因?yàn)轵?qū)動(dòng)IGBT的電壓叫高，約為12V左右,而SG3525芯片提供的電壓只有5V左右,直接連入無法驅(qū)動(dòng)IGBT。并且推挽式電路簡(jiǎn)單實(shí)用,故用推挽式進(jìn)行電壓放大。IGBT是電壓控制型器件，在它的柵極-發(fā)射極間施加十幾V的直流電壓,只有A級(jí)的漏電流流過,基本上不消耗功率。但I(xiàn)GBT的柵極-發(fā)射極間存在著較大的寄生電容（幾千至上萬pF）,在驅(qū)動(dòng)脈沖電壓的上升及下降沿需要提供數(shù)安電流,才能滿足開通和關(guān)斷的動(dòng)態(tài)要求,這使得它的驅(qū)動(dòng)電路也必須輸出一定的峰值電流。圖3.1IGBT驅(qū)動(dòng)電路二、IGBT的門極驅(qū)動(dòng)條件密切地關(guān)系到他的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。門極電路的正偏壓%、負(fù)偏壓%和門極電阻RG的大小，對(duì)IGBT的通態(tài)電壓、開關(guān)、開關(guān)損耗、承受短路能力及du/dt電流等參數(shù)有不同程度的影響。其中門極正電壓耽遍的變化對(duì)IGBT的開通特性，負(fù)載短路能力和du^/dt電流有較大的影響，而門極負(fù)偏壓對(duì)關(guān)斷特性的影響較大。同時(shí)，門極電路設(shè)計(jì)中也必須注意開通特性，負(fù)載短路能力和由duGs/dt電流引起的誤觸發(fā)等問題。根據(jù)上述分析，對(duì)IGBT驅(qū)動(dòng)電路提出以下要求和條件：由于是容性輸出輸出阻抗；因此IBGT對(duì)門極電荷集聚很敏感，驅(qū)動(dòng)電路必須可靠，要保證有一條低阻抗的放電回路。⑵用低內(nèi)阻的驅(qū)動(dòng)源對(duì)門極電容充放電，以保證門及控制電壓u有足夠陡峭的前、后沿，使IGBT的開關(guān)損耗盡量小。另外，IGBT開通后，門極驅(qū)動(dòng)源應(yīng)提供足夠的功率，使IGBT不至退出飽和而損壞。(3)門極電路中的正偏壓應(yīng)為+12~+15V;負(fù)偏壓應(yīng)為-2V~-10V。⑷IGBT驅(qū)動(dòng)電路中的電阻R對(duì)工作性能有較大的影響，R較大，有利于抑制IGBT的電流上升率及電壓上升率，但會(huì)增加IGBT的開關(guān)時(shí)間和開關(guān)損耗；R較小,會(huì)引起電流上升率增大,使IGBT誤導(dǎo)通或損壞。Rg的具體數(shù)據(jù)與驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)及IGBT的容量有關(guān)，一般在幾歐~幾十歐,小容量的IGBT其七值較大。(5)驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力及對(duì)IGBT的自保護(hù)功能。IGBT的控制、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路等應(yīng)與其高速開關(guān)特性相匹配,另外,在未采取適當(dāng)?shù)姆漓o電措施情況下,IGBT的G~E極之間不能為開路。IGBT驅(qū)動(dòng)電路分類驅(qū)動(dòng)電路分為：分立插腳式元件的驅(qū)動(dòng)電路；光耦驅(qū)動(dòng)電路；厚膜驅(qū)動(dòng)電路；專用集成塊驅(qū)動(dòng)電路。本文設(shè)計(jì)的電路采用的是專用集成塊驅(qū)動(dòng)電路。IGBT驅(qū)動(dòng)電路分析隨著微處理技術(shù)的發(fā)展(包括處理器、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)器件),數(shù)字信號(hào)處理器以其優(yōu)越的性能在交流調(diào)速、運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。一般數(shù)字信號(hào)處理器構(gòu)成的控制系統(tǒng),IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)由處理器集成的PWM模塊產(chǎn)生的。而PWM接口驅(qū)動(dòng)能力及其與IGBT的接口電路的設(shè)計(jì)直接影響到系統(tǒng)工作的可靠性。為此,目前已經(jīng)研制出多種專用的IGBT集成驅(qū)動(dòng)電路。這些集成塊速度快,為了提高安全性,內(nèi)部設(shè)有保護(hù)電路。它還具有高抗干擾能力,可實(shí)現(xiàn)IGBT的最優(yōu)驅(qū)動(dòng)。4整流電路的設(shè)計(jì)4.1整流電路整流電路是把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。它在直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速、發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)、電解、電鍍等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。整流電路通常由主電路、濾波器和變壓器組成。20世紀(jì)70年代以后,主電路多用硅整流二極管和晶閘管組成。濾波器接在主電路與負(fù)載之間,用于濾除脈動(dòng)直流電壓中的交流成分。變壓器設(shè)置與否視具體情況而定。變壓器的作用是實(shí)現(xiàn)交流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配以及交流電網(wǎng)與整流電路之間的電隔離。按組成器件可分為不可控電路、半控電路、全控電路三種：(1)不可控整流電路完全由不可控二極管組成,電路結(jié)構(gòu)一定之后其直流整流電壓和交流電源電壓值的比是固定不變的。(2)半控整流電路由可控元件和二極管混合組成,在這種電路中,負(fù)載電源極性不能改變,但平均值可以調(diào)節(jié)。(3)在全控整流電路中,所有的整流元件都是可控的(SCR、GTR、GTO等)，其輸出直流電壓的平均值及極性可以通過控制元件的導(dǎo)通狀況而得到調(diào)節(jié),在這種電路中,功率既可以由電源向負(fù)載傳送，也可以由負(fù)載反饋給電源,即所謂的有源逆變。按電路結(jié)構(gòu)可分為零式電路和橋式電路：零式電路指帶零點(diǎn)或中性點(diǎn)的電路,又稱半波電路。它的特點(diǎn)所有整流元件的陰極(或陽極)都接到一個(gè)公共接點(diǎn)，向直流負(fù)載供電，負(fù)載的另一根線接到交流電源的零點(diǎn)。橋式電路實(shí)際上是由兩個(gè)半波電路串聯(lián)而成,故又稱全波電路。按電網(wǎng)交流輸入相數(shù)可分為單相電路、三相電路和多相電路：(1)對(duì)于小功率整流器常采用單相供電；單相整流電路分為半波整流,全波整流,橋式整帶平衡電抗器的雙反星型可控整流電路流及倍壓整流電路等。三相整流電路是交流測(cè)由三相電源供電,負(fù)載容量較大，或要求直流電壓脈動(dòng)較小,容易濾波。三相可控整流電路有三相半波可控整流電路,三相半控橋式整流電路,三相全控橋式整流電路。因?yàn)槿嗾餮b置三相是平衡的，輸出的直流電壓和電流脈動(dòng)小，對(duì)電網(wǎng)影響小,且控制滯后時(shí)間短,采用三相全控橋式整流電路時(shí),輸出電壓交變分量的最低頻率是電網(wǎng)頻率的6倍,交流分量與直流分量之比也較小,因此濾波器的電感量比同容量的單相或三相半波電路小得多。另外,晶閘管的額定電壓值也較低。因此，這種電路適用于大功率變流裝置。多相整流電路隨著整流電路的功率進(jìn)一步增大(如軋鋼電動(dòng)機(jī),功率達(dá)數(shù)兆瓦),為了減輕對(duì)電網(wǎng)的干擾，特別是減輕整流電路高次諧波對(duì)電網(wǎng)的影響,可采用十二相、十八相、二十四相,乃至三十六相的多相整流電路。采用多相整流電路能改善功率因數(shù),提高脈動(dòng)頻率,使變壓器初級(jí)電流的波形更接近正弦波,從而顯著減少諧波的影響。理論上,隨著相數(shù)的增加，可進(jìn)一步削弱諧波的影響。多相整流常用在大功率整流領(lǐng)域，最常用的有雙反星中性點(diǎn)帶平衡電抗器接法和三相橋式接法按控制方式可分為相控式電路和斬波式電路(斬波器)：通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式，簡(jiǎn)稱相控方式。斬波器就是利用晶閘管和自關(guān)斷器件來實(shí)現(xiàn)通斷控制，將直流電源電壓斷續(xù)加到負(fù)載上，通過通、斷的時(shí)間變化來改變負(fù)載電壓平均值，亦稱直流-直流變換器。它具有效率高、體積小、重量輕、成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于直流牽引的變速拖動(dòng)中，如城市電車、地鐵、蓄點(diǎn)池車等。斬波器一般分降壓斬波器，升壓斬波器和復(fù)合斬波器三種。4.2工作原理單相橋式整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，其電路如圖4.1所示。圖4.1單相橋式整流電路圖4.1單相橋式整流電路在分析整流電路工作原理時(shí)，整流電路中的二極管是作為開關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦?。根?jù)圖4.1的電路圖可知：當(dāng)正半周時(shí)二極管VD^.VD4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。當(dāng)負(fù)半周時(shí)二極管VD2、vd3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。在負(fù)載電阻上正負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。單相橋式整流電路的波形圖見圖4.2。4.3參數(shù)計(jì)算根據(jù)圖8(b)可知，輸出電壓是單相脈動(dòng)電壓。通常用它的平均值與直流電壓等效。輸出平均電壓為：U=：f\2Usin^td^t=*2U2=0.9U2；

流過負(fù)載的平均電流為：/=°'"2；oR流過二極管的平均電流為i=L=0%VD2R二極管所承受的最大反向電壓：UTM=41U24.4整流電路的選定本設(shè)計(jì)采用橋式電路整流:由四個(gè)二極管組成一個(gè)全橋整流電路.對(duì)本設(shè)計(jì)采用橋式電路整流:由四個(gè)二極管組成一個(gè)全橋整流電路.對(duì)整流出來的電壓進(jìn)行傅里葉變換得d24-44,、U=72U一-3—cosl^t-15—cos4rnt-^^—cos6ot...由整流電路出來的電壓含有較大的紋波，電壓質(zhì)量不太好，故需要進(jìn)行濾波。本電路采用RC濾波器，因?yàn)殡娙轂V波的直流輸出電壓Uo與變壓器副邊電壓U2的比值比較大，而且適用在小電流、整流管的沖擊電流比較大的電路中。因此本電路選用電容濾波.因?yàn)楸倦娐芬笥蟹€(wěn)定的輸出因此還需用到穩(wěn)壓二極管進(jìn)行穩(wěn)壓。整流電路的原理圖如圖4.3所示：圖4.3整流電路原理圖輸入端接圖4.3整流電路原理圖輸入端接220V、50Hz的市電，進(jìn)過變壓器T1（原線圈/副線圈為VD4導(dǎo)通，VD2、VD3截4/1）后輸出55V、50Hz。當(dāng)同名端為正時(shí)VD4導(dǎo)通，VD2、VD3截止,電壓上正下負(fù)。當(dāng)同名端為負(fù)時(shí)VD^、VD4截止,VD2、VD3導(dǎo)通,電壓同樣是上正下負(fù),從而實(shí)現(xiàn)整流。電感具有電流不能突變,通直流阻交流特性,因此串聯(lián)一個(gè)電感可以提高直流電壓品質(zhì)。而電容具有電壓不能突變,通交流阻直流特性,因此并聯(lián)一個(gè)大電容可以濾除雜波,減小紋波。結(jié)合兩種元器件的特性，組成上圖整流電路,可以得到比較理想的直流電壓（幅值為50V左右）。5控制電路的設(shè)計(jì)5.1芯片介紹SG3525芯片圖如下圖5.1:911102|31213J5146|1016圖5.1SG3525芯片圖SG3525各引腳具體功能：(1)引腳1:誤差放大器反向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)中，該引腳接反饋信號(hào)。在開環(huán)系統(tǒng)中，該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端(引腳9)相連，可構(gòu)成跟隨器。(2)引腳2:誤差放大器同向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)中，該端接給定信號(hào)。根據(jù)需要，在該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端之間接入信號(hào)不同的反饋網(wǎng)絡(luò)。引腳3:振蕩器外接同步信號(hào)輸入端。該端接外部同步脈沖信號(hào)可實(shí)現(xiàn)外電路同步。引腳4:振蕩器輸出端。引腳5:振蕩器定時(shí)電容接入端。引腳6:振蕩器定時(shí)電阻接入端。引腳7:振蕩器放電端。該端與引腳5之間外接一只放電電阻形成放回路。引腳8:軟啟動(dòng)電容接入端。引腳9:PWM信號(hào)輸入端。(10)引腳10:外部關(guān)斷信號(hào)輸入端。(11)引腳11:輸出端A。(12)引腳12:信號(hào)地。(13)引腳13:輸出級(jí)偏置電壓接入端。(14)引腳14:輸出端B。(15)引腳15:偏置電源接入端。(16)引腳16:基準(zhǔn)電源輸出端。SG3525芯片特點(diǎn)如下：(1)工作電壓范圍：8-35V。(2)5.1V微調(diào)基準(zhǔn)電源(2)振蕩器頻率工作范圍：100Hz-500kHz。(4)具有振蕩器外部同步功能(5)死區(qū)時(shí)間可調(diào)。(6)內(nèi)置軟啟動(dòng)電路。(7)具有輸入欠電壓鎖定功能。(8)具有PWM鎖存功能，禁止多脈沖。(9)逐個(gè)脈沖關(guān)斷。(10)雙路輸出(灌電流/拉電流)：Ma(峰值)其11和14腳輸出兩個(gè)等幅、等頻、相位互補(bǔ)、占空比可調(diào)的PWM信號(hào)。腳6、腳7內(nèi)有一個(gè)雙門限比較器,內(nèi)設(shè)電容充放電電路,加上外接的電阻電容電路共同構(gòu)成SG3525的振蕩器。振蕩器還設(shè)有外同步輸入端(腳3)。腳1及腳2分別為芯片內(nèi)部誤差放大器的反相輸入端、同相輸入端。該放大器是一個(gè)兩級(jí)差分放大器。根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性要求,在誤差放大器的輸出腳9和腳1之間一般要添加適當(dāng)?shù)姆答佈a(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),另外當(dāng)10腳的電壓為高電平時(shí),11和14腳的電壓變?yōu)?0輸出。5.2IGBT控制電路的設(shè)計(jì)，一……一、一，一、，1由于SG3525的振蕩頻率可表示為:f=—1CM0.7R+3Rd)式中：C「Rt分別是與腳5、腳6相連的振蕩器的電容和電阻；Rd是與腳7相連的放電端電阻值。根據(jù)任務(wù)要求需要頻率為5kHz,所以由上式可取Ct=1rF,§=70Q,Rd=50Q。可得f=5kHz,滿足要求,其電路如圖5.2所示。

5.IV成a+VCT-VRTSYNCDISCCSSCOKffSG3525ASDVREFoscOITA5.IV成a+VCT-VRTSYNCDISCCSSCOKffSG3525ASDVREFoscOITAOTJTB101611143011U'65.1VSG3525有保護(hù)的功能，可以通過改變10腳電壓的高低來控制脈沖波的輸出。因此可以將驅(qū)動(dòng)電路輸出的過流保護(hù)電流信號(hào)經(jīng)一電阻作用，轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)來進(jìn)行過流保護(hù)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路檢測(cè)到過流時(shí)發(fā)出電流信號(hào)，由于電阻的作用將10腳的電位抬高，從而13腳輸出低電平，而當(dāng)其沒有過流時(shí)，10腳一直處于低電平，從而正常的輸出PWM波。SG3525還有穩(wěn)壓作用。1端接芯片內(nèi)置電源，2端接負(fù)載輸出電壓，通過1端的變位器得到它的一個(gè)基準(zhǔn)電位，從而當(dāng)負(fù)載電位發(fā)生變化時(shí)能夠通過1、2所接的誤差放大器來控制輸出脈寬的占空比，若負(fù)載電位升高則輸出脈寬占空比減小，使得輸出電壓減小從而穩(wěn)定了輸出電壓，反之則然。調(diào)節(jié)變位器使得1端得到不同的基準(zhǔn)電位，控制輸出脈寬的占空比，從而可使得輸出電壓為50-80V范圍。6保護(hù)電路的設(shè)計(jì)6.1保護(hù)電路設(shè)計(jì)基本原則在電力電子電路中，除了電力電子器件參數(shù)選擇合適、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)良好外，還要設(shè)計(jì)合適的過電壓、過電流、du/力保護(hù)和di/力保護(hù)電路。6.2保護(hù)電路的設(shè)計(jì)6.2.1過電壓保護(hù)電路過壓保護(hù)要根據(jù)電路中過壓產(chǎn)生的不同部位,加入不同的保護(hù)電路,當(dāng)達(dá)到-定電壓值時(shí),自動(dòng)開通保護(hù)電路,使過壓通過保護(hù)電路形成通路,消耗過壓儲(chǔ)存的電磁能量,從而使過壓的能量不會(huì)加到主開關(guān)器件上，保護(hù)了電力電子器件。本次設(shè)計(jì)的電路要求輸出電壓為10V-40V,所以當(dāng)輸出電壓設(shè)定時(shí),一旦出現(xiàn)過電壓,為了保護(hù)電路和器件,應(yīng)立刻將電路斷開,及關(guān)斷IGBT的脈沖,使電路停止工作。因?yàn)樾酒琒G3525的引腳10端為外部關(guān)斷信號(hào)輸入端,所以可以利用SG3525的這個(gè)特點(diǎn)進(jìn)行過壓保護(hù)。當(dāng)引腳10端輸入的電壓等于或超過8V時(shí),芯片將立刻鎖死,輸出脈沖將立即斷開。所以可以從輸出電壓中進(jìn)行電壓取樣,并將取樣電壓通過比較器輸入10端,從而實(shí)現(xiàn)電壓保護(hù)。如圖6.1所示：取樣電壓的方法是在U。端串聯(lián)兩個(gè)電阻再通過在電阻中分得的電壓連入比較器的正端,與連入負(fù)端的基準(zhǔn)電壓（5V）進(jìn)行比較。正常狀態(tài)下,取樣電壓小于基準(zhǔn)電壓,此時(shí)比較器輸出的是負(fù)的最大值,芯片正常工作,當(dāng)出現(xiàn)過電壓是,取樣電壓高于基準(zhǔn)電壓,此時(shí)輸出高電平15V,在通過電阻分壓得到5V的高電平送入芯片的10端,使其鎖死,IGBT脈沖斷開,電路斷開,從而對(duì)電路實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)。過壓保護(hù)電路圖如圖11所示。圖6.1過壓保護(hù)電路圖6.2.2過電流保護(hù)電路當(dāng)電力電子電路運(yùn)行不正常或者發(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)發(fā)生過電流。當(dāng)器件擊穿或短路、觸發(fā)電路或控制電路發(fā)生故障、出現(xiàn)過載、直流側(cè)短路、可逆?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生環(huán)流或逆變失敗，以及交流電源電壓過高或過低、缺相等，均可引起過流。由于電力電子器件的電流過載能力相對(duì)較差，必須對(duì)變換器進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^流保護(hù)。本次設(shè)計(jì)要求具有過流保護(hù)功能，在電流達(dá)到6A時(shí)動(dòng)作。因?yàn)榍懊嬲f過，SG3525的引腳10端在輸入一個(gè)高電平時(shí)具有自鎖功能，所以仍然可以利用這個(gè)方法進(jìn)行過流保護(hù)。主要思想是將過電流轉(zhuǎn)化為過電壓。具體的做法是在干路上串聯(lián)一個(gè)很小的功率電阻，再在這個(gè)小電阻上并聯(lián)一個(gè)大電阻，從而進(jìn)行過電流與過電壓的轉(zhuǎn)化。將轉(zhuǎn)化的電壓連入比較器于一個(gè)基準(zhǔn)電壓（取0.6V）相