低溫等離子體消毒滅菌設(shè)備的電源設(shè)計(jì)

2023屆畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書二、指導(dǎo)教師：林波三、設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求1、課題概述關(guān)于低溫等離子體的消毒滅菌機(jī)理,,其消毒滅菌效果往往比單一中性氣體好。低溫等離子體消毒滅菌技術(shù)的關(guān)鍵之一是其高壓高頻電源。進(jìn)展，承受正弦波脈沖寬度〔SPWM〕調(diào)制的高壓逆變電源可以到達(dá)上述要求，從而能較好地提凹凸溫等離子體消毒滅菌技術(shù)的系統(tǒng)水平。SPWM調(diào)制的高壓逆變電源，應(yīng)用于低溫等離子體消毒滅菌設(shè)備。2、設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求設(shè)計(jì)內(nèi)容加開放說明離子體低溫消毒滅菌的原理；闡述等離子體的物理效應(yīng)和應(yīng)用；簡(jiǎn)潔論述系統(tǒng)構(gòu)成；簡(jiǎn)潔論述低溫等離子體消毒滅菌系統(tǒng)對(duì)高壓高頻電源的要求；分析高壓高頻電源的系統(tǒng)組成，進(jìn)展系統(tǒng)論證、主要電路模塊的功能論證；對(duì)高壓高頻電源的系統(tǒng)進(jìn)展系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)，對(duì)各局部電路進(jìn)展設(shè)計(jì)計(jì)算。設(shè)計(jì)并說明對(duì)高壓高頻電源的系統(tǒng)及各局部電路進(jìn)展調(diào)試的方法和步驟；指明高壓高頻電源可能存在的問題，說明解決的方法與途徑。*〔要求學(xué)生學(xué)習(xí)過電力電子技術(shù)〕2〕設(shè)計(jì)要點(diǎn)：SPWM脈寬調(diào)制技術(shù)的全橋高頻逆變電路的一整套高壓高頻電源。指標(biāo)要求挨次：牢靠、高精度、體積小、重量輕、簡(jiǎn)潔、經(jīng)濟(jì)、低本錢、低能耗、低電磁污染。系統(tǒng)組態(tài)：效勞對(duì)象——等離子體發(fā)生器；市電整流和濾波電路，獲得需要的直流電源；0基于SPWM脈寬調(diào)制技術(shù)的全橋高頻逆變電路和低通濾波器，獲得頻率可變的高頻電壓。其中正弦波發(fā)生器的設(shè)計(jì)可以選用成熟電路〔幾片集成電路組合設(shè)計(jì)〕SPWM掌握電路可以自行設(shè)計(jì)或選用國外的專用芯片〔例如LM4651〕進(jìn)展設(shè)計(jì)；高頻升壓變壓器，獲得高頻高壓的正弦電壓。正常工作環(huán)境溫度范圍：-10℃—40℃；市電電源供電。四、設(shè)計(jì)參考書與期刊雜志：《等離子體技術(shù)及應(yīng)用》趙青等編著《電力電子技術(shù)》王兆安，黃俊主編《電子技術(shù)》康華光主編《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》余成波，胡宇，趙勇主編《電工手冊(cè)》《電子元件手冊(cè)》《物理學(xué)報(bào)》《自動(dòng)掌握技術(shù)》楊公源主編五、設(shè)計(jì)說明書要求1、 封面2、 名目3、 內(nèi)容摘要(200~400字左右，中英文)4、 引言5、 計(jì)方案比較與選擇，設(shè)計(jì)方案原理、計(jì)算、分析、論證，設(shè)計(jì)結(jié)果的說明及特點(diǎn)〕6、 完畢語7、 附錄(參考文獻(xiàn)、圖紙、材料清單等)六、畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程安排第1~2周：方案設(shè)計(jì)爭(zhēng)論，教師輔導(dǎo)；第3周：分系統(tǒng)方案論證、設(shè)計(jì)初稿；第4~5周：分系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)初稿；第6周：第一次檢查，爭(zhēng)論并改寫文稿；第7周：其次次檢查，完善文稿輔導(dǎo)辯論；第8周：設(shè)計(jì)書成績(jī)?cè)u(píng)定、辯論。七、畢業(yè)設(shè)計(jì)辯論及論文要求1、畢業(yè)設(shè)計(jì)辯論要求料交指導(dǎo)教師批閱，由指導(dǎo)教師寫出批閱意見。承受的原始資料或參考文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)的根本內(nèi)容和主要方法、成果結(jié)論和評(píng)價(jià)。計(jì)算方法、試驗(yàn)方法、測(cè)試方法，鑒別學(xué)生獨(dú)立工作力量、創(chuàng)力量。2、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文要求文字要求:說明書要求打印(除圖紙外)，不能手寫。文字通順，語言流暢，排版合理，無錯(cuò)別字，不允許抄襲。圖紙要求:按工程制圖標(biāo)準(zhǔn)制圖，圖面干凈，布局合理，線條粗細(xì)均勻，圓弧連接光滑，尺寸標(biāo)注標(biāo)準(zhǔn)，文字注釋必需使用工程字書寫。必需按國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)或工程要求繪制。摘要針對(duì)傳統(tǒng)的消毒裝置存在的缺陷和目前技術(shù)的進(jìn)展，本文利用介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生SPWM脈寬調(diào)制技術(shù)，PWM掌握力量的全橋高頻逆變電路，獲得頻率可調(diào)的高頻電壓，從而能較好地提凹凸溫等離子體消毒滅菌技術(shù)的系統(tǒng)水平。這種的消毒電源的爭(zhēng)論方法，使電源裝置具有體積小、效率高、牢靠性好等優(yōu)點(diǎn)，使得等離子體殺菌滅度具有更為普遍的意義。關(guān)鍵詞：介質(zhì)阻擋放電；等離子體；SPWM脈寬調(diào)制；LM4651；高頻逆變AbstractIntraditionalsterilizationdevicetheweaknessandatpresentthedevelopmentoftechnology,thispaperusingdielectricbarrierdischargeproduceplasmaprinciple,researchanddevelopaplasmadisinfectionpowersupply,putforwardbasedonSPWMpulsewidthmodulationtechnology,usingPWMcontrolabilityLM4651drivethewholebridgeofhighfrequencyinvertercircuits,obtainfrequencyadjustablehighfrequencyvoltage,andagoodwaytodevelopthelowtemperatureplasmadisinfectiontechnologysystemlevelthisnewdisinfectionpowerresearchmethod,thepowerequipmenthassmallvolumeefficiencymanyadvantagessuchashighreliability,makingtheplasmasterilizationdegreehasmoreofgeneralsignificanceKeywords:dielectricbarrierdischarge;Plasma;SPWMpulsewidthmodulation;LM4651;Highfrequencyinverter名目摘要.....................................................................Abstract................................................................第一章緒論 0低溫等離子消毒電源的提出 0低溫等離子體的概念及原理 0\l“_TOC_250012“低溫等離子體滅菌器的優(yōu)勢(shì) 1其次章電路的整體設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤！未定義書簽。\l“_TOC_250011“構(gòu)造框圖 2\l“_TOC_250010“設(shè)計(jì)思路 2第三章電路模塊分析與論證 錯(cuò)誤！未定義書簽。\l“_TOC_250009“單相全控整流濾波電路 3整流模塊介紹 3濾波電路 43.2.1元器件的選擇 5\l“_TOC_250008“LC濾波電路 7\l“_TOC_250007“高頻升壓電路 10變壓器的概述 10變壓器的原理 10變壓器的設(shè)計(jì) 10第四章 掌握電路的分析與論證 錯(cuò)誤！未定義書簽。\l“_TOC_250006“單結(jié)晶體管觸發(fā)電路 12\l“_TOC_250005“SPWM驅(qū)動(dòng)電路 13SPWM掌握技術(shù) 13SPWM波的生成 14\l“_TOC_250004“相應(yīng)的顯示電路及關(guān)心電路 15頻率表的選擇 15輸出電壓顯示儀的選擇 16\l“_TOC_250003“關(guān)心電源 16第五章PWM掌握芯片 錯(cuò)誤！未定義書簽。5.1LM4651介紹 17\l“_TOC_250002“參考文獻(xiàn) 20\l“_TOC_250001“心得體會(huì) 20致謝 錯(cuò)誤！未定義書簽。附錄 錯(cuò)誤！未定義書簽。\l“_TOC_250000“元器件清單 23第一章緒論低溫等離子消毒電源的提出現(xiàn)實(shí)中傳統(tǒng)的消毒殺菌技術(shù)存在的缺陷限制,設(shè)計(jì)了低溫等離子消毒電源,而介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生等離子體的效果直接與電源的電壓、頻率和波形相關(guān)。所以高電壓、高頻率的低溫等離子消毒電源的設(shè)計(jì)是本課題的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。低溫等離子體的概念及原理等離子的概念：等離子的概念：它是氣體在放電過程中產(chǎn)生大量的正負(fù)帶電粒子、電子和中性粒子以及自由基組成的表現(xiàn)出集體行為的一種準(zhǔn)中性氣體。當(dāng)外加電壓到達(dá)氣體的著火電壓時(shí)，氣體分子被擊穿，產(chǎn)生包括電子、各種離子、原子和自由基在內(nèi)的混合體。放電過程中雖然電子溫度很高，但重粒子溫度很低，整個(gè)體系呈現(xiàn)低溫狀態(tài)，所以稱為低溫等離子體，也叫非平衡態(tài)等離子體。等離子消毒電源的原理菌效果往往比單一中性氣體好。理還是化學(xué)方面對(duì)消毒機(jī)理進(jìn)展探究，歸根到底不外乎有以下三種：等離子體形成過程中產(chǎn)生大量紫外線直接破壞微生物的基因物質(zhì)；CO、CHx；生化學(xué)反響，能夠摧毀微生物和擾亂微生物的生存功能。也有局部學(xué)者認(rèn)為等離子體對(duì)細(xì)菌具有殺滅作用是上述作用合力的結(jié)果，大多數(shù)氣體都能放電形成等離子體。低溫等離子體滅菌器的優(yōu)勢(shì)等離子體消毒滅菌技術(shù)幾乎具備了一種抱負(fù)殺菌消毒法的全部條件：① 大幅度的削減對(duì)醫(yī)療器械損害，有效的延長(zhǎng)了器械的使用壽命。②大幅度的削減對(duì)醫(yī)療器械損害，有效的延長(zhǎng)了器械的使用壽命。由于其滅菌原理的更，已經(jīng)跨入綠色環(huán)保的行列。③由于其滅菌原理的更，已經(jīng)跨入綠色環(huán)保的行列。④ 與高壓蒸汽滅菌、干熱滅菌相比，滅菌時(shí)間短；⑤ 材料和物品的滅菌；⑥ 同時(shí)，滅菌后的器械沒有藥物殘留不會(huì)對(duì)操作人員構(gòu)成損害，安全牢靠；常用滅菌設(shè)備的使用及優(yōu)缺點(diǎn)比照：常用滅菌設(shè)備的使用及優(yōu)缺點(diǎn)比照：術(shù)設(shè)備名稱配套設(shè)備等離子 等離子滅體滅菌 菌器220V380V高溫蒸 蒸汽滅菌蒸汽鍋爐畏熱畏濕物品無法用高(115～135℃)無非液體類低〔65℃左右〕有不銹鋼、塑料室溫有物品外表消毒室溫?zé)o適用物品耗時(shí)間廢氣排放物品溫度化學(xué)能效率損耗殘留非液體類少較短無無室溫?zé)o汽滅菌EO/CFC汽滅菌EO/CFC柜環(huán)氧乙烷殘留分解滅菌滅菌柜裝置消毒液消毒清洗220V浸泡機(jī)源紫外線臭氧消毒紫外/臭氧消毒柜220V源高較短有廢蒸汽高溫排放損耗較少 很長(zhǎng)有EO/CFC廢氣較少少較長(zhǎng)有化學(xué)廢水化學(xué)銹蝕少較長(zhǎng)有臭氧產(chǎn)生無其次章電路的整體設(shè)計(jì)構(gòu)造框圖低溫等離子體消毒滅菌電源主要有主電路和掌握電路兩局部組成，其中:主電路由單相全控整流濾波電路、SPWM低溫等離子體消毒滅菌電源主要有主電路和掌握電路兩局部組成，其中:主電路由單相全控整流濾波電路、SPWM掌握的DC/AC高頻逆變電路、LC濾波電路及高頻升壓電路組成。掌握電路由單結(jié)晶體管觸發(fā)電路、SPWM驅(qū)動(dòng)電路、基準(zhǔn)正弦波發(fā)生電路、頻率調(diào)整電路、過流過壓保護(hù)電路以及相應(yīng)的顯示電路組成。圖2-1 電源系統(tǒng)構(gòu)造圖設(shè)計(jì)思路整流濾波局部1.整流濾波局部220V4個(gè)晶閘管組成的全橋可控整流電路，經(jīng)整流逆變局部DC/AC全橋逆變電路得到方波輸出；LC濾波局部電路。負(fù)載本身的電容組成。高頻升壓電路LC濾波后得到的正弦波經(jīng)高頻升壓變壓器升壓得到所需要的高壓正弦波。第三章電路模塊分析與論證單相全控整流濾波電路鑒于消毒滅菌設(shè)備應(yīng)用廣泛，既可以用于工業(yè)、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、餐飲業(yè)等地的消毒滅菌，也可用與一般家庭。因此本論文的設(shè)計(jì)選擇單相電源。鑒于消毒滅菌設(shè)備應(yīng)用廣泛，既可以用于工業(yè)、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、餐飲業(yè)等地的消毒滅菌，也可用與一般家庭。因此本論文的設(shè)計(jì)選擇單相電源。整流模塊介紹元器件的選擇功能，本論文的設(shè)計(jì)承受后者。2.電路分析2.電路分析3-12加脈沖，V1不導(dǎo)通，此時(shí)負(fù)載中沒有電流流過。當(dāng)ωt=α 時(shí)，掌握極加上觸發(fā)2G 脈沖u ，V1導(dǎo)通，電流流經(jīng)V1、RG o2上的電壓u uo2

ωt=π

u2降V12 在u的負(fù)半周，V2、V3承受正向電壓，當(dāng)ωt=π+α?xí)r，u 觸發(fā)V22 L 2流流經(jīng)V2、R、V3，負(fù)載上的電壓仍舊為u u。這時(shí)V1和V4L 2ωt=2π時(shí)，V2u2RL方式都承受相位掌握。下面分析為什么使用單相橋式可控整流電路：?jiǎn)蜗鄻蚴桨肟卣麟娐返膬?yōu)點(diǎn)是：線路簡(jiǎn)潔、調(diào)整便利。弱點(diǎn)是：輸出電壓脈動(dòng)沖大，負(fù)載電流脈沖大〔電阻性負(fù)載時(shí)，且整流變壓器二次繞組中存在直流重量,使鐵心磁化，變壓器不能充分利用。單相橋式半控整流電路的優(yōu)點(diǎn)是：線路簡(jiǎn)潔、調(diào)整便利。弱點(diǎn)是：輸出電壓脈動(dòng)沖大，負(fù)載電流脈沖大〔電阻性負(fù)載時(shí)，且整流變壓器二次繞組中存在直流重量,使鐵心磁化，變壓器不能充分利用。單相橋式全控整流電路具有輸出電流脈動(dòng)小，變壓器二次電流為兩個(gè)等大反向的半波，沒有直流磁化問題，變壓器利用率高的優(yōu)點(diǎn)。且單相全控式整流電路其輸出平功率因數(shù)提高了一半。因此選擇的方案為單相全控橋式整流電路〔負(fù)載為阻感性負(fù)載功率因數(shù)提高了一半。因此選擇的方案為單相全控橋式整流電路〔負(fù)載為阻感性負(fù)載。濾波電路1、濾波電路的選擇電容濾波電路的優(yōu)點(diǎn)：其適用于小電流負(fù)載；電容濾波電路的外特性比較軟；且電電感濾波的優(yōu)點(diǎn)有：整流二極管的導(dǎo)電角大，峰值電流小，輸出特性較平坦。但其缺點(diǎn)是：存在鐵心，笨重、體積大，易引起電磁干擾，一般只適應(yīng)于低電壓、大電流的場(chǎng)合。綜上所述，可知電容濾波器適用于大電壓小電流負(fù)載，而電感濾波器適用于大電流低電壓負(fù)載。本設(shè)計(jì)中電源是要產(chǎn)生高頻高壓電源，因而使用電容濾波。2、電路分析電容濾波電路如圖3-2所示，在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個(gè)濾波電容C1、濾波電路的選擇電容濾波電路的優(yōu)點(diǎn)：其適用于小電流負(fù)載；電容濾波電路的外特性比較軟；且電電感濾波的優(yōu)點(diǎn)有：整流二極管的導(dǎo)電角大，峰值電流小，輸出特性較平坦。但其缺點(diǎn)是：存在鐵心，笨重、體積大，易引起電磁干擾，一般只適應(yīng)于低電壓、大電流的場(chǎng)合。綜上所述，可知電容濾波器適用于大電壓小電流負(fù)載，而電感濾波器適用于大電流低電壓負(fù)載。本設(shè)計(jì)中電源是要產(chǎn)生高頻高壓電源，因而使用電容濾波。2、電路分析電容濾波電路如圖3-2所示，在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個(gè)濾波電容C。3-2電容濾波電路、濾波原理vD、DvC充電。此時(shí)2132C相當(dāng)于并聯(lián)在v上，所以輸出波形同v ，是正弦波。22 22 Ｒt=/2所以剛過所以剛過t=/2時(shí)二極管仍舊導(dǎo)通。在超過t=/2后的某個(gè)點(diǎn)，正弦曲線下降的速率越t2t3時(shí)刻，二極管i o12i o放電時(shí)間常數(shù)為放電時(shí)間常數(shù)為RC。電容濾波過程見圖3-3。L需要指出的是，當(dāng)放電時(shí)間常數(shù)需要指出的是，當(dāng)放電時(shí)間常數(shù)RC增加時(shí)，t點(diǎn)要右移，t點(diǎn)要左移，二極管關(guān)斷L12LLL時(shí)，電容濾波的效果不好，見圖時(shí)，電容濾波的效果不好，見圖3-4濾波曲線中的2。反之，當(dāng)ＲLI很小時(shí)，L盡管盡管C較小,RC仍很大,電容濾波的效果也很好，見濾波曲線中的3。所以電容濾波適L合輸出電流較小的場(chǎng)合。合輸出電流較小的場(chǎng)合。3-4電容濾波的效果22、外特性VO隨負(fù)載電流I 的變化關(guān)系曲線如圖3-5所示。O名稱V(空載)OV(帶載)O二極管反向最大電壓每管平均電流半波整流 IO波波波*使用條件：1.2V*20.5IO1.2V*20.5IO0.9V20.5IODC/AC逆變開關(guān)電源中的一個(gè)重要的能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)是把工頻整流后得到的直流電由電子開關(guān)變換成負(fù)載需要的溝通電。逆變器是將直流電變換成溝通電的變換器。本設(shè)計(jì)是將整流濾波后的直流電直接接到溝通負(fù)載。所以本設(shè)計(jì)承受的是無源逆變，且直流邊電壓無脈動(dòng)能輸出穩(wěn)定矩形波的電壓型逆變電路更適合本設(shè)計(jì)的需求。開關(guān)電源中的一個(gè)重要的能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)是把工頻整流后得到的直流電由電子開關(guān)變換成負(fù)載需要的溝通電。逆變器是將直流電變換成溝通電的變換器。本設(shè)計(jì)是將整流濾波后的直流電直接接到溝通負(fù)載。所以本設(shè)計(jì)承受的是無源逆變，且直流邊電壓無脈動(dòng)能輸出穩(wěn)定矩形波的電壓型逆變電路更適合本設(shè)計(jì)的需求。元器件的選擇1IGBT1IGBT的介紹IGBT也是三端器件，它的三個(gè)極為漏極、柵極和源極。有時(shí)也將IGBT的漏極稱件的復(fù)合管，圖3-6所示為IGBT的外形圖。圖圖3-6 IGBT外形圖(IGBT)的圖形符號(hào)N溝道 P溝道它的三個(gè)電極分別為門極G、集電極C、放射極E。(IGBT)的特點(diǎn)：1.輸入阻抗高，速度快，熱穩(wěn)定性好。通態(tài)電壓低，耐壓高，電流大。MOSFETMOSFET40%MOSFET4.IGBT1200-1800A/1800-3300V〔參考〕。150-180KHz。絕緣柵雙極晶體管的主要參數(shù)與特性：轉(zhuǎn)移特性輸出特性它的三個(gè)區(qū)分別為：靠近橫軸：正向阻斷區(qū)，管子處于截止?fàn)顟B(tài)。，UCE水平段：有源區(qū)。開關(guān)損耗：脈動(dòng)。2)有關(guān)。為了有無功功率通道，逆變橋臂需要并聯(lián)二極管。2載的狀況下，其輸出電壓和輸出電流的IGBTMOSFET的關(guān)斷損耗差不多。MOSFET開關(guān)損耗與溫度關(guān)系不大，IGBT1002脈動(dòng)。2)有關(guān)。為了有無功功率通道，逆變橋臂需要并聯(lián)二極管。2載的狀況下，其輸出電壓和輸出電流的開通損耗IGBT平均比MOSFET兩種器件的開關(guān)損耗和電流相關(guān)，電流越大，損耗越高。3.2.2電路分析3.2.2電路分析本論文承受的電路設(shè)計(jì)及逆變得到的波形圖如下圖：1.電壓型逆變電路的根本特點(diǎn):幅值為單相半橋逆變電路的兩倍。2〕電感負(fù)載時(shí)0≤幅值為單相半橋逆變電路的兩倍。2〕電感負(fù)載時(shí)0≤t＜T／4，Tss/2≤t≤3T／4D、D導(dǎo)通起負(fù)載電流續(xù)流作s14用，在此期間T、T均不導(dǎo)通。1 43〕阻感負(fù)載RL時(shí)0≤θ≤ωtT和T有驅(qū)動(dòng)信號(hào)，電流iT和T不導(dǎo)通，1 4 O 1 4D、D導(dǎo)通起負(fù)載電流續(xù)流作用，uU。1 4 0 dθ≤ωt≤πiT和T才導(dǎo)通。O 1 4π≤ωt≤π+θT和T有驅(qū)動(dòng)信號(hào)，由于電流iT、T不2 3 O 2 3導(dǎo)通，D、D導(dǎo)通起負(fù)載電流續(xù)流作用，u=－U 。2 3 0 dπ+θ≤ωt≤2πT和T才導(dǎo)通。2 3LC濾波電路濾波器輸出設(shè)計(jì),如圖3-7所示3-7濾波器電路圖F(10KHz).Fk〔30KHz。Fc濾波器的截至頻率。Fc=2Fk/(EBOE-BO)Bo=lnUkim/UkomUkim:濾波器輸入端最低次諧波的電壓幅值Ukom：濾波器輸出端最低次諧波的電壓幅值F=10KHzFk=30KHz濾波器輸出設(shè)計(jì),如圖3-7所示3-7濾波器電路圖F(10KHz).Fk〔30KHz。Fc濾波器的截至頻率。Fc=2Fk/(EBOE-BO)Bo=lnUkim/UkomUkim:濾波器輸入端最低次諧波的電壓幅值Ukom：濾波器輸出端最低次諧波的電壓幅值F=10KHzFk=30KHz〔Fc《FK〕Ukim=10VUkom=3VBo=lnUkim/Ukom=1.204EBO=E-BO=3.333+0.2999=3.6329Fc=2×30/3.6329=16.5KHz元件的計(jì)算LoCo=1/(2πf)2Lo/Co=〔0.5～0.8R〕2選擇Lo/Co〔0.6R〕2Lo=0.6R/22πfUo1=168V150VK=150/1000=0.15R=K2RL=0.15=0.152×100MΩ=2.25M=2.25MΩLo=0.6×2.25K/2πLo=0.6×2.25K/2π×16.5×103=13mHCo/Lo=1/〔0.6R〕2=13mHCo/Lo=1/〔0.6R〕2Co=0.07uf濾波器輸出電壓CoRZ2Z=Z+Z1 2=JWLo+Z2Z=R*1/JWCo/R+1/JWCo2 L L將R=37Ω Co=0.43ufL解：Z=33.5(1-J0.999148)LZ=J2π*104*0.214*10-31=J13.446U=Z/〔Z+Z〕*U2 2 1 2 1/〔Z+Z〕=33.5〔1-50.999148〕/J13.446+33.5(1-J0.999148)2 1 2=33.5(1-J0.999148)/33.5+J(1-33.5*0.999148)=33.5(1-J0.999148)/33.5-J20.025=1-J0.999148/1-J0.5977612=1-J0.999148/1-J0.59777=(1-J0.999148)(1+J0.5977)/(1-J0.59777)(1+J0.5977)=1+0.597190-J0.401448/1.35733=1.59719-J0.401448/1.35733/〔Z+Z〕=1.213312 1 2U=1.21331*168=201V結(jié)論電容選擇CY22/23-4，結(jié)論電容選擇CY22/23-4，電感選擇SDCL2023-DTYPE。高頻升壓電路變壓器的概述變壓器的最根本型式，包括兩組繞有導(dǎo)線之線圈，并且彼此以電感方式稱合一起。當(dāng)一溝通電流(具有某一頻率)流于其中之一組線圈時(shí)，于另一組線圈中將應(yīng)出具有一樣頻率之溝通電壓，而感應(yīng)的電壓大小取決于兩線圈耦合及磁交鏈之程度。一般指連接溝通電源的線圈稱之為「一次線圈「匝數(shù)比」所打算的。因此，變壓器區(qū)分為升壓與降壓變壓器兩種。大部份的變壓器均有固定的鐵心，其上繞有一次與二次的線圈?；阼F材的高導(dǎo)磁性，大部份磁通量局限在鐵心里，因此，兩組線圈藉此可以獲得相當(dāng)高程度之磁耦合。在一些變壓器中，線圈與鐵心二者間嚴(yán)密地結(jié)合，其一次與二次電壓的比值幾乎與二者由于此項(xiàng)升壓與降壓的功能，使得變壓器已成為現(xiàn)代化電力系統(tǒng)之一重要附屑物，提升輸電電壓使得長(zhǎng)途輸送電力更為經(jīng)濟(jì)，至于降壓變壓器，它使得電力運(yùn)用方面更加多元變壓器的最根本型式，包括兩組繞有導(dǎo)線之線圈，并且彼此以電感方式稱合一起。當(dāng)一溝通電流(具有某一頻率)流于其中之一組線圈時(shí)，于另一組線圈中將應(yīng)出具有一樣頻率之溝通電壓，而感應(yīng)的電壓大小取決于兩線圈耦合及磁交鏈之程度。一般指連接溝通電源的線圈稱之為「一次線圈「匝數(shù)比」所打算的。因此，變壓器區(qū)分為升壓與降壓變壓器兩種。大部份的變壓器均有固定的鐵心，其上繞有一次與二次的線圈?；阼F材的高導(dǎo)磁性，大部份磁通量局限在鐵心里，因此，兩組線圈藉此可以獲得相當(dāng)高程度之磁耦合。在一些變壓器中，線圈與鐵心二者間嚴(yán)密地結(jié)合，其一次與二次電壓的比值幾乎與二者由于此項(xiàng)升壓與降壓的功能，使得變壓器已成為現(xiàn)代化電力系統(tǒng)之一重要附屑物，提升輸電電壓使得長(zhǎng)途輸送電力更為經(jīng)濟(jì)，至于降壓變壓器，它使得電力運(yùn)用方面更加多元化，可以如是說，倘無變壓器，則現(xiàn)代工業(yè)實(shí)無法到達(dá)目前進(jìn)展的現(xiàn)況。變壓器的原理圖3-8U1有交變電流I1并產(chǎn)生交變磁通ф圖3-8U1有交變電流I1并產(chǎn)生交變磁通ф1，它沿著鐵心穿過初級(jí)線圈和次級(jí)線圈形成閉合的磁U1I1磁通ф1的存在就需要有肯定的電能消耗，并且電源變壓器本身也有肯定的損耗，盡管此時(shí)次級(jí)沒接負(fù)載，初級(jí)線圈中仍有肯定的電流，這個(gè)電流我們稱為“空載電流”。如I2，并因此而產(chǎn)生磁通ф2，ф2的方向與ф1E1減少，其結(jié)果使I1I1增加，ф1也增加，并且ф1ф2所抵消的那局部磁通，以保持鐵心里總磁通量不變。圖3-8變壓器原理圖變壓器的設(shè)計(jì)輸出功率P 輸出功率P 1KW0的設(shè)計(jì)。1.依據(jù)圖2.53可得以下公式：2.的設(shè)計(jì)。1.依據(jù)圖2.53可得以下公式：2.1、輸入給定2、計(jì)算變壓器總功率其中：變壓器效率η=0.833、確定工作磁感應(yīng)強(qiáng)度BmT)E、E〔R2KB；選雙極性變壓器Bm=0.4T4Bm=0.4T4Kj查表18-18，得允許溫升25℃，Kj=3665、確定窗口填充系數(shù)αT0.2～0.4α=0.36AP18-128χχ18-18，χ=-0.1218-152-273-9E7〕.計(jì)算原、副線圈的匝數(shù)87〕.計(jì)算原、副線圈的匝數(shù)8、計(jì)算電流有效值I 7A1I 0.1AJ18-127J18-1271、導(dǎo)線面積計(jì)算1、取導(dǎo)線直徑0mm11、計(jì)算導(dǎo)線根數(shù)11、平均匝數(shù)1、導(dǎo)線長(zhǎng)度第四章 掌握電路的分析與論證單結(jié)晶體管觸發(fā)電路可控整流的電路一般由整流器的整流電路及其觸發(fā)掌握電路組成。在整流變換過程中，其平均功率〔或能量〕是從溝通側(cè)流向直流負(fù)載。本論文的設(shè)計(jì)承受單結(jié)晶體管觸發(fā)電路。4-1BT33。4-1全控整流中的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路當(dāng)把單結(jié)晶體管觸發(fā)電路用于可控整流電路時(shí)，主電路中的晶閘管在每次承受正向電壓的半周內(nèi)，承受第一個(gè)觸發(fā)脈沖的時(shí)刻應(yīng)當(dāng)一樣。假設(shè)在電源電壓每個(gè)正半周的控制角α不同，輸出電壓平均值就會(huì)不穩(wěn)定，使發(fā)出觸發(fā)脈沖的時(shí)間與電源電壓相互協(xié)作，稱為觸發(fā)電路與主電路同步。4-1兩者電壓的頻率一樣，而且同相。在觸發(fā)電路中，變壓器副邊電壓經(jīng)單相橋式整流后得R1可控整流的電路一般由整流器的整流電路及其觸發(fā)掌握電路組成。在整流變換過程中，其平均功率〔或能量〕是從溝通側(cè)流向直流負(fù)載。本論文的設(shè)計(jì)承受單結(jié)晶體管觸發(fā)電路。4-1BT33。4-1全控整流中的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路當(dāng)把單結(jié)晶體管觸發(fā)電路用于可控整流電路時(shí)，主電路中的晶閘管在每次承受正向電壓的半周內(nèi)，承受第一個(gè)觸發(fā)脈沖的時(shí)刻應(yīng)當(dāng)一樣。假設(shè)在電源電壓每個(gè)正半周的控制角α不同，輸出電壓平均值就會(huì)不穩(wěn)定，使發(fā)出觸發(fā)脈沖的時(shí)間與電源電壓相互協(xié)作，稱為觸發(fā)電路與主電路同步。4-1兩者電壓的頻率一樣，而且同相。在觸發(fā)電路中，變壓器副邊電壓經(jīng)單相橋式整流后得R1D2D2Uz。梯形電壓供給RC電路充電。當(dāng)ucUp時(shí)，單結(jié)晶體管導(dǎo)通，使電容器上的電荷經(jīng)R1快速放電，而在R1兩端產(chǎn)生第一個(gè)尖脈沖電壓。當(dāng)ucUv時(shí)，單結(jié)晶體管回復(fù)截止。電容器再次充、放電，產(chǎn)生其次個(gè)尖脈沖電壓，當(dāng)因此在一個(gè)梯形波內(nèi)產(chǎn)生一組脈沖，并在梯形波電壓降到零時(shí)，電容器上的電荷也放完。這一組脈沖中的第一個(gè)用于觸發(fā)晶閘管。當(dāng)其次個(gè)梯形波開頭后，又從頭開頭產(chǎn)生其次組脈沖。明顯每組脈沖的第一個(gè)脈沖發(fā)出的時(shí)間都一樣α1=α2=α3=…。因此負(fù)載RLuo。電路中各處的電壓波形如圖4-2下面說明圖4-1電路中的幾個(gè)元件的作用?！?〕uuz。頂部穩(wěn)定的電壓uz使單結(jié)晶體管輸出的脈沖幅度和每半周產(chǎn)生第一個(gè)脈沖的時(shí)間不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響。4-2電路中各處的電壓波形〔2〕變壓器的同步作用：通過變壓器將觸發(fā)電路與主電路接在同一電源上，每當(dāng)uzuuz過零值時(shí)，單結(jié)晶體管兩基極間的電壓UBB也為零。這時(shí)電oCR1oCR1C充電，使每個(gè)半周產(chǎn)生第一個(gè)脈沖的時(shí)間保持不變，從而使晶閘管的導(dǎo)通角和輸出電壓平均值保持不變。Rp的大小，Rp阻值減小，C半周消滅一個(gè)脈沖的時(shí)間前移，即α角減小，θ角增大，輸出電壓的平均值隨之變大。所以，轉(zhuǎn)變Rp可以移相，調(diào)整輸出電壓。SPWM驅(qū)動(dòng)電路IGBT需驅(qū)動(dòng)信號(hào)才能產(chǎn)生我們所需要輸送到高頻升壓變壓器的電壓。有利于負(fù)載的穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)我們用SPWM波對(duì)全橋中的四個(gè)功率開關(guān)器件進(jìn)展驅(qū)動(dòng)SPWM調(diào)制后電壓。所以，SPWM觸發(fā)信號(hào)的產(chǎn)生至關(guān)重要。SPWM掌握技術(shù)SPWMSPWM〔SinusoidalPWM〕法是種比較成熟的目前使用較廣泛的PWM法，SPWM法就是用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形,即用SPWM波形掌握逆變電路中開關(guān)器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等，通過轉(zhuǎn)變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)整逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。SPWM的產(chǎn)生原理如以下圖所示：雙極性SPWM波形的產(chǎn)生原理如以下圖所示：波形的變換效果如以下圖所示：將上圖所示的正弦波分成N等份，即把正弦半波看成由N個(gè)彼此相連的脈沖所組成。這些脈沖寬度相等〔均為π/N，但幅值不等，其幅值是按正弦規(guī)律變化的曲線，化的曲線，把每一等份的正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用一個(gè)與此面積相等的局部面積相等就得到上述波形。SPWM波的生成SPWM波的產(chǎn)生，我們知道，用正弦波作為調(diào)制波，LM4651LM4651SPWM波。對(duì)于正弦波的產(chǎn)生，我們承受了如下設(shè)計(jì):基準(zhǔn)正弦波發(fā)生電路1〕3-81〕3-8RC橋式正弦波振蕩電路，其中的放大電路是由集成運(yùn)放RC號(hào)送給放大電路。圖3-8 集成運(yùn)放構(gòu)成的RC橋式正弦波振蕩電路2〕振蕩頻率3〕起振條件當(dāng)R2=2〕振蕩頻率3〕起振條件當(dāng)R2=2R1時(shí)，A=3，則AF=3×1/3=1，滿足自激振蕩的幅值條件。假設(shè)R2 >2R1AF>1，可以滿足自激振蕩的起振條件。4〕常用的穩(wěn)幅措施〔1〕承受熱敏電阻3-9圖3-9 承受二極管的非線性實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)幅〔3〕承受場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)展自動(dòng)穩(wěn)幅〔3〕承受場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)展自動(dòng)穩(wěn)幅3-10RCC=1000PF，f=10kHzC=1000PF，f=10kHz，R=1/(2π*1000*10-12*10*103)=16kΩK=RF/Rf=3，RF=10kΩ，Rf=R3+RG，R3=2.2kΩkΩ，R5=470kΩ，R=1kΩ。放大器選用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管為輸入端的運(yùn)算放大器CA3140。整流二極管用1N34A，2CW21C。電容器為0.01F3DJ2E。這是一個(gè)N溝道耗盡型器件。其特性如圖3-11所示：圖3-11 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的動(dòng)態(tài)電阻特性相應(yīng)的顯示電路及關(guān)心電路頻率表的選擇CSF-4004測(cè)量頻率精度:±0.05%位數(shù)字顯示:9999o易接線,螺絲固定端子穩(wěn)定性高&牢靠度佳外型尺寸歐規(guī)標(biāo)準(zhǔn)1/8DIN(96x48mm)測(cè)量范圍區(qū)分率輸入阻抗頻率9999Hz1Hz≥1MΩ技術(shù)規(guī)格測(cè)量精度±0.05%F.S.±1digit測(cè)量范圍最高點(diǎn)校正零點(diǎn)校正取樣時(shí)間反向顯示過載輸入力量小數(shù)點(diǎn)操作溫度操作相對(duì)濕度溫度系數(shù)庫存溫度工作電源消耗功率隔離強(qiáng)度重量

通過選擇PCBA不行調(diào)校不行調(diào)校1/秒“0”指示電壓：1.21.5倍額定輸入(連續(xù))訊號(hào) 訂購時(shí)請(qǐng)指定0 ～60℃20～95%RH≤100PPM/℃(0～50℃)≤50PPM/℃(23±3℃)-10～70℃AC:115/230V±10%,50/60Hz特別規(guī)格:DC12V,24V,48V±10%(隔離)DC:3W,AC:4.5VAAC2.0KVfor1分鐘〔介于電源/輸入)AC3.0KVfor1分鐘(介于螺絲端子/機(jī)殼)350g輸出電壓顯示儀的選擇CS149-20A41/2數(shù)顯41/2數(shù)顯真有效值測(cè)量測(cè)量精度高且穩(wěn)定適合各波形測(cè)量技術(shù)指標(biāo)：測(cè)量范圍型號(hào)ModelMeasuringVoltageRange輸入電阻InputResistance準(zhǔn)確度Accuracy±(1%+5digits)外形尺寸DimensionLxHxW(mm)CS149-20A100020230V(AC/DC)1000MΩ310x130x3504.4 關(guān)心電源設(shè)計(jì)電路如圖3-12所示設(shè)計(jì)電路如圖3-12所示3-12關(guān)心電源原理圖3-13LM7815變壓器的計(jì)算100VA變壓器的計(jì)算100VAIE.0.51，220V58440VN。2.1、變壓器匝數(shù)的計(jì)算1、變壓器匝數(shù)的計(jì)算UU/U=N/N1 2 1 2220V*220V*N=40V*584=10622、變壓器電流的計(jì)算2、變壓器電流的計(jì)算II/I=N/N1 2 1 2II=1.3A2整流后電壓整流后電壓Uo=0.9UUo=0.9U=36v2整流后電流整流后電流I=0.9I=0.9U/R=0.16mA2 L2LM7815參數(shù)第五章PWM掌握芯片脈沖寬度調(diào)制〔脈沖寬度調(diào)制〔PWM，是英文“PulseWidthModulation制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)展掌握的一種格外有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率掌握與變換的很多領(lǐng)域中。脈沖寬度調(diào)制是一種模擬掌握方式，其依據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的轉(zhuǎn)變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定，是利用掌握芯片的輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)展掌握的一種格外有效的技術(shù)。PWM活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的掌握方式，究的熱點(diǎn)。本論文承受LM4651來形成PWM掌握器。也是人們研LM4651介紹1.1.LM46513-328DIPLM4651表1 LM4651表1 LM4651的引腳功能腳號(hào)引腳符號(hào)功能描述LM4651LM4651283-33-3LM4651LM4651是一種PWM掌握/驅(qū)動(dòng)器IC,內(nèi)置振蕩器、PWM比較器、誤差放大器、反響測(cè)量放大器、數(shù)字規(guī)律與保護(hù)電路及驅(qū)動(dòng)器等,表1列出了LM4651的引腳功能。1OUT1輸出到功率MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)電路的基準(zhǔn)腳1,27BS1,BS2為驅(qū)動(dòng)上面的柵極HG1、HG2供給額外偏置的自舉腳3HG1半橋中#14HG2半橋中#25,15GND模擬地6+6VBYP模擬電路內(nèi)部調(diào)整正電壓輸出,該腳僅用作內(nèi)部調(diào)整器旁路7+VccIC8-6VBYP模擬電路內(nèi)部調(diào)整負(fù)電壓輸出,該腳僅用作內(nèi)部調(diào)整器旁路9FBKVo反響測(cè)量放大器輸出腳10ERRIN誤差放大器反相輸入腳。該腳上的輸入音頻信號(hào)與反響信號(hào)相加11ERRVo誤差放大器輸出腳12TSD熱關(guān)閉輸入腳,連接LM4652的熱關(guān)閉輸出13STBY待機(jī)功能輸入腳14FBK1反響測(cè)量放大器,該腳必需連接到來自VO1〔LM4652腳15〕的反響濾波器16OSC15.5kΩ0Ω75kHz225kHz17Delay延遲時(shí)間調(diào)整腳18SCKT10A19FBK2反響測(cè)量放大器腳,該腳必需連接到來知VO2〔LM46527〕的反響濾波器20,21-VDDBYP供數(shù)字單元電路使用的調(diào)整器輸出,該腳僅作旁路用22,23-VEEIC24START啟動(dòng)電容輸入腳?？烧{(diào)整調(diào)制器的診斷時(shí)序啟動(dòng)時(shí)間25LG1半橋中#1低端柵極驅(qū)動(dòng)器輸出26LG2半橋中#2低端柵極驅(qū)動(dòng)器輸出28OUT2輸出到功率MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器電路的基準(zhǔn)腳2、主要參數(shù)及特點(diǎn)1)、主要參數(shù)a.極限參數(shù)LM4651的最高電源電壓為±22V,2、主要參數(shù)及特點(diǎn)1)、主要參數(shù)a.極限參數(shù)LM4651的最高電源電壓為±22V,其功耗為1.5W,最高結(jié)溫為150℃,工作溫度范圍為-40～+85℃。b.電氣特性LM4651的總靜態(tài)電流為L(zhǎng)M4651的總靜態(tài)電流為36mA,待機(jī)狀態(tài)時(shí)的輸入電壓〔典型值為2V,開關(guān)頻率范圍〔Rosc15kΩ0Ω時(shí)〕65～200kHz,27ns,調(diào)制保護(hù)時(shí)間〔典型值〕310ns。2)、主要特點(diǎn)LM4651的主要特點(diǎn)如下：●具有常規(guī)的脈沖寬度調(diào)制〔LM46451〕;75～200kHz;●內(nèi)含集成誤差放大器和反響放大器;●可導(dǎo)通軟啟動(dòng)和欠電壓閉鎖;●具有過調(diào)制保護(hù)〔軟削波〕功能;3、原理和應(yīng)用電路1〔Rosc15kΩ0Ω時(shí)〕65～200kHz,27ns,調(diào)制保護(hù)時(shí)間〔典型值〕310ns。2)、主要特點(diǎn)LM4651的主要特點(diǎn)如下：●具有常規(guī)的脈沖寬度調(diào)制〔LM46451〕;75～200kHz;●內(nèi)含集成誤差放大器和反響放大器;●可導(dǎo)通軟啟動(dòng)和欠電壓閉鎖;●具有過調(diào)制保護(hù)〔軟削波〕功能;3、原理和應(yīng)用電路1、待機(jī)Standby〕功能LM4651CMOSMOSFET。由于待120dB,EMI13“1”5V13“0”0V入信號(hào)調(diào)制。2、啟動(dòng)程序和定時(shí)LM4651時(shí)間的調(diào)整可通過連接到START腳的電容〔CSTSRT〕來掌握。3、過調(diào)制保護(hù)當(dāng)輸入信號(hào)幅值高于內(nèi)部三角波時(shí),過調(diào)制條件發(fā)生,假設(shè)缺少過調(diào)制,將導(dǎo)致功率對(duì)于給定的一樣的電壓和負(fù)載,這種限幅將使輸出功率降低。4、反響放大器和濾波器反響放大器用來進(jìn)展差動(dòng)取樣輸出信號(hào)并為誤差放大器供給一個(gè)單端反響信號(hào),反LC橋式輸出的差動(dòng)信號(hào)經(jīng)單極點(diǎn)或雙極點(diǎn)的RC阻抗測(cè)量放大。反響測(cè)量放大器的內(nèi)部固定增益為1。5、電流限制和短路保護(hù)SCKTGNDRSCKT定限制,短路保護(hù)將關(guān)斷全部功率MOSFET。場(chǎng)聲器失效〔消滅短路〕的狀況下,IC將執(zhí)行安全保護(hù)功能。6、死區(qū)時(shí)間設(shè)定LM4651DELAYLM4652場(chǎng)聲器失效〔消滅短路〕