直流飞机发电机调压电路设计报告.docx

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直流飞机发电机调压电路设计报告

直流飞机发电机调压电路设计报告

摘要：

调压器是航空供电系统的重要部件，它调节发电机励磁，使调压点电压稳定。

本文设计了一个基于SG3525芯片的直流飞机发电机调压电路。

利用SG3525对输出电压进行检测、比较，了解PWM波的产生电路，设计驱动电路，检测电路等，并在理论上得到了调压电路的工作特性曲线。

关键字：

直流发电机PWM调压器

TheDCAircraftGeneratorVoltageRegulationCircuitDeignReport

LIXIWEN031120206

（NUAACollegeofAutomation）

ABSTRACT：

DesignanDCaircraftgeneratorvoltageregulationcircuit.Describesseveralwaystodetectvoltage,usingSG3525todetectandcomparetheoutputvoltage,andcomprehendthegenerationcircuitofPWMwave.Designadrivecircuit,adetectioncircuitanddrawanoperatingcharacteristiccurveaboutvoltageregulationcircuittheoretically.

Keywords:

direct-currentgeneratorPWMregulator

引言3

1.SG3525简介3

1.1结构框图3

2.调压器电路设计4

2.1采样电路4

2.2晶体管电压调节器的基本原理5

2.3PWM波产生电路6

2.3放大电路7

3.调压器参数设计8

3.1设计要求8

3.2大功率管占空比D的确定8

3.3开关频率8

4.功率器件选择9

4.1功率三极管9

4.2续流二极管9

5.调节电路的工作特性曲线：

9

6.设计过程总结10

7.参考文献10

引言

飞机同步发电机的转速、负载变化时,其电压将随之变化。

直流发电机转子的转速变化范围很大，易使发电机的输出电压容易波动，无法满足飞机用电设备的工作要求。

为保证用电设备的正常工作,就需要通过改变激磁机的激磁电流来调节同步发电机的电压。

所以必须配备电压调节器，使其输出电压在发动机所有工况下基本保持恒定。

随着集成电路技术的发展和应用，基于集成电路设计的电压调节器是航空发电机电压调节的发展趋势。

1.SG3525简介

1.1结构框图

SG3525是定频PWM电路，采用原理16引脚标准DIP封装。

其各引脚功能如图1所示，内部原理框图如图2所示。

1.2引脚功能说明

直流电源Vs从脚15接入后分两路，一路加到或非门；另一路送到基准电压稳压器的输入端，产生稳定的元器件作为电源。

振荡器脚5须外接电容CT，脚6须外接电

阻RT。

振荡器频率由外接电阻RT和电容CT决定，振荡器的输出分为两路，一路以时钟脉冲形式送至双稳态触发器及两个或非门；另一路以锯齿波形式送至比较器的同相输入端，比较器的反向输入端接误差放大器的输出，误差放大器的输出与锯齿波电压在比较器中进行比较，输出一个随误差放大器输出电压高低而改变宽度的方波脉冲，再将此方波脉冲送到或非门的一个输入端。

或非门的另两个输入端分别为双稳态触发器和振荡器锯齿波。

双稳态触发器的两个输出互补，交替输出高低电平，将PwM脉冲送至三极管VT1及VT2的基极，锯齿波的作用是加入死区时间，保证VT1及VT2不同时导通。

最后，VTl及VT2分别输出相位相差为180°的PWM波。

2.调压器电路设计

如图2-1，电压调节器由采样电路、比较电路、放大电路、驱动电路组成。

基准电压

输出

图2-1电压调节器框架图

发电机输出电压以负反馈的形式反馈到控制电路SG3525的误差放大器的反相输入端，在芯片内部与锯齿波比较，产生PWM信号，经过隔离放大电路放大，加到励磁回路端，控制输出电压。

2.1采样电路

图2-2采样电压电路

电压采样电路分压主要由由检测电阻R1、R2放大器组成，UF分压后经过放大器后得到Ufeb，接入SG3525的2脚。

因为飞机低压直流电源调节点标准电压28.5V，而Uref为5.1V，由：

可以取R1=234Ω，R2=51Ω。

2.2晶体管电压调节器的基本原理

集成运算放大器式的电压调节器以晶体管电压调节为基础，其基本原理如图2-3

（1）所示。

图中大功率晶体管BG串联在激磁机激磁线圈Wjj电路中，用来控制激磁机的激磁电流。

通过合理设置大功率晶体管的工作条件，使其工作在开关状态，等效电路如图2-3

（2）所示。

图2-3

（1）图2-3

（2）

图2-3晶体管电压调节器原理图

根据功率管导通和截止期间的电压平衡方程可解出ion、iof的表达式，从而可求得在一个工作周期内，激磁电流的平均值为：

式中，D为大功率管的导通比

在功率管的控制下，激磁电流的平均值Ijj与功率管的导通比D成正比。

只要使功率管导通比随发电机工作状态的变化而作相应的改变，就可以控制激磁机的激磁电流，从而使发电机的端电压在一定范围内可调。

而改变导通比的方法有两种，一是改变其分子，保持工作周期不变；一是改变其分母，保持分子不变。

这两种方法对应着电压调节器的两种基本形式，即脉冲调宽式电压调节和脉冲调频式电压调节。

本文研究脉冲调宽式电压调节的设计与应用。

2.3PWM波产生电路

如图2-4所示，同相输入端为SG3525的16脚提供的精准5.1V，即电压经分压后的电压基准信号Uref，反相输入端为发电机调节点电压经电压采样电路整合后的电压信号Ufeb,同时经过误差放大器输出9脚的反馈。

在闭环时将主电路输出电压以负反馈的形式反馈到控制电路SG3525的误差放大器的反相输入端，由于误差放大器输出9脚和1脚间是比例积分反馈（开环时是比例反馈），从而使系统能实现所要求的动态、静态特性。

当主电路电压升高时，输出电压升高，使SG3525的9脚电压降低，使占空比减小→使主电路电压降低，从而稳定了输出。

右边为隔离放大电。

在设计中，先前设计了2-4（a）的PWM波产生电路，即通过13脚来输出波形，但vcc2是outa和outb合成波形，占空比较大，但后考虑到调压器占空比很小，故此改用11脚输出波形。

即图2-4（b）.

图2-4（a）PWM波的产生电路（13脚）

图2-4（b）PWM波的产生电路（11脚）

2.3放大电路

经过三极管的两次放大之后，PWM波相位与SG3525芯片13脚输出波形相位相同，幅值放大。

最后输出波形控制晶体管的开端，决定占空比大小，从而调节励磁电流，进而调节发电机输出电压。

图2-5PWM波的放大电路

3.调压器参数设计

3.1设计要求

励磁电流：

0.2-2A

励磁电压：

24V

励磁绕组电阻：

5欧姆

控制芯片：

SG3525

3.2大功率管占空比D的确定

因为E=24V,Rjj=5Ω,电流范围为0.2A到2A，所以占空比为0.042到0.42.

3.3开关频率

芯片内部震荡频率为：

本设计取CT=10nF，RT=6.8kΩ，RD=100Ω,得到

=20khz.

4.功率器件选择

4.1功率三极管

电压应力24V，电流应力2A，开关频率为20000Hz，选择MOSFETIRFR024A,额定电压为60V,额定电流为15A，封装为D-PAK。

4.2续流二极管

电压应力24V，电流应力2A，电流平均值1A，电流有效值1.414A。

选择肖特基二极管IN5819（40V/1A）

5.调节电路的工作特性曲线：

调压器工作特性是指其输入UF与其输出Ijj的函数关系。

当UF变化时，V3管导通比Dc也改变，起到调节Ijj的作用。

调压器工作特性曲线如图5-1所示：

图5-1调压器工作特性曲线

6.设计过程总结

基于集成芯片设计的直流飞机发电机电压调节器，不仅使设备的体积小、重量轻、价格低廉，而且具有抗干扰能力强、可靠性好、调压精度高等特点。

同时，由于调压器内部电路信号传递关系简单，便于地面维护人员的校验和维修，因此具有显著的经济和军事效益。

这次的课后大作业让我对直流飞机发电机的电压调节系统有了一个全面的认识，并且了解了芯片SG3525的工作原理及工作方式。

在完成作业的过程中，我通过上网搜索资料以及阅读参考电力电子方面的教材，再综合查找到的资料，设计了采样电路、PWM波的产生电路、放大电路。

然后在理论上画出了调压器的工作特性曲线。

完成的过程非常艰难，感觉自己存在着基础知识不够扎实。

专业思维不够清晰等等弱点，但是也有一些收获。

我想，以后我也会记着这次的经历，学会迎难而上去攻克自己遇到的难题。

7.参考文献

[1]张卓然陈志辉杨善水严仰光飞机发电机电压调节系统数学模型的建立与研究[J],航空学报

[2]张卓然陈志辉杨善水严仰光航空交流发电机电压调节器整流形式的研究，南京航空航天大学

[3]严仰光航空航天器供电系统[M],南京航空航天大学

[4]丁道宏电力电子技术南京航空航天大学

[5]廖颖熙穆新华葛红娟三级无刷交流发电机调压系统的建模及仿真分析

[6]刘屹秋史荣瀚于子桓庄林华基于UC3525集成芯片的航空无刷交流电机调压器设计CNKI