电力电子技术课程设计斩控式单相交流调压电路设计Word文档下载推荐.docx

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这种调压器输出波形较好，但体积、重量大，动态性能差。

3）电子式调压器这种调压器采纳电力电子器件实现。

目前有晶闸管调压器和逆变式调压器两种。

晶闸管调压器采纳的是相控方式，因此其输出波形差；

逆变式调压器采纳的是斩波操纵方式，其输出波形和动态响应较好。

从上面可知，逆变式电子调压器具有最好的性能。

逆变式电子调压器的结构不仅具有调压、稳压的能力，而且还能够实现频率的变换。

它是通过AC/DC/AC变换实现的。

具有中间直流环节和储能电容，只是，变换效率低是它的不足。

解决方式

随着现代电力电子技术的进展，单相电源变换技术也有了专门大的进步，前后显现了多种利用全控器件的交—交直接变换方案。

本文基于矩阵式变换理论，提出一种矩阵式单相电源变换电路，该电路只利用两个双向开关管，能够实现输出电压持续可调及取得高正弦度的输入电流波形。

采纳单相—单相矩阵式电力变换。

通过一组开关函数能够将输入的工频交流电压转换成幅值和频率都可调的单向交流电压。

优势

本文提出采纳MOSFET的斩波式交流调压器。

使该调压器具有调剂方便、动态响应快、对电网谐波污染小、装置功率因数较高等优势。

用于交流电压的调剂和操纵，有更好的性能和应用前景。

第2章系统整体方案确信

设计整体思路

交流-交流变流电路，是将一种形式的交流电变成另一种形式的交流电，在进行交流-交流变流时，能够改变电压、电流、频率和相位等参数。

只改变相位而不改变交流电频率的操纵，在交流电力操纵中称为交流调压。

把两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的操纵就能够够操纵交流电力。

这种电路不改变交流电的频率，称为交流电力操纵电路。

在每半个周波内通过对晶闸管开通相位操纵，能够方便地调剂输出电压的有效值，这种电路称为交流调压电路。

斩控式交流调压确实是通过改变对晶闸管的导通的操纵，能够是维持开关周期T不变，调剂开关导通时刻Ton,这种方式称为脉冲宽度调制（PWM调制），也能够是开关导通时刻Ton不变，改变开关周期T，称为频率调制，还有一种混合型，确实是Ton，和T都可调。

实验室提供的是PWM调制，通过调剂开关导通的时刻，即调剂占空比，就能够够对输出电压的平均值进行调剂。

大体工作原理

交流斩波调压的原理波形如图2-1所示。

由图可知，它是用一组频率恒定、占空比可调的脉冲，对正弦波电压进行调制后，取得边缘为正弦波、占空比可调的电压波形。

该电压的调制频率f0，其大体谐波频率为±

50Hz。

改变占空比，即可改变输出电压。

利用具有自关断能力的电力半导体器件就可方便地组成交流斩波调压电路。

其工作原理为：

利用可调占空比的PWM脉冲波驱动Q3，将等宽的电源脉冲电压施加到变压器的原边，同时利用过零信号驱动Q1和Q2，实现变压器的原边电流续流。

只要输出滤波器参数设计合理，就能够够取得高正弦度的输出电压波形，开关频率越高成效越好。

这种变换器的设计难点在于双向可控开关Q1与Q2之间的是不是能够平安切换。

因为开关并非理想特性，在二者之间换流时存在电源直通与变压器原边开路的可能性，而这两点是不期望的。

为此必需在二者切换时采取平安换流策略。

只需要利用电压传感器准确快速地检测电源电压极性来确信扇区，而不需要电流传感器检测变压器原边电流的极性。

固然，传感器要有良好的线性度、快速性和光电隔离，由于电源电压很稳固，其过零点的检测比较准确靠得住。

扇区之间的切换不需要专门考虑，因为切换点只出此刻电源电压过零点，切换时只要保证变压器原边续流途径即可。

图2-1交流斩波调压原理波形

总框图

第3章主电路设计

主电路

主回路由Ql—Q3和D1—D3组成的全控整流电路实现对交流输入电压的轿波调压。

当交流输入电压正半周时电流流经VD1、Q3、VD3；

负半周时，电流流经VD2、Q3、VD4；

Q3始终处于正向电压作用下，当在Q3源栅极之间加入触发信号时，Q3处于开关状态。

调整加在栅极上的脉冲宽度即可调剂输出电压的大小。

由于Q3处于开关状态，且VMOS管具有很小的关断时刻，只要适被选择较低的饱和压降，Q3的功耗能够做得很小，因此该斩波调压具有较高的效率。

考虑到负载可能为感性的，加了由Q1、Q2及D1、D2组成的续流环节。

当Q3关断时，在电压正半周，Q2导通，Q1关断，流经负载的电流通过Q2、D1续流。

在电压负半周，Q1导通，Q2关断，流经负载的电流通过Q1、D2续流。

为避免Q1、Q2、Q3同时导通而引发较大的短路电流，对加在Q1和Q2上的触发信号有必然要求，这在过零触发电路中讨论。

图中L1、C1为电源滤波网，以吸收瞬态进程中的过电压，并减少对外线路的干扰。

L2、C2为输出滤波环节，由于本机调制频率取得较高，因此L2和C2只需很小值即可。

其中每一个VMOS管都有爱惜装置。

主电路图

图3-1主电路图

其中Q3的PWM波操纵由PWM波发生器通过对给定的调整产生，输出占空比必然的PWM波。

因为功率因数指电压与电流的相位之间的关系，那么由波形能够看出，电源电流的基波分量是和电源电压同相位的，即位移因数为1。

另外，通过傅里叶分析可知，电源电流不含低次谐波，只含和开关周期T有关的高次谐波。

这些高次谐波用很小的滤波器即可滤除。

这时电路功率因数接近1。

因为输入电压为220V的交流电，选用耐压值为500V的开关管IRFP450LC，二极管采纳快速恢复二极管，C1取,其余的选用uF,电感,电阻未定。

第4章单元操纵电路设计

操纵及驱动电路

操纵电路是由UC3879芯片来产生PWM波。

移相操纵器UC3879集成了全数必要的操纵、解码、爱惜及驱动功能，可独立编程操纵时刻的延迟，在每只输出级开关管导通前提供死区时刻，为每一个谐振开关区间里实现ZVS留有余地，总的输出开关频率可达300kHz，爱惜功能包括欠压锁定、过流爱惜。

操纵及驱动如电路图所示，欠压锁定电平依照UVSEL端状态选定，有两个预概念的阈值：

假设UVSEL端浮动，那么芯片在电源电压超过启动；

假设UVSPL端接VIN端，那么在时启动。

采纳电压操纵型输出，CT信号直接反馈到RAMP端，CT端与地之间接一电容，用以选择所需的开关频率。

RT端与地之间接一可调电阻用以改变输出占空比。

VREF通过一电容接地更好的保证成效。

SS脚与地之间接一电容设置软启动时刻。

CS端接到芯片的输入过压、欠压爱惜电路。

COMP端接到输出限流爱惜电路。

OUTA接驱动接输至SQ3。

图3-2控制及驱动电路

依照设计要求输出电压为0~160V，暂取最大占空比为Dmax=100%。

因为RT=2.5/10mA（1-Dmax）。

因此取RT=0~100kΏ。

通过调剂RT的大小来改变占空比的大小，从而操纵输出电压的大小。

电路的开关频率定为300KHZ，由CT=Dmax/，取CT=30pF。

UC3879管脚及内部结构如下：

UC3879各管脚功能简介：

VREF端：

内部5V高精度基准电压源的输出端。

其内部设置有短路爱惜极限值，当输入电源电压VIN低于欠压封锁门限时，内部5V高精度基准电压源将失去稳压功能而无输出。

当内部5V高精度基准电压源低于输出而未达到时,整个芯片的所有功能都将被关闭。

另外，在组成应用电路时，为了排除芯片内部的高频干扰而取得最正确的稳压成效，该端到信号地之间应该外接一个等效串联和等效串联电感都很小的的容量为0.1uF滤波电容。

COMP端：

误差放大器的输出端。

该端能够作为整个系统反馈操纵的增益级输出端，误差放大器的输出电压在0.9V以下时就会致使零相移。

由于误差放大器具有一个

相对低的电流驱动能力，因此误差放大器能够等效为一个阻抗超级低的电流源。

EA-端：

误差放大器的反相输入端。

正常工作时，该端应该连接到输入电源电压VIN端和信号地之间的一个分压器上，该分压器要紧用来检测输入电源电压VIN的高低。

另外，由外接元器件组成的补偿环路应连接到该端与COMP端之间。

CS端：

过流信号检测端。

该端为芯片内部两个电流故障比较器的正相输入端，该比较器的基准电压由芯片内部设置为固定的和。

当该端的电压超过，

而且误差放大器的相移被限制在一个最大体的周期内。

当该端的电压超过时，

电流触发器将被触发，输出被关断，一个软启动周期开始。

若是一个以上的

恒定电压被施加到该端，输出将失去所有的功能而被关断为低电平。

当该端的电压一路维持在以下时，SS的电压开始上升，紧接着输出便会以零度的相

移开始工作，从而达到只是早将能量释放给负载的条件。

DELSETA-B（C-D）端：

输出死区操纵端。

在同一桥臂的一对开关管关断和开通期间设置延不时刻。

在该引脚与信号地之间并接一个电阻和电容，就能够够设置不同的死区时刻。

SS端：

软启动端。

在该端与地之间连接一电容。

可设置软启动时刻。

当VIN脚的电压低于UVLO门限电压，该脚的电压维持为零电压。

当VIN和VREF有效时，该脚电压由内部9uA电流源拉升到4.8V。

当电流检测端电压超过2.5V时，该脚电压

也为零。

OUTA~OUTK端：

四个输出脚都是图腾柱输出，提供100mA的驱动电流，能够直接驱动场效应管。

每对中的两个输出占空比为50%。

A-B对用心驱动全桥电路的一个桥臂的开管，而且由时钟信号同步。

C-D对那么驱动全桥电路的另一个桥臂的两个开关管，它们相对开A-B对输出信号有移相角。

VC端：

输出级电源电压。

为输出级及其相关的偏置电路提供电源。

在该脚与电源地PWRGND之间应接一个低ESR/ESL电容器。

VIN端：

信号电压。

为芯片内部逻辑与模拟提供电源。

正常工作时应在该脚接入一稳固的12V电压。

为了确保工作正常，在VIN低于UVLO开启电压时，芯片不工作。

在该脚与GND之间连接一低ESR/ESL电容器。

注意：

当VIN超过UVLO开户电压时，注入该脚的电流由100uF跳到20mA以上。

若是UC3879不连接一旁路电容，它可能会当即进入UVLO状态。

因此，为了保证能靠得住地启动，应接一个足够大的旁路电容。

PWRGND端：

电源地。

在电源VC脚和PWRGND脚间接一旁路陶瓷电容。

可将PWRGND与GND连接于一点，以减少噪声干扰和减少直流压降。

CT端：

振荡频率设置端。

被选择好RT以确信最大占空比后，为了用下式确信电容CT以选择所需的开关频率：

CT=Dmax/.

在该脚与信号地之间接一高质量、低ESL和ESR的陶瓷电容。

为了保证较高的精度和减少寄生散布的阻碍，该电容值不能低于200uF，PWM操纵信号的频率最高可达到600kHZ。

式中f为所需的开关频率。

UVSEL端：

UVLO开户电平设置。

该脚与VIN相连可设置有之UVLO迟滞的10.75V开户电压；

若是将该脚开路，那么设置有6V这UVLO迟滞的

CLKSYNC端：

双向时钟和同步。

该脚作输出时，输出一时钟信号：

作输入时，为同步信号引入端。

当多片振荡频率不同的UC3879的CLKSYNC端相连时，它们将同步在其中的最高频率上。

RT端：

时钟信号/同步信号占空比设置脚。

UC3879振荡产生一个锯齿波。

锯齿波的上升边由连接在RT与GND之间的电阻和连接在CT与GND之间的电容来决定。

锯齿波的下降边由输出死区时刻表决定。

电阻RT选择由所需的最大占空比决定：

RT=2.5/10mA（1-Dmax）.RT可在2.5kΏ与100kΏ之间选，Dmax为输出最大占空比。

RAMP端：

锯齿波电压端。

是PWM比较器的输入脚。

若是是电压操纵模式，那么将它连接到CT脚；

若是是电流操纵模式，那么将它连接到CS端，同时将它连接到电流检测电路的输出端。

GND端：

信号地。

所有电压教师相关于GND测量的，按时电容CT参考电压Uref和输入信号电压Uin的滤波电容都应该直接接于GND。

输入欠电压电路

如图3-4所示，输入电压通过度压后送到比较器的反相端，比较器的同相端接给定电压。

输入欠压时，比较器输出高电平。

通过二极管接到UC3879的电流检测端CS，使UC3879的输出全数关断。

输出限流电路

为了避免输出电流超过额定电流，操纵电路中设置了输出限流电路，如上图所示，该电路采纳PI调剂器。

5V基准电压经电位器RV2分压后作为输出电流限制值给定。

输出电流由磁环组成的电流互感器T201检测。

输入过压电路

图3-6输入过压保护电路

同输入欠压一样，当发生输入过压时，比较器输出高电平。

经二极管接到同输入欠压电路一样，当发生过压时，比较器输出高电平，通过二极管接至CS端，关断所有输出。

总电路中，输入欠压、过压经与非门“或”后，再接到CS端，当任一故障发生时，都能够进行爱惜。

过零检测及续流触发电路

如图3-7所示，交流电压通过变压器变压，因交流信号有正向过零点和负向过零点，故运用一个正向比例器与反向比例器进行两零点与标准零点电压的比较，其输出信号通过光控隔离进行稳压和放大后，别离操纵续流装置中的MOSFET管操纵端。

为了避免Q一、Q2两个同时开通，咱们采纳了互锁，确实是说Q一、Q2管

Q一、Q2不能够同时导通，在正半波，开通Q2管续流；

在负半波，开通Q1管续流。

谐波分析

于是感性负载，又不能像直流斩波那样加续流回路，因此要给IGBT加开通和关断缓冲电路。

高频交流开关操纵采纳了EPWM直流等电位调

制技术。

为使波形半波奇对称和四分之一偶对称，以排除付里叶级数中的

余弦项和偶次谐波，使载波比

为三角波频率，

为市电工频；

调制

为脉冲宽度，

为三角波周

期、

为三角波幅值、

为输出电压的误差、三角波电压的方程式为：

输出电压误差

为采样电压，触发脉冲起点

和终点

的方程式为：

脉冲宽度

式中

，各触发脉冲的起点角和终点角的数值为：

由于PWM斩波波形是镜对称和原点对称，因此它的付里叶级数中将只包括正弦项中的奇次谐波，即：

为奇数

经计算，当

时（

当

时，

关于基波，

由以上式可知，N越大谐波频率越高。

采纳很小的LC滤波器就能够够滤掉

中的所有高次谐波。

第4章实验及仿真

四、实验内容

（1）操纵电路波形观看。

（2）交流调压性能测试。

五、试探题

（1）比较斩控式交流调压电路与相控交流调压电路的调压原理、特点及其功率因数？

（2）采纳何种方式可提高斩控式交流调压电路输出电压的稳固度？

（3）对斩控式交流调压电路的输出电压波形作谐波分析？

六、实验方式

由于主电路的电源必需与操纵信号维持同步，因此主电路的电源不需要外部接入。

可是为了能同时观看两路操纵信号之间的相位关系，主电路的开关K是串接在电源开关以后的。

在观看操纵信号时将开关打在断状态。

（1）操纵电路波形观看

①断开开关K，使主电路不得电，接通电源开关，用双踪示波器观看操纵电路的波形，并记录参数。

②测量操纵信号V1与V4、V2与V3之间的死区时刻。

（2）交流调压性能测试

①接入电阻负载（220V/25W的白炽灯），接通开关K，调剂PWM占空比调剂电位器，改变导通比α，（即改变Ur值）使负载电压由小增大，记录输出电压的波形，并测量输出电压。

ur（v）

UO（V）

②接入电阻、电感性负载，（即与白炽灯串接一个电感作为负载）重复上述实验步骤。

七、实验报告

在方格纸上画出操纵信号与不同负载下的输出电压波形并分析。

八、注意事项

双踪示波器有两个探头，可同时测量两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连，因此两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，不然这两点会通过示波器外壳发生电气短路。

为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘，只利用其中一路的地线，如此从全然上解决了那个问题。

当需要同时观看两个信号时，必需在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号，只有如此才能在示波器上同时观看到两个信号，而不发生意外。

第5章总结与体会

电力电子技术》是一门新兴技术,它是由电力学、电子学和操纵理论三个学科交叉而成的,是自动化、电气工程及其自动化专业的一门专业基础性较强且与生产紧密联系的课程,在培育本专业人材中占有重腹地位。

对咱们来讲,电力电子技术既是一门技术基础课程,也是有效性很强的。

那个学期要做《电力电子技术》课程设计。

可是《电力电子技术》这门课已经学完了一个学期了，此刻大体上已经忘记的差不多了。

因此不的再也不拿起丢掉的书本从头看了以篇。

在选课题的时候，我和曹小明同窗分在一组，关于有些不懂的问题，小明同窗都认真的给我讲解。

通过一番尽力以后，对一些大体知识可能的了解了一下。

以后就开始做课程设计。

一开始不明白该从何处下手，在教师的指点下，和在成绩好的同窗的帮忙下，慢慢的也开始动手做了起来。

第一是确信了主电路的设计和系统整体方案的确信。

在整个课程设计中，对有些原理明白得的仍是不够透彻，因此并非睬解设计的具体步骤和方式。

在通过量次的尝试和尽力以后，慢慢的也开始明白了一些道理。

比如斩控，确实是在电路中利用全控型器件，通过操纵器件开关的导通和关断来操纵输出电压的平均值。

我做的课题是斩控式单相交流调压电路设计。

因此那个概念是我课程设计的关键所在。

在整个设计进程中，碰到了很多的问题，可是最要紧的问题是电路参数的计算。

因为计算的公式都不明白在哪找，就算找到了也不明白怎么用，因为对公式的不睬解，因此最后的参数确信只完成了一部份。

固然这其中要紧的问题是自己的学习部够扎实，对讲义上和教师讲的东西明白得的不够透彻。

因此才造成了今天如此被动的局面。

通过这次的设计，我明白了，学习部仅仅只限于讲义的学习，同时也要学会不断拓展，通过实践把知识同讲义上的理论联系起来，如此才能更好的明白得所学的知识点。

通过这次课程设计，我不仅加深了我对《电力电子技术》这门课程的明白得，更重若是我体会出了学习的一些方式。

这在以后的工作和生活中都是有专门大帮忙的。

最后，在此要感激我的指导教师，谢谢他的细心教诲。

同时也感激那些帮忙我解决问题的同窗们。