电子技术课程设计斩控式单相交流调压电路设计Word格式文档下载.docx

电子技术课程设计斩控式单相交流调压电路设计Word格式文档下载.docx

《电子技术课程设计斩控式单相交流调压电路设计Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子技术课程设计斩控式单相交流调压电路设计Word格式文档下载.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

在电力系统中，这种电路还常用于对无功功率的连续调节。

此外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常用交流高压电路调节变压器一次电压。

因此交流调压电路广泛存在于农村、轻工业、家用电器等小功率传动领域以及电力机车供电系统。

1.2关于单相调压器

对于单相交流电源，调压和稳压是最为普遍的要求。

目前能够实现这一要求的调压器有下面三种：

磁饱和式调压器该调压器通过控制主电路中电感的饱和程度，以改变电抗值以及其上的电压，实现对输出电压的调节。

这种调压器具有一定的动态性能，但输出电压的调节范围小，体积和重量较大。

机械式调压器机械式调压器由电动机带动碳刷实现输出电压的调节。

这种调压器输出波形较好，但体积、重量大，动态性能差。

电子式调压器这种调压器采用电力电子器件实现。

目前有晶闸管调压器和逆变式调压器两种。

晶闸管调压器采用的是相控方式，因此其输出波形差；

逆变式调压器采用的是斩波控制方式，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，而且还可以实现频率的变换。

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，不过，变换效率低是它的不足。

与自耦变压器调压方法相比，交流调压电路控制方便，调节速度快，装置的重量轻、体积小，有色金属消耗也少。

1.3关于本课题

随着现代电力电子技术的发展，单相电源变换技术也有了很大的进步，先后出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，该电路只使用两个双向开关管，可以实现输出电压连续可调及获得高正弦度的输入电流波形。

采用单相—单相矩阵式电力变换。

通过一组开关函数可以将输入的工频交流电压转换成幅值和频率均可调的单向交流电压。

与自耦变压器调压方法相比，交流调压电路控制方便，调节速度快，装置的重量轻、体积小，有色金属消耗也少。

本文提出采用ICBT的斩波式交流调压器。

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

用于交流电压的调节和控制，有更好的性能和应用前景。

2.1基本工作原理

斩控式交流调压主电路原理如图2-1所示。

图2-1斩控式交流调压主电路原理图

一般采用全控型器件作为开关器件，其基本原理和直流斩波电路类似，只是直流斩波电路的输入是直流电压，而斩控式交流调压电路输入的是正弦交流电压。

在交流电源ui的正半周，用V1进行斩波控制，用V3给负载电流提供续流通道；

在ui的负半周，用V2进行斩波控制，用V4给负载电流提供续流通道。

设斩波器件V1、V2的导通时间为ton，开关周期为T，则导通比为α=ton/T，和直流斩波电路一样，通过对α的调节可以调节输出电压U0。

在本设计中要求：

输入电压：

单相（AC）220（1+15%），输出电压0~150V（AC），最大输出电流：

5A，功率因数：

≥0.7

斩波器可调节输出电压的大小，同时斩控方式实现交流调压，功率因数高，谐波小，输出波形好。

斩控式单相交流调压电路中，用占空比控制低压侧的电压.其中用控制电路来实现IGBT管的通断，调节PWM波的输出来改变控制角ɑ，从而调节占空比的大小，进而用来调节输出电压的大小。

初步设想将总电路分为三个部分：

主电路、控制电路、保护电路。

其中主电路为斩控式电路，斩波电路采用IGBT进行控制的脉宽调制方式的斩控方式。

控制电路采用SG3525芯片来对IGBT的通断进行控制。

保护电路包括主电路中的过电压和过电流保护、IGBT的保护。

总电路框图如图2.2所示。

图2.2总电路框图

第3章主电路的总体设计

3.1设计总体思路

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，可以改变电压、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控制，在交流电力控制中称为交流调压。

把两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可以控制交流电力。

这种电路不改变交流电的频率，称为交流电力控制电路。

在每半个周波内通过对晶闸管开通相位控制，可以方便地调节输出电压的有效值，这种电路称为交流调压电路。

斩控式交流调压就是通过改变对晶闸管的导通的控制，可以是保持开关周期T不变，调节开关导通时间Ton,这种方式称为脉冲宽度调制（PWM调制），也可以是开关导通时间Ton不变，改变开关周期T，称为频率调制，还有一种混合型，就是Ton，和T都可调。

实验室提供的是PWM调制，通过调节开关导通的时间，即调节占空比，就可以对输出电压的平均值进行调节。

3.2主电路的设计（protel环境）

在考虑到减少电路误差的情况下，我们采用了如图3-所示的主电路，主回路由Ql—Q3三个VMOSFET管和D1—D3三个二极管组成的全控整流电路实现对交流输入电压的斩波调压。

当交流输入电压在正半周时，电流流经VD1、Q3、VD3；

当交流输入处于负半周时，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节输出电压的大小。

由于Q3处于开关状态，且VMOSFET管具有很小的关断时间，只要适当选择较低的饱和压降，Q3的功耗可以做得很小，

3-1主电路图

-所以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，在电压处于正半周时，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。

为防止Q1、Q2、Q3同时导通而引起较大的短路电流，对加在Q1和Q2上的触发信号有一定要求，这在过零触发电路中讨论。

图中L1、C1为电源滤波网，以吸收瞬态过程中的过电压，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，所以L2和C2只需很小值即可。

其中每个VMOSFET管都有保护装置如图所示。

其中Q3的PWM波控制由PWM波发生器通过对给定的调整产生，输出占空比一定的PWM波。

3.3主电路的保护电路设计

为使主电路长期稳定、安全可靠地工作，必须设计各种类型的保护电

图3.2主电路保护设计

路，避免因电路出现故障、使用不当或条件发生变化而损坏电路上的零器件。

主电路的保护分为两大类：

第一类是芯片内部的保护电路。

上面的主电路图设计中，在开关器件Q3的触发控制电路中将提供过流保在后面的控制电路中将会涉及到。

第二类是外部保护电路，主要包括过流保护装置（如保险管、自恢复保险丝、熔断电阻器等）、启动限流保护电路、漏极钳位保护电路（或R、C、VD型吸收电路）、输入欠压保护电路、输入过压保护电路。

本次外部电路过压保护的设计采用接触器的方式，具体电路如3.2图所示。

在主电路上有一个线圈KM的常闭触点，在电路的输出端用一变压器进行降压然后再用整流桥进行整流使之变成直流电，输出电压与比较器上设定的正5伏电压相比较，如果电路出现了过电压的现象，输出电压就会高于设定值，比较器就会输出电压，使三极管导通，这样就会使线圈KM的保护电路接通，线圈就会被通电，KM在主电路的常闭触点就会断开，从而达到保护主电路的作用。

3.4主电路元件的选型

开关管选用VMOSFET。

它是继MOSFET之后新发展起来的高效、功率开关器件。

它不仅继承了MOS场效应管输入阻抗高（≥108W）、驱动电流小（左右0.1μA左右），还具有耐压高（最高可耐压1200V）、工作电流大（1.5A～100A）、输出功率高（1～250W）、跨导的线性好、开关速度快等优良特性

因为功率因数指电压与电流的相位之间的关系，则由波形可以看出，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，二极管采用快速恢复二极管，C1取0.47uF,其余的选用0.01uF,电感,电阻未定。

第4章控制及驱动电路设计

4.1驱动电路设计

采用自关断器件的单相交流调压电路和采用传统的可控硅组成的调压电路相比，具有功率因数高、电网污染少、波形畸变小等优点。

其原理图如图4-1。

接Q3

图4-1

10号管脚接电流取样端。

第5章保护电路及设计

5.1过零检测及续流触发电路

当负载为阻感负载时，电路必须有续流环节，续流环节由Q1和Q2两个MOSFET来控制，当电压处于正半周时通过Q2,在负半周时通过Q1,但

图5.1过零检测及续流触发电路

Q1与Q2之间如何进行转变这必须有一个正确的判断，这就需要过零检测电路。

如下图所示，交流电压经过变压器变压，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，其输出信号经过光控隔离进行稳压和放大后，分别控制续流装置中的Q1和Q2两个VMOSFET管控制端。

为了防止Q1、Q2两个同时开通，我们采用了互锁，就是说Q1、Q2管不可以同时导通，在正半波，开通Q2管续流；

在负半波，开通Q1管续流。

5.2控制电路的保护设计

为了防止电路的过电压，在控制电路中，我设计了一保护电路如5-

2所示。

在电路的输出端用一变压器进行降压，然后再用整流桥使之变图5-2

直流电，输出电压与比较器上设定+5V电压相比较。

第6章主控制芯片的详细说明

6.1主控制芯片的选择及介绍

6.1.1芯片的选择

本次课程设计由芯片SG3525产生脉冲，来控制MOSFET来实现斩波调压，它具