(论文)电力电子 课程设计最新优秀毕业论文资料搜集呕血奉献

学院 课程设计用纸摘要本设计中主要利用PWM控制技术，将全控型器件作为开关器件，选着性价比较高的SG3525芯片产生脉冲，来对IGBT的通断进行控制，进而控制斩控式单相交流调压电路进行调压。总电路可划分为两大主模块：主电路设计和控制电路设计。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。控制电路是由芯片SG3525产生脉冲，来控制IGBT来实现斩波调压，它具有管脚数量少，外围电路简单且控制结果较精确，使用方便等特点，因而得到了广泛的应用。关键词: SG3525芯片，开关电源，PWM，IGBT目录第1章概述21.1电力电子技术的发展方向21.2开关电源发展趋势2第2章总体方案及基本原理32.1 基本原理32.2 总体方案设计4第3章主电路设计53.1主电路的总体设计53.2主电路参数计算和元器件的选择53.2.1开关管IGBT的选择53.2.2续流二极管的选择63.2.3具体参数计算7第4章控制电路设计84.1 SG3525的结构图和工作原理94.2 各引脚具体功能及特点104.3 SG3525的工作原理12第5章波形分析及结论135.1 波形分析-14 5.2 结论-14第6章总结与体会15第7章 附录16附录A 总体电路图16附录B 参考文献1717第1章 概述1.1 电力电子技术的发展方向电力电子技术是20世纪中叶后半叶诞生和发展的一门崭新的技术。有人预言，电力电子技术和运动控制一起，将和计算机技术共同成为未来科学技术的两大支柱。电力电子技术的应用范围十分广泛。它不仅用于一般工业，也广泛用于交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统，在照明、空调等家用电器及其他领域有着广泛的应用。这已成为一个重要的发展趋势，值得引起人们的注意。电力电子技术对节省电能有重要意义，特别在大型风机、水泵采用变频调速，在使用量十分庞大的照明电源等方面，电力电子技术的节能效果十分显著，因此它也被称为节能技术。1.2 开关电源发展趋势开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。 开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。第2章 总体方案及基本原理2.1 基本原理斩控式交流调压电路的输入是正弦交流电路，采用全控型器件作为开关器件。如图3-1所示，在交流电源U1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U1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。假设斩波器V1或V2的导通时间为ton，开关周期为T，则导通比为a=ton/T，可以通过对a的调节来调节输出电压U0。交流斩波调压的原理波形图如下图2-1所示，其中U1、380V表示交流电，其有效值为220V。图2-1 交流斩波调压的原理波形图2.2 总体方案设计本设计中，输入单相（AC）220V电压（50HZ），最大输出电流为20A ，功率因数：。而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。在本实验中，功率因数有可能接近1。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控制IGBT管的通断，从而调节占空比的大小，进而来调节输出电压的大小。总电路可划分为两大主模块：主电路设计、控制电路设计。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。总体方案设计图如下图2-2所示。图2-2 总体方案设计第3章 主电路设计3.1 主电路的总体设计 主电路只包括斩控式电路，其设计如图一所示主电路采用IGBT及二极管为开关器件，IGBT为全控性器件。如图3-1所示。图3-1 斩控式交流调压电路主电路3.2 主电路参数计算和元器件的选择3.2.1 开关管IGBT的选择开关管IGBT的耐压值，当开关管截止时，续流二极管导通，稳压电源的全部输入电压都加在开关管的集射极间，因此，开关管的耐压值VCBO必须大于前级整流电路的输出电压Uwi，考虑到其他因素的影响，开关管集射极间电压U按下式选取： 当开关管导通时，负载电流及电容充电电流都通过开关管，因此开关管的集电极电流必须大于负载电流，开关管的最大集电极IB可由下式求得：式中I0为负载的电流，为整流输出电压，为开关管的截止时间。3.2.2 续流二极管的选择当开关管截止时，续流二极管导通，滤波电感内存储的能量通过续流二极管传输到负载由此可知，续流二极管的正向额定电流必须大于开关管的最大集电极电流当开关管饱和时，集电极间的电压可以忽略不记，续流二极管的耐压值必须大于前级整流电路的输出电压Uwi。本系统续流管仍然选用的是IGBT。 电感可以由下式求得： 式中为输出电压，是输入电压，为电感续流的临界负荷电流。输出电容可以按照经验值取1000F/A。3.2.3 具体参数计算假设给定参数为U1=220V,Id=20A，则计算具体参数如下： U0的计算若导通角为0，则计算方式如下：若导通角为30，则V电阻为21.7功率因素0.9855 二极管VD1VD2参数计算二极管承受反向最大电压V，考虑2倍裕量，则 =2*311=622V 取630V。 =0.5*Id=10A，考虑2倍裕量，因此取Id=20A。 二极管VD3VD4参数计算 其电压与上述一样。有效电流为0，因为VD3、VD4属于续流部分，此部分输出电压为0，固电流也为0。 IGBT的选择因为U1=220V，取3倍裕量，选耐压为660V以上的IGBT。由于IGBT是以最大标注且稳定电流与峰值电流间大致为四倍关系，故应选用大于4倍额定负载电流的IGBT为宜，因此选用80A,额定电压660V左右的IGBT。 续流管的选择 因为续流管也是IGBT，故可以同上。第4章 控制电路设计 本次课程设计控制电路是由芯片SG3525产生脉冲，来控制MOSFET来实现斩波调压，它具有管脚数量少，外围电路简单等特点，因而得到了广泛的应用。控制电路如图4-1所示。图4-1 斩控式交流调压控制电路图4.1 SG3525的结构图和工作原理 SG3525是电流控制型PWM控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环和电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器。 SG3525是定频PWM电路，采用16引脚标准DIP封装。其各引脚功能如图4-2所示，内部框图如图4-3所示。脚8为软起动端。图4-2 SG3525 引脚排列图图4-3 SG3525 内部框图4.2 各引脚具体功能及特点引脚功能如下：l Inv.input(引脚1)：误差放大器反向输入端。在闭环系统中，该引脚接反馈信号。在开环系统中，该端与补偿信号输入端（引脚9）相连，可构成跟随器。l Noninv.input(引脚2)：误差放大器同向输入端。在闭环系统和开环系统中，该端接给定信号。根据需要，在该端与补偿信号输入端（引脚9）之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型的调节器。l Sync(引脚3)：振荡器外接同步信号输入端。该端接外部同步脉冲信号可实现与外电路同步。 l OSC.Output(引脚4)：振荡器输出端。l CT(引脚5)：振荡器定时电容接入端。l RT（引脚6）：振荡器定时电阻接入端。l Discharge(引脚7)：振荡器放电端。该端与引脚5之间外接一只放电电阻，构成放电回路。 l Soft-Start(引脚8)：软启动电容接入端。该端通常接一只5的软启动电容。l Compensation(引脚9)：PWM比较器补偿信号输入端。在该端与引脚2之间接入不同 类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型调节器。l Shutdown(引脚10)：外部关断信号输入端。该端接高电平时控制器输出被禁止。该端可与保护电路相连，以实现故障保护。l Output A（引脚11）：输出端A。引脚11和引脚14是两路互补输出端。l Ground(引脚12)：信号地。l Vc(引脚13)：输出级偏置电压接入端。l Output B（引脚14）：输出端B。引脚14和引脚11是两路互补输出端。 l Vcc（引脚15）：偏置电源接入端。l Vref(引脚16)：基准电源输出端。该端可输出一温度稳定性极好的基准电压。 特点如下：（1）工作电压范围宽：835V。（2）5.1（1 1.0%）V微调基准电源。（3）振荡器工作频率范围宽：100Hz400KHz.（4）具有振荡器外部同步功能。（5）死区时间可调。（6）内置软启动电路。（7）具有输入欠电压锁定功能。（8）具有PWM琐存功能，禁止多脉冲。（9）逐个脉冲关断。（10）双路输出（灌电流/拉电流）： mA(峰值)。4.3 SG3525的工作原理 SG3525内置了5.1V精密基准电源，微调至 1.0%，在误差放大器共模输入电压范围内，无须外接分压电组。SG3525还增加了同步功能，可以工作在主从模式，也可以与外部系统时钟信号同步，为设计提供了极大的灵活性。在CT引脚和Discharge引脚之间加入一个电阻就可以实现对死区时间的调节功能。由于SG3525内部集成了软启动电路，因此只需要一个外接定时电容。SG3525的软启动接入端（引脚8）上通常接一个5 的软启动电容。通电过程中，由于电容两端的电压不能突变，因此与软启动电容接入端相连的PWM比较器反向输入端处于低电平，PWM比较器输出高电平。当Shutdown（引脚10）上的信号为高电平时，PWM锁存器将立即动作，禁止SG3525的输出，同时，软启动电容将开始放电。如果该高电平持续，软启动电容将充分放电，直到关断信号结束，才重新进入软启动过程。注意，Shutdown引脚不能悬空，应通过接地电阻可靠接地，以防止外部干扰信号耦合而影响主控芯片SG3525的正常工作。欠电压锁定功能同样作用于输出级和软启动电路。如果输入电压过低，在SG3525的输出被关断同时，软启动电容将开始放电。此外，SG3525还具有以下功能，即无论因为什么原因造成PWM脉冲中止，输出都将被中止，直到下一个时钟信号到来，PWM锁存器才被复位。第5章 波形分析及结论输出交流电压大小的调节是通过调节可变电阻RP来完成的。调节RP即可改变调制信号的电压Ur的大小来改变占空比的大小，当Ur增大时,由SG3525的13脚输出的PWM波的占空比减小,但经过或非门D1或D2之后在c点或d点的PWM波的占空比相应的增大。(经过隔离及驱动电路后e点和c点的波形一致,g点和d点的波形一致)。则交流电压的负半周或正半周经过VT1或VT2导通的部分也就相应的增大,负载RL上的电压也就增大了。从而控制开关器件IGBT的开通时间来实现斩控式交流调压的。PWM波形产生及输出电压波形如图5-1所示。图5-1 PWM波形产生及输出电压波形5.1 波形分析从图5-1的输出电压波形可以看出、 输出的交流电压波形为一系列有缺口的正弦波， 这会引起高次谐波。但只要在前接人电感电容滤波回路， 则在负载上便可获得比较理想的正弦波， 如图所示为输出端带有滤波环节时的负载端电压波形。另外，由于的相位与交流电压的相位保持一致， 所以此交流调压的功率因素可以达到 1 。5.2 结论可以看出， 采用由S G 3 5 2 5 控制的单相交流调压电路具有下列优点：( a ) 谐波幅值小， 且最低次谐波频率高， 故可采用小容量滤波元件.。( b ) 功率因数高，经滤波后， 功率因数接近于1。( c ) 对其他用电设备的干扰小。因此， 此种调压方式可用于马达调速， 调温， 调光等设备。第6章 总结与体会课程的设计是一个艰难的过程，首先对电力电子，运控，电拖，这些都不是我的强项，而且理论知识掌握的又不是太精通，所以课题一发下来，我就感觉到了前所未有的难度。其次，因为我所用的SG3525芯片是以前没接触过的，甚至没听说过，更别提它的引脚、功能等。经过查资料、上网，才找到一些与SG3525相关的资料，才基本认识了它的引脚排列、基本功能等。在这次课程设计中，最主要的障碍就是，先前做的课程设计主要都是要与实践环节紧密挂勾的，所以做起来有很大的积极性和趣味性，俗话说“兴趣是最好的老师！” 而与之不同的这一次的课程设计主要依靠查资料和对知识的总结。所以做起来往往会缺乏动力。还好在这个过程中，在一天天过去的时间里，我克服了这些缺点。也许万事总是开头难，在我了解清楚所要做的东西，及其所需元器件的功能作用之后，我感觉到了黑暗中的一点光明。而且，在这个过程中所学的知识很好的联系起来，在设计前打下了一个很好的基础。虽然时间不长，只有短短的一周，但却让我受益非浅。让我学到了许多除技能以外的道理，改变了许多关于人生的看法，做人的原则。但很多问题的解决或小失误就在一念之间。我们在思考分析时候