【正文】 2020 年 5 月 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 系（部） 光電信息系 專業(yè) 光電信息工程 姓名 張鵬飛 學(xué)號 B09010424 （論文）題目： 光調(diào)制器設(shè)計 ： 在光電系統(tǒng)中，獲取的有效光強信息往往受到背景噪聲的影響，如何從背景噪聲中提取有用信號，一直是人們不斷研究的課題之一，目前，鎖相相關(guān)技術(shù)是提取有用信號的有效方法，此技術(shù)要 求對入射光信號進(jìn)行調(diào)制，本課題基于此提出，對光波信號進(jìn)行調(diào)制。 ～ 撰寫論文 ，并準(zhǔn)備畢業(yè)答辯 。 I 光調(diào)制器設(shè)計 摘要 在光電系統(tǒng)中，獲取的有效光強信息往往受到背景噪聲的影響，鎖相相關(guān)技術(shù)是提取有用信號的有效方法，此技術(shù)要求對入射光信號進(jìn)行調(diào)制 。深入了解各個模塊的工作原理和功能，使各部分正常運轉(zhuǎn)。 device type selection。 近一二十年來 ,光學(xué)和光電子學(xué)中的光調(diào)制器的研究和應(yīng)用迅速地發(fā)展。世界上有許多國家在從事光調(diào)制器的研究 ,其中 ,美國是起步最早、技術(shù)最先進(jìn)的國家 ,其研究機構(gòu)有空軍實驗室、波斯頓大學(xué)及其微機械公司、斯坦福大學(xué)、加州大學(xué) Berkeley 分校傳感器與執(zhí)行器中心、加州大學(xué)圣克魯斯分校、勞倫斯國家實驗室、朗訊 (Lucent)公司、 Iris AO 公司以及德州儀器 (TI)公司等。 論文的組織結(jié)構(gòu) 本論文的組織結(jié)構(gòu)如下 ： 第一章 ： 介紹關(guān)于光學(xué)斬波器的研究背景、研究意義以及開發(fā)者的主要工作。 第五章：對直流降壓斬波器的器件進(jìn)行選型 。 對光調(diào)制器進(jìn)行器件選型。 直流斬波器 (. Chopper)又稱為截波器，它是將電壓值固定的直流電，轉(zhuǎn)換為電壓值可變的直流電源裝置，是一種直流對直流的轉(zhuǎn)換器 (DC to DC Converter)已被被廣泛使用，如直流電機的速度控制和直流電機的驅(qū)動、直流調(diào)壓、直流電源的驅(qū)動和交換式電源供應(yīng)器 (SwitchingPowerSupply)等 [3]。 直流斬波器根據(jù)其輸入和輸出電壓的大小可以分為降壓式直流斬波器和升壓式直流斬波器的兩類。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 （論文） 4 直流 斬波電路包括三個部分電路模塊。 b. 控制電路模塊。 c. 驅(qū)動電路模塊?？刂齐娐纺K， ，它簡單可靠及使用方便靈 活 。若其輸出電壓較輸入之電源電壓低，則稱為降壓式 (Buck )直 流斬波器，若其輸出電壓較輸入之電源電壓高，則稱為升壓式 (Boost)直流斬波器； 本方案選擇的是直流降壓斬波器 圖 所示為直流斬波器基本電路圖，圖 所示為負(fù)載電壓波形， 圖 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 （論文） 5 圖 可看出當(dāng)直流斬波器導(dǎo)通 (Ton )時，負(fù)載端之電壓 Vo 等于電源電壓 Vs；當(dāng)直流斬波器截止 (Toff)時，負(fù)載端之電壓 Vo 為 0。而另一種方案是先把直流變交流降壓，再把交流變直流，這種方案把本該簡單的電路復(fù)雜化，不可取。 主電路電流電壓分析 直流降壓斬波主電路使用一個全控器件 IGBT 控制導(dǎo)通。 至一個周期 T 結(jié)束，再驅(qū)動 IGBT 導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過程。 控制電路模塊設(shè)計 控制電路需要實現(xiàn)的功能是產(chǎn)生控制信號，用于控制斬波電路中主功率器件的通斷，通過對占空比的調(diào)節(jié)達(dá)到控制輸出電壓大 小的目的。這種電路把直流電壓“斬”成一系列脈沖，改變脈沖的占空比來獲得所需的輸出電壓。 SG3525 原理及功能 控制電路是以 SG3525 為核心構(gòu)成 ,SG3525 為美國 Silicon General 公司生產(chǎn)的 ，它集成了 PWM 控制電路 ,采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案 ,內(nèi)部包含有精密基準(zhǔn)源 ,鋸齒波振蕩器 ,誤差放大器 ,比較器 ,分頻器和保護電路等 .調(diào)節(jié) Ur 的大小 ,在 11,14 兩端可輸出兩個幅度相等 ,頻率相等 ,相位相差 , 占空比可調(diào)的矩形波 (即 PWM 信號 ).然后，將脈沖信號送往芯片 HL402，對微信號進(jìn)行升壓處理，再把經(jīng)過處理的電平信號送往 IGBT，對其觸發(fā)，以滿足主電路的要求 [10]。 b. 振蕩器 3525A 的振蕩器，除 CT、 RT 端外，增加了放電 同步端 3。同步脈沖的 頻率應(yīng)比振蕩頻率 fs 要低一些。 3524 的誤差放大器、電流控制器和關(guān)閉控制三個信號共用一個反相輸入端， 3525A 改為增加一個反相輸入端，誤差放大器與關(guān)閉電路各自送至比較器的反相端。 e. PWM 鎖存器 比較器（脈沖寬度調(diào)制）輸出送到 PWM 鎖存器。只有在下一個時鐘周期才能重新置 位，有利于可靠性提高。電路結(jié)構(gòu)改為確保其輸出電平或者是高電平或者是低電平的一個電平狀態(tài)中。在重迭處有一個電流尖脈沖，其持續(xù)時間約 100ns。在芯片上的 基準(zhǔn)電壓調(diào)定在177。在 CT 和放電腳之間用單個電阻器連接即可對死區(qū)時間進(jìn)行大范圍的編程。輸出級是推挽式的可以提供超過 200mA 的源和漏電流。 當(dāng)驅(qū)動電路檢測到過流時發(fā)出 電流信號，由于電阻的作用將 10 腳的電位抬高，從而 1 14 腳輸出低電平，而當(dāng)其沒有過流時， 10 腳一直處于低電平，從而正常的輸出 PWM 波 [13]。因而還設(shè)計中還學(xué)要有帶電氣隔離的部分。 方案 1：采用驅(qū)動芯片式 驅(qū)動電路，該電路雙側(cè)都有源。 方案 2：采用變壓器耦合驅(qū)動器，其輸入輸出耐壓高，電路結(jié)構(gòu)簡單，延遲小。由于我所設(shè)計的過流保護電路是利用控制芯片 10 端來設(shè)計的，且直接用光耦電路比較 復(fù)雜 ，所以我 采用驅(qū)動芯片進(jìn)行方案設(shè)計 [15]。 圖 EXB841驅(qū)動電路圖 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工 程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 （論文） 13 直 流降壓斬波電路主要是通過調(diào)節(jié)控制電路中 SG3525 芯片 2 號腳外接的滑動 變阻器的阻值，使電壓發(fā)生變化，從而改變 PWM 的占空比，在將輸出波形輸入由 EXB841 組成的驅(qū)動電路傳遞給 IGBT，控制 IGBT 的關(guān)斷來實現(xiàn)輸出電壓 u。 14 和 15 兩腳間外加 PWM 控制信號，當(dāng)觸發(fā)脈沖信號施加于14 和 15 引腳時，在 GE 兩端產(chǎn)生約 16V 的 IGBT 開通電壓；當(dāng)觸發(fā)控制脈沖撤銷時，在 GE 兩端產(chǎn)生 IGBT 關(guān)斷電壓。 保護電 路設(shè)計 過壓保護要根據(jù)電路中過壓產(chǎn)生的不同部位，加入不同的保護電路，當(dāng)達(dá)到 — 定電壓值時，自動開通保護電路，所以可分為主電路器件保護和負(fù)載保護。與電容串聯(lián)的電阻能消耗掉部分過壓能量，同 時抑制電路中的電感與電容產(chǎn)生振蕩，過電壓保護電路如圖 所示。當(dāng)器件擊穿或短路、觸發(fā)電路或控制電路發(fā)生故障、出現(xiàn)過載、直流側(cè)短路、可逆?zhèn)鲃酉到y(tǒng)產(chǎn)生環(huán)流或逆變失敗，以及交流電源電壓過高或過低、缺相等，均可引起過流。 在斬波電路中對斬波器的保護，實際上就是對 IGBT 的保護。電子電路作為第一保護措施，快熔僅作為 短路時的部分區(qū)段的保護，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現(xiàn)保護，過電流繼電器整定在過載時動作。 電力電子器件在實際應(yīng)用中，一般是由控制電路，驅(qū)動電路，保護電路和以電力電子器件為核心的主電路組成一個系統(tǒng)。 直流降壓斬波電路整體電路圖如圖 所示 圖 直流降壓斬波電路整體電路圖 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工 程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 （論文） 17 控制電路是用來產(chǎn)生 降壓斬波電路 的控制信號，控制電路產(chǎn)生的控制信號傳到驅(qū)動電路，驅(qū)動電路把控制信號轉(zhuǎn)換為加在開關(guān)控制端，可以使其開通或關(guān)斷的信號。 當(dāng)工作的時候，電機帶動斬波片轉(zhuǎn)動，斬波片前端放著光源對著葉片部分，就會產(chǎn)生交替變化的光束。 為降低斬波輪運轉(zhuǎn)時 外載荷對運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的影響，結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)做到在盡量降低部件重量的前提下，使部件具有較大的轉(zhuǎn)動慣量。本方案中斬波片采用的材質(zhì)是半硬度的黃銅，并進(jìn)行化學(xué)發(fā)黑處理 [20]。斬波調(diào)速裝置中整流器、斬波器、逆變器均采用模塊結(jié)構(gòu)，而且斬波器和逆變器都采用 IGBT 元件。當(dāng) IGBT 關(guān)斷時，儲藏在電抗器中的能量使 IGBT 兩端的電壓升高并經(jīng)過二極管使電容器充電。 當(dāng)改變 IGBT 的關(guān)斷 時，轉(zhuǎn)子電流的平均值 將會發(fā)生改變 ，電動機的對應(yīng)轉(zhuǎn)速為 隨之改變 。用鎖相回路電動 機 速度控制的設(shè)計來精確保持?jǐn)夭ㄋ俾屎蛥⒖夹盘柕南辔?。底座上的槽?2 英寸的中心，可以安裝兩個 1/4 英寸 20 的螺絲。通過這次設(shè)計加深了我對這門課程的了解，也大大提高了我們的實踐能力。通過對電路圖的研究，也增強了我們的思考能力 。電光調(diào)制器微波損耗的限制〔 J〕 .光電子 .激光， 2020， 12(6):608 一 610. 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