【正文】 擇 : IGBT 額定電流的選擇要考慮實(shí)際電路中的最大額定電流，負(fù)載類(lèi)型，允許過(guò)載的程度等因素。緩沖電路又稱(chēng)吸收電路，主要用于抑制電力電子器件的內(nèi)因過(guò)電 18 壓、 dv/di和 dildt，減小器件的開(kāi)關(guān)損耗。所以在實(shí)際應(yīng)用中， Rs阻值取得較小，這樣既可有較好的吸收效果，同時(shí)對(duì)開(kāi)通時(shí)的電流尖峰又有抑制作用。使得 IGBT關(guān)斷時(shí)的電流、電壓的運(yùn)行軌跡靠近電流、電壓坐標(biāo)軸，提高了 IGBT關(guān)斷時(shí)的安全性。 2 )緩沖電阻 Rs 要求 IGBT關(guān)斷信號(hào)到來(lái)之前，將緩沖電容所積蓄的電荷放完。它是可控硅觸發(fā)電路常用的元件之一。每 個(gè)二極管承受正反向電壓都為輸入電壓 ]OOV，流過(guò)的電流最大為負(fù)載電流 200V , 300OA的超快恢復(fù)二極管 . 21 第 4章 控制電路的設(shè)計(jì) 主電路的設(shè)計(jì)是否合理，元器件選型是否合適是電源性能的基本保證，也是控制電源成本的主要方面。 當(dāng)今單片機(jī)廠商琳瑯滿(mǎn)目，產(chǎn)品性能各異。一般來(lái)說(shuō)，控制關(guān)系較簡(jiǎn)單的小家電，可以采用 RISC 型單片機(jī)；控制關(guān)系較復(fù)雜的場(chǎng)合，如通訊產(chǎn)品、工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)采用 CISC 單片機(jī)。就實(shí)際而言，不同的應(yīng)用對(duì)單片機(jī)功能和資源的需求也是不同的。 3) 產(chǎn)品上市零等待（ Zero time to market）。 PIC 以保密熔絲來(lái)保護(hù)代碼，用戶(hù)在燒入代碼后熔斷熔絲，別人再也無(wú)法讀出，除非恢復(fù)熔絲。現(xiàn)今的 PIC 單片機(jī)已經(jīng)是世界上最有影響力的嵌入式微控制器之一。 PIC 中級(jí)系列產(chǎn)品適用于各種高、中和低檔的電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中。這種結(jié)構(gòu)與一般采用 CISC(復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī) )的單片機(jī)在結(jié)構(gòu)上是有不同的。 在這里 PIC 系列單片機(jī)采用了一種雙總線結(jié)構(gòu)，即所謂哈佛結(jié)構(gòu)。因此 PIC 系列單片機(jī)的指令與 CISC 結(jié)構(gòu)的單片機(jī)指令相比，前者的指令總數(shù)要少得多 (即 RISC 指令集 )。 此外， PIC 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)還體現(xiàn)在寄存器組上，如寄存器 I/O 口、定時(shí)器和程序寄存器等都是采用了 RAM 結(jié)構(gòu)形式，而且都只需要一個(gè)周期就可以完成訪問(wèn)和操作。由于 CPU 的運(yùn)行速度非常高，而各個(gè)外圍設(shè)備模塊的工作速度卻非常低，況且這些外圍設(shè)備模塊也不是頻繁地要求 CPU 對(duì)其服務(wù)。其中，多數(shù)外圍設(shè)備模塊對(duì)應(yīng)著 1個(gè)中斷源（比如定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 TMR0 模塊），有的外圍設(shè)備模塊對(duì)應(yīng)著2個(gè)中斷源（比如通用同步 /接 收 /發(fā)送器 SCI 模塊），也有的外圍設(shè)備模塊沒(méi)有中斷源與之對(duì)應(yīng)（比如輸入 /輸出端口 RA和 RC 模塊），還有的中斷源沒(méi)有外圍設(shè)備模塊與之對(duì)應(yīng)（比如外部觸發(fā)中斷源 INT）。該觸發(fā)器的置位和清零均是由用戶(hù)程序完成的。第 1 梯隊(duì)的中斷源不僅受全局中斷屏蔽位的控制，還要受各自中斷屏蔽位的控制；第 2 梯隊(duì)的中斷源不僅受到全局中斷屏蔽位和各自中斷屏蔽位的控制，還要額外受到 1 個(gè)外設(shè)中斷屏蔽位 PEIE 的控制。每一個(gè)中斷標(biāo)志位都對(duì)應(yīng)著 1個(gè)觸發(fā)器。其不足之處是：中斷矢量只有 1個(gè)，并且各個(gè)中斷源之間也沒(méi)有優(yōu)先級(jí)別之分，不具備非屏蔽中斷。在最近推出的該系列的新型號(hào)中， PIC16F870 單片機(jī)的芯片內(nèi)部集成了 10 個(gè)外圍設(shè)備模塊； PIC16F871 單片機(jī)的芯片內(nèi)部集成了 13 個(gè)外圍設(shè)備模塊； PIC16F872 單片機(jī)的芯片內(nèi)部也集成了 10 個(gè)外圍設(shè)備模塊（比 PIC16F870 多了 1個(gè) USART 模塊，少了 1個(gè) SSP 模塊）。 在大多數(shù)微控制器中，取指令和指令執(zhí)行都是順序進(jìn)行的，但在 PIC 單片機(jī)指令流水線結(jié)構(gòu)中，取指令和執(zhí)行指令在時(shí)間上是相互重疊的，所以 PIC 系列單片機(jī)才可能實(shí)現(xiàn)單周期指令。 指令總線為什么不用八位，而要增加位數(shù)呢 ?這是因?yàn)橹噶畹奈粩?shù)多，則每條指令包含的信息量就大，這種指令的功能就強(qiáng)。這種結(jié)構(gòu) 24 通常稱(chēng)為馮178。 PIC 8 位單片機(jī)具有指令少、執(zhí)行速度快等優(yōu)點(diǎn)，其 主要原因是 PIC 系列單片機(jī)在結(jié)構(gòu)上與其它單片機(jī)不同。外部結(jié)構(gòu)也是多種的，從 8 引腳到 68 引腳的各種封裝，如 PIC12C6XX。現(xiàn)在 PIC 系列單片機(jī)在世界單片 機(jī)市場(chǎng)的份額排名中已逐年升位，尤其在 8 位單片機(jī)市場(chǎng)，據(jù)稱(chēng)已從 1990 年的第 20 位上升到目前的第二位。 5) 其引腳具有防瞬態(tài)能力 ,通過(guò)限流電阻可以接至 220V 交流電源 ,可直接與繼電器控制電路相連 ,無(wú)須光電耦合器隔離，給應(yīng)用帶來(lái)極大方便。 2) 精簡(jiǎn)指令使其執(zhí)行效率大為提高。值得一提的是，以往OTP 型單片機(jī)的價(jià)格是 QTP 的 3 倍，而現(xiàn)在已降至 － 倍，選用 OTP 型以免訂貨周期、批量的麻煩是可取的。同時(shí)，這種單片機(jī)指令多為單字節(jié)，程序存儲(chǔ)器的空間利用率大大提高，有利于實(shí)現(xiàn)超小型化。這說(shuō)明單片機(jī)應(yīng)用在我國(guó)才剛剛起步，有著廣闊的前景。 脈沖變壓器的參數(shù)： 脈沖變壓器的初級(jí)供電壓： 1U =100V。其額定正向平均電流 為 30A，反向重復(fù)峰值電壓為 1000V，反向恢復(fù)時(shí)間 100μ s。 在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)采用整體緩沖電路，通常以每 100A輸出級(jí)電流大約 取 1μ F的方法確定電路的電容量。在 IGBT導(dǎo)通 時(shí)，電容通過(guò)放電使充入電容的能量全部消耗在放電回路中，主要消耗在電阻上，而且 這種功損耗正比于 IGBT的開(kāi)關(guān)頻率。 (1) RC吸收電路 IGBT的 RC緩沖電路如圖 3_5a中吸收電容 CS與電阻 Rs串聯(lián)后并聯(lián)于 IGBT的集電極和發(fā)射極兩端構(gòu)成了 RC吸收電路。抑制 IGBT集 .發(fā)射極電壓的電壓尖峰的方法有兩種 :一種是增大柵極電阻 RG，另一種是采用緩沖電路。近年來(lái)，在開(kāi)關(guān)電源、電機(jī)控制 以及其它要求開(kāi)關(guān)頻率高、損耗低的中小容量變流設(shè)備中， IGBT 有取代功率 MOSFET 和 GTR 的趨勢(shì)，成為應(yīng)用最廣泛的功率開(kāi)關(guān)器件之一。 混合型功率開(kāi)關(guān)器件是由單極型和雙極型功率開(kāi)關(guān)器件集成混合制造，利用耐壓高、電流密度大、導(dǎo)通壓降低的雙極型器件作為輸出級(jí)，同時(shí)利用輸入阻抗高、響應(yīng)速度快的單極型 MOs 器件作為輸入級(jí)，兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)。但其關(guān)斷增益小，門(mén)極反向關(guān)斷電流較大，需設(shè)置專(zhuān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)電路，開(kāi)關(guān)頻率一般為 1~2k Hz,多應(yīng)用在 200KVA 以上的大容量變流設(shè)備中。 圖 35 逆變電路設(shè)計(jì) 功率開(kāi)關(guān)器件的選擇 工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)的功率半導(dǎo)體器件是現(xiàn)代電力電子技術(shù)的核心，晶閘管這 種半控型功率開(kāi)關(guān)元件的問(wèn)世標(biāo)志著現(xiàn)代電力電子技術(shù)時(shí)代的開(kāi)始。 與整流相對(duì)應(yīng)，把直流電變成交流電成為逆變。現(xiàn)在的驅(qū)動(dòng)厚膜往往也集成了很多保護(hù)電路，檢測(cè)電路。驅(qū)動(dòng) IGBT 模塊主要采用的是 TLP250， TLP251 兩個(gè)型號(hào)的驅(qū)動(dòng)光耦。(3)厚膜驅(qū)動(dòng)電路 。值應(yīng) dL 該滿(mǎn)足 : 22dddd IUCL ? （ k1） 2 其中 k 為升壓系數(shù)，一般取 。本設(shè)計(jì)采用與元件串聯(lián)的快速熔斷器作過(guò) 載與短路保護(hù)。為降低電阻的溫度電阻功率應(yīng)選電阻上可消耗功率值的 2倍左右。 11 當(dāng)加電壓時(shí)，引起了電子雪崩，粒界層迅速變成低阻抗，電流迅速增加，泄漏了能量，抑制了過(guò)電壓，從而使晶閘管得 到保護(hù)。 常見(jiàn)的晶閘管過(guò)電壓有交流 側(cè)過(guò)電壓和直流側(cè)過(guò)電壓，對(duì)這些過(guò)電壓的主要處理措施如圖 33： FTCRC1RC2RVRC3RC4 RCDD 圖 33 晶閘關(guān)保護(hù)措施 F— 壁雷器 D— 變壓器靜電屏蔽層 C— 靜電感應(yīng)過(guò)電壓抑制電容 RC1— 閥側(cè)浪涌過(guò)電壓抑制用 RC 電路 RC2— 閥側(cè)浪涌過(guò)電壓抑制用反相阻斷式 RC 電路 RV— 壓敏電阻過(guò)電壓抑制器 RC3— 閥器件換相過(guò)電壓抑制用 RC 電路 RC4— 直流側(cè) RC 抑制電路 RCD— 閥期間開(kāi)關(guān)斷過(guò)電壓抑制用 RC 電路 阻容吸收回路 通常過(guò)電壓均具有較高的頻率，因此 常用電容作為吸收元件，為防止振蕩，常加阻尼電阻，構(gòu)成阻容吸收回路。 2）直流側(cè)產(chǎn)生的過(guò)電壓 如切斷回路的電感較大或者切斷時(shí)的電流值較大，都會(huì)產(chǎn)生比較大的過(guò)電壓。 晶閘管的保護(hù) 晶閘管在使用中，因電路中電感的存在而導(dǎo)致?lián)Q相過(guò)程產(chǎn)生 Ldi/dt，或系統(tǒng)自身出現(xiàn)短路、過(guò)載等故障 .所以要做好晶閘管的過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)。α90176。當(dāng) α =90176。時(shí)，電流連續(xù)時(shí)輸出電壓平均值 Ud 與輸入電壓有效值 U2 的關(guān)系為： Ud = ?26 2323 6 s in ( )U td t? ?? ? ?????= ?63 U2 cos? = U2 cos? 通過(guò)晶閘管的電流 IT 與負(fù)載平 均電流 Id 的關(guān)系為： 6 IT =31Id 三相全橋整流電路輸入電流有效值 I2 與負(fù)載平均電流 Id 的關(guān)系為： I2 2 =?21 ? 322 ??dI+? ?322 ??? dI ? ? I2 =dI32= 當(dāng) 60176。從圖中可以看出，當(dāng) 0176。 由圖 3. 1 電路可以看出，在任意時(shí)刻電路必須有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，其中一個(gè) 5 屬于共陰極組，另一個(gè)屬于共陽(yáng)極組，每個(gè)晶閘管的最大導(dǎo)通角為 120176。 4 第 3章 主電路的設(shè)計(jì) 3． 1 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) 主電路包含整流，濾波，逆變電路主要任務(wù)是輸出符合要求的脈沖電流波形。使用直流脈沖電源所生成的鈍化膜其厚度相對(duì)稍薄，但鈍化膜組織致密，均勻性好，經(jīng)過(guò)比較，直流脈沖 電源應(yīng)用于 ELID 較為合適，理由如下： 1）直流脈沖電源在脈沖低電平期間產(chǎn)生小的電流，這樣就可以把高電平期間所形成的氧化膜保持住，而普通直流電源由于電流的連續(xù)性，使得電解形成的氧化膜連續(xù)脫落，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。計(jì)算機(jī)硬盤(pán)的存儲(chǔ)容量在很大程度上取決于磁頭和存儲(chǔ)介質(zhì)之間的距離（ 即所謂“飛行高度”， Flying Height） , 距離越近，貯存容量越大，為實(shí)現(xiàn) m 距離，要求加工出極其平坦、光滑的磁盤(pán)基片及涂層，實(shí)現(xiàn)高精度磁盤(pán)基片及涂層加工的技術(shù)是超精密加工技術(shù)。 Frequency conversion power source。 I 摘 要 做為現(xiàn)代制造技術(shù)的一個(gè)重要組成部分和發(fā)展方向，精密、超精密加工技術(shù)已成為衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志，而 ELID 技術(shù)（在線電解修整技術(shù)）被世界著名權(quán)威機(jī)構(gòu) CIRP 評(píng)價(jià)為 21 世紀(jì)超精密鏡面磨削技術(shù)的典型代表。 IGBT。集成電路在大批量生產(chǎn)中采用納米工藝， 提高了集成度，更重要的是集成電路性能指標(biāo)提高了，產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力增強(qiáng)，市場(chǎng)占有率擴(kuò)大，提升了企業(yè)效益和品牌形象。 本設(shè)計(jì)完成脈沖電源的設(shè)計(jì)，其性能指標(biāo)如下： （ 1）輸入?yún)?shù) 電壓： 3AC 380V 50HZ （ 2）輸出參數(shù) 脈沖電流頻率： 1000~1500HZ 連續(xù)可調(diào) 脈沖電流幅值： 2021A 電壓峰值：≤ 15V 占空比 ： 20%~40%連續(xù)可調(diào) 頻率誤差： % 脈寬誤差： 1% 幅值誤差： % （ 3）控制系統(tǒng)以美國(guó) Microchip 公司的 PIC16F877 作為控制核心； （ 4）采用三相全控整流電路，整流橋用 SCR 作為功率元件； （ 5）采用單相橋式逆變電路，逆變橋功率元件選用 IGBT； 3 第 2章 脈沖電源總體設(shè)計(jì) 電流可以用直流電源提供，也可以用交流電源提供，或者各種波形的脈沖電源，或者有直流基量的脈動(dòng)電源。 為便于用示波器測(cè)量參數(shù)，直流脈沖電源應(yīng)提供測(cè)量用端口；此外保護(hù)環(huán)節(jié) 要完善，應(yīng)設(shè)有復(fù)位裝置，必要的電壓電流指示裝置。故本 設(shè)計(jì)采用這種整流方式。由于輸出整流電壓為共陰極組中處于通態(tài)的晶閘管對(duì)應(yīng)的相電壓與共陽(yáng)極組中處于通態(tài)的晶閘管對(duì)應(yīng)的相電壓的差，因此輸出電壓為線電壓在正半周期的包絡(luò)線 (圖中 Ud2 。α60176。時(shí)，有前面分析可知， 阻性負(fù)載的輸出電壓波形斷續(xù)，對(duì)于大電感負(fù)載，由于電感 L 的作用，在電源線過(guò)零后，晶閘管仍然導(dǎo)通，指導(dǎo)下一個(gè)晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通為止，這樣輸出電壓波形中出現(xiàn)負(fù)的部分。 整流變壓器的計(jì)算和選擇： 整流橋輸出電壓： Ud=100V 由三相橋式全控整流電路可知： Ud = ?26 2323 6 s in ( )U td t? ?? ? ?????= ?63 U2 cos? = U2 cos? 所以 ， U2 = ? 當(dāng) 0176。 晶閘管通態(tài)平均電流 I ?