【正文】 ,輸出一個(gè)可調(diào)節(jié)占空比的 PWM 脈沖信號(hào) ,以此使得輸出的電壓信號(hào) V0保持恒定。因此，基頻以上變頻調(diào)速則屬于弱磁恒功率調(diào)速。 另外，三相異步電機(jī)定子的每相電動(dòng)勢(shì)的有效值是： Mr NfkE ?? 1111 式中： E1:氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值，單位為 V； kr1:與繞組結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)； N1:定子每相的繞組串聯(lián)匝數(shù)； f1:定子頻率，單位為 Hz； Φ M:每極氣隙磁通量，單位為 Wb。自第一代變頻器以來，通用變頻器已經(jīng)經(jīng)歷好幾個(gè)發(fā)展階段：即模擬式、數(shù)字式、智能式、多功能型和現(xiàn)在的新型通用變頻器。 5 月 21 日 5 月 25 日 完成工藝設(shè)計(jì)。研究設(shè)計(jì)基于 UC3844 專用 PWM 發(fā)生芯片，采用反激變換器結(jié)構(gòu)的高壓直流（ DC 350V700V）輸入多路（ 7 路： 24V/200mA；177。 本課題是設(shè)計(jì)一個(gè)通用變頻器的多路輸出的反激式開關(guān)電源，電源取高壓直流（ DC 350V700V）?？梢蕴峁┒喾N不同而且兼容的通信接口，支持多種要求的通信協(xié)議，而且可由個(gè)人計(jì)算機(jī)向變頻器內(nèi)輸入命令和設(shè)定功能等等用途。而對(duì)于直流電機(jī)來說，保持Φ M 不變很容易做到。 變頻器的逆變電路根據(jù)逆變電路輸出電壓調(diào)制方法分類有脈幅調(diào)制 PAM 、脈寬調(diào)制PWM 、正弦脈寬調(diào)制 SPWM 等 3 種類型。電壓控制單閉環(huán)系統(tǒng)是一個(gè)無條件的二階穩(wěn)定系統(tǒng)。因?yàn)檫x用變頻調(diào)速器的小型化的原因，開關(guān)電源受到了較大的關(guān)注，因?yàn)槠潴w積小， 占用空間相對(duì)于其它器件有優(yōu)勢(shì)，而且其已經(jīng)成功應(yīng)用到了變頻器設(shè)備中。 設(shè)計(jì)師可以發(fā)揮各種類型電路的特長，設(shè)計(jì)出能滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的開關(guān)穩(wěn)壓電源。 脈沖寬度調(diào)制（ PWM）通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。 V DCR LM 2V i n 圖 110 隔離式單端反激轉(zhuǎn)換電路 單端反激式變換器又稱電感儲(chǔ)能式變換器，其變壓器兼有儲(chǔ)能、變壓、隔離三重作用。若是變壓器設(shè)計(jì)得不合理，參數(shù)計(jì)算不正確，基于 UC3844 通用變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 12 規(guī)格沒有按照要求。根據(jù)輔助電源與功率主回路的關(guān)系，開關(guān)電源中的輔助電源可以分為兩大類：獨(dú)立型和非獨(dú)立型。因?yàn)槠溆欣跍p小電源體積，實(shí)現(xiàn)小型化和節(jié)約成本的原因，在小功率電源系統(tǒng)中廣泛使用。當(dāng)工作電壓過大，大于 34V 的時(shí)候 ,負(fù)責(zé)穩(wěn)壓的穩(wěn)壓管開始穩(wěn)壓 ,使內(nèi)部電路在小于 34V 的電壓下工作 。 本次課題是針對(duì)國內(nèi)現(xiàn)有的通用變頻器內(nèi)部電源的使用需求提出的。 12341 陽 極2 陰 極 3 發(fā) 射 極 4 集 電 極 圖 22 PC817 內(nèi)部框圖 TL431 TL431 是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三 端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源。這種功率管在工作時(shí)若 UCE突然跌落，管子就在極短時(shí)間內(nèi)從高壓小電流變成低壓大電流狀態(tài)，所呈現(xiàn)的負(fù)阻想象稱作二次擊穿。 設(shè)滿載時(shí)的峰值電流為 Ip ，在進(jìn)行短路保護(hù)時(shí)的過載電流為 Is， 則 Im max2 oPinPI UD?? 5 m axU I m i n P2I 0p ??????? ? p Is ?? 在一次繞組上儲(chǔ)存的電能為 基于 UC3844 通用變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 22 ? ?mj5 3 3 ????? 高頻變壓器的最 大承受功率 PM與磁芯截面積 S1（單位是 cm2）之間存在下述經(jīng)驗(yàn)公式 1 MSP? 其中， PM的單位取 W。實(shí)際取 N3=2匝，用 2 股 ? 高強(qiáng)度漆包線并聯(lián)后繞制而成。 UC3844 的外部由驅(qū)動(dòng)電路和控制電路所包圍，用于對(duì)基于 UC3844 的電路進(jìn)行控制和驅(qū)動(dòng)。反之，電源將出現(xiàn)不平均的現(xiàn)象。 斜率補(bǔ)償?shù)念愋团c補(bǔ)償方程 (1)UC3844芯片采用峰值電流控制法 ,將實(shí)際的電感電流與電壓外環(huán)設(shè)定的電流值分別接到 PWM比較器的兩端進(jìn)行比較。此時(shí)切換交點(diǎn)移到 C。但始終存在存在電流模式控制不穩(wěn)的缺陷。 C1 為濾波電容 ,R1 是限流電阻。 緩沖的電容要滿足在開關(guān)管集電極電流降為 0 時(shí)，其集電極電壓不能超過 Vceo的70% ，即 nFceoIC p ??? 取 10nF/400V 式中： Ip 是原邊電流； Vceo是晶體管的 Vceo額定值 (500V)。 自饋繞組 N2回路中的整流管 VD1，其 FU ≈ 1V。 計(jì)算一次繞組參數(shù) 根據(jù)技術(shù)指標(biāo)的要求，輸入功率約為 ，則原邊峰值電流為 : Ipk=2Po/(Vin(max)Dmax)= 式中： Po 為輸出 功率， ； Vin(max)為交流電壓的最大值 (經(jīng)過整流后得到的直流電壓的數(shù)值，取 700V； Dmax為最大占空比，取 。 開關(guān)功率管的選擇 開關(guān)功率管可選用 MOS 功率管或雙極型功率管。 PC817 改變了以往普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字信號(hào)的弱點(diǎn)。異步電動(dòng)機(jī)由于轉(zhuǎn)子側(cè)的電流由電磁感應(yīng)產(chǎn)生，不需要從外部進(jìn)入，故而具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，剛剛發(fā)明就被人們廣 泛使用并被不斷改進(jìn)，在工農(nóng)業(yè)中一直占有龍頭老大的地位。 UC3844 芯片介紹 UC3844 是一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器芯片，由該集成電路構(gòu)成的開關(guān)穩(wěn)壓電源與一般的電壓控制型脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn) 壓電源相比具有外圍電路簡(jiǎn)單、具有過流限制、穩(wěn)定幅度大、頻響特性好、電壓調(diào)整率好、過壓保護(hù)和欠壓鎖定等優(yōu)點(diǎn)。另外，全波整流需要四只二極管。一個(gè)重要的原因就是隔離問題。反激變換器具有容易進(jìn)行多路隔離輸出、輸入輸出電氣全部隔離、簡(jiǎn)單有效、高可靠性的優(yōu)點(diǎn)。隔離變換器可以把直 流電壓變換為高頻方波電壓，把直流電流變換為高頻方波電流。 開關(guān)電源有兩種常用的變換器： ① PWM 變換器 脈沖寬度調(diào)制簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制。開關(guān)穩(wěn)壓電源沒有體積較大工頻變壓器，并且省去了很多散熱片，因?yàn)槠湓诠β示w管上的耗散功率大幅降低。對(duì)高頻磁元件所用的磁性材料一般有如下要求：散熱性能好，損耗小，磁性能優(yōu)越。 b)電壓調(diào)整率好。目前變頻器主要是依靠二極管橋式電路的整流技術(shù)進(jìn)行整流。 第二種：如果 f1 比電機(jī)額定頻率 f1N 小，則氣隙 磁通量Φ M 就會(huì)比額定氣隙磁通量Φ M 大。例如集成化和系統(tǒng)化。 6 月 07 日 6 月 09 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯（公開答辯、分組答辯）。 畢 業(yè) 論 文 題 目： 基于 UC3844 通用變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 學(xué)院： 電氣信息學(xué)院 專業(yè)： 電氣自動(dòng)化 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 誠 信 聲 明 本 人聲明： 本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是在老師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果； 據(jù)查證，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中不包含其他人已經(jīng)公開發(fā)表過的研究成果，也不包含為獲得其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位而使用過的材料； 我承諾，本人提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中的所有內(nèi)容均真實(shí)、可信。 基于 UC3844 通用變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) I 基于 UC3844 通用變頻器的輔助電源的研究設(shè)計(jì) 摘 要 ：作為早期商品的 通用變頻器開始在國內(nèi)上市，是最近十年內(nèi)的事情，并且其銷售額逐年增加，至今為止全年有超過數(shù)十億元人民幣的市場(chǎng)?，F(xiàn)在有一種集通訊、設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)管理于一體的“全集成自動(dòng)化”平臺(tái)概念，它可以使自動(dòng)化和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及通訊和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，以及伺服裝置、控制器、變頻器及通訊裝置等配置，都可以像驅(qū)動(dòng)裝置嵌入全集成自動(dòng)化的系統(tǒng)那樣進(jìn)行，可以為廣大用戶提供最好的系統(tǒng)功能。這樣的話，鐵心會(huì)產(chǎn)生過飽和并且生成極大的勵(lì)磁電流，導(dǎo)致繞組過熱，從而燒壞電機(jī)。二極管橋式電路整流會(huì)產(chǎn)生諧波，并且電路不可控制。輸入電壓的變化會(huì)帶動(dòng)電感電流的變化 ,電感電流的變化立即被電流控制回路感應(yīng)而被抑制 ,不需要類似電壓控 制調(diào)節(jié)的復(fù)雜過程，所以響應(yīng)快。適用于兆赫級(jí)頻率的磁性材料為人們所關(guān)注，納米材料也開始開發(fā)運(yùn)用。因此開關(guān)穩(wěn)壓電源無論是體積還是重量都有所減小。它的原理是利用微處理器的數(shù)字輸出控制模擬電路。通過升壓降壓變換和整流平滑濾波，最后變?yōu)橹绷麟妷夯螂娏?。因此，反激變換器是對(duì)開關(guān)電源來說非常重要 ,電力電子技術(shù)研究人員對(duì)此進(jìn)行了大量的研究。例如在離線式開關(guān)電源中，如果其內(nèi)部的輔助電源和功率主回路輸入共地，那么就需要用光耦或變壓器來對(duì)輸出電壓采樣信號(hào)進(jìn)行隔離。 第三種方法：由自激式開關(guān)變換器構(gòu)成非常輕巧的輔助電源，可以方便地產(chǎn)生輔助電源。 UC3844 是一種電流型單端輸出式 PWM 控制芯片 ,它主要由高頻振蕩、誤差比較、電流取樣比較、脈寬調(diào)制鎖存、欠壓鎖定、過壓保護(hù)等功能電路組成。 隨著科技的不斷進(jìn)步，隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，人們開始在變頻調(diào)速上提高要求，而異步電動(dòng)機(jī)在調(diào)速方面是很大缺陷。它能夠傳輸連續(xù)變化的電流信號(hào)或模擬電壓，這樣，隨著輸入信號(hào)的強(qiáng)弱變化會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的光信號(hào)，改變光敏晶體管的導(dǎo)通程度，輸出的電壓或電流也不同。雙極型功率管是具有功率輸出能力的雙極、結(jié)型晶體管（ BJT）。 變壓器的初級(jí)電感量為 : Lp=Vin(max) Dmax/(Ipk f)= mH 式中： Vin(max)為交流電壓的最小值經(jīng)過整流后得到的直流電壓的數(shù)值，取 350V； Dmax 為最大占空比，取 ； f為工作頻率， UC3844 的振蕩工作頻率由引腳 4與引腳 8 之間所接定時(shí)電阻 RT、引腳 4 與地之間所接定時(shí)電容 CT 設(shè)定。繞組兩端的有效值電壓為 20V 時(shí)，經(jīng)整流濾波后可獲得大約 16V 的直流電源，開始向 UC3844 供電。 按 RC 時(shí)間常數(shù)為 toff(min)來計(jì)算電阻 R 值，即 R=(min)/C 102= kΩ 取 15 kΩ 電阻消耗功率為： 25 1 cCVP? f= 式中： Vc 為整流 后的直流電壓 350V； f為工作頻率 60 kHz。電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)后 ,電路中自饋線圈上的高頻電壓經(jīng)過 VD C3 整流濾波 ,開始作為UC3844 的電壓進(jìn)行工作。例如 UC3842，它是一個(gè)與 UC3844相同的 電流控制型器件 ,它的最大缺點(diǎn)是當(dāng)占空比 D大于 50%時(shí) ,電路不能穩(wěn)定工作 ,此時(shí)必須進(jìn)行斜坡補(bǔ)償。擾動(dòng)的變化如圖中的 2I??所示，由此得出 2I?? 1I? ，上面的分析得出即使在占空比≥ 50。本章節(jié)介 紹了斜坡補(bǔ)償?shù)念愋秃驮恚瑸榕c UC3844 相似的同系列產(chǎn)品更換有一定作用。所以初 級(jí)繞組電容的放電時(shí)間一般要大于 UC3844 輸出脈沖的高電平持基于 UC3844 通用變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 29 續(xù)時(shí)間。 驅(qū)動(dòng)電路和控制電路設(shè)計(jì) UC3844 內(nèi)部主要由 基準(zhǔn)電壓源、用來調(diào)節(jié)占空比的振蕩器、電流測(cè)定比較器、誤差放大器、降壓器、 PWM 鎖存器和適用于驅(qū)動(dòng)功率管 MOSFET 的電流推挽輸出電路等部件構(gòu)成。 二次繞組 N3回路中可以使用肖特基整流二極管， U≈ ， Uo=5V，故 ? ? ? ? 3 ?? ??? 鑒于當(dāng)輸出電流 Io達(dá)到 5A 時(shí)，在輸出電阻及繞組的銅阻上均會(huì)產(chǎn)生壓降，會(huì)果斷輸出電壓的跌落，因此應(yīng)適當(dāng)增加 N3的匝數(shù)，以提升 UO 。 這里取 f 為 60 kHz。目前大量使用的 PNP 或 NPN 面結(jié)型功率管均屬于雙極型功率管，其開關(guān)時(shí)間為微秒級(jí)，一般只能工作在幾十個(gè)千赫以下。在電路中， PC817 光電耦合器不但可以起到反饋?zhàn)饔?，而且 可以起到隔離作用 。隨著微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)以及自動(dòng)控制原理的不斷發(fā)展，各種新型電機(jī)控制技術(shù)的方案不斷被提出，使交流電機(jī)的調(diào)速一直簡(jiǎn)單方便。 UC3844 的最大占空比為 50%,啟動(dòng)電壓 16V,具有欠壓鎖定和過壓保護(hù)的功能。 (2)非獨(dú)立型：由主變換器高頻變壓器輸出的一部分構(gòu)成輔助電源。 由于所需輔助電源的功率一般比較小，輔助電源應(yīng)該力求簡(jiǎn)單、 可靠和小型化。這樣才能 最大化發(fā)揮芯片的作用。下面重點(diǎn)分析隔離式單端反激轉(zhuǎn)換電路，電路結(jié)構(gòu)圖如圖所示。通過參數(shù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管基極或柵極的偏置，以此改變晶體管導(dǎo)通的時(shí)間 ，這種方式能使電源輸出電壓在外部工作條件變化時(shí)，一直保持恒定。例如，有調(diào)寬型和調(diào)頻型，自激式和他激式，有單端式和雙端基于 UC3844 通用變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 8 式。這種穩(wěn)壓電源技術(shù)目前已經(jīng)發(fā)展得比較完善，已