【文章內(nèi)容簡介】 （ V1 或 V2）導(dǎo)通時間為 ton， 開關(guān)周期為 T，則導(dǎo)通比a=ton/T。和直流斬波電路一樣，也可以通過改變 a 來調(diào)節(jié)輸出電壓。 圖 5給出了電阻性負(fù)載時負(fù)載電壓 u0和電源電流 i1(也就是負(fù)載電流 )圖 斬控式交流調(diào)壓電路 6 的波形?？梢钥闯?，電源電流的基波分量是和電源電壓同相位的，即位移因數(shù)為 1。另外，通過傅里葉分析可知，電源電流中不含低次諧波，只含和開關(guān)周期 T 有關(guān)的 高次諧波。這些高次諧波用很小的濾波器即可濾除。這時電路的功率因數(shù)接近 1。 本次課程設(shè)計(jì)所用的斬控式單相交流調(diào)壓電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖 6 所示，首先是交流輸入電壓為 220V，經(jīng)濾波后用全控型開關(guān)器件進(jìn)行斬波，輸出電壓為 0～ 100 V，然后在其輸出取樣電流，進(jìn)行過壓檢測保護(hù)。時鐘震蕩器及脈寬 PWM 調(diào)制均由芯片形成控制部分。 交流斬波調(diào)壓的基本原理 交流斬波調(diào)壓的原理波形如圖 所示。由圖可知，它是用一組頻率恒定、占空比可調(diào)的脈沖，對正弦波電壓進(jìn)行調(diào)制后，得到邊緣為正弦波、占空比可調(diào)的電壓波形。該電 壓的調(diào)制頻率 f0，其基本諧波頻率為土 50Hz。改變占空比，即可改變輸出電壓。 利用具有自關(guān)斷能力的電力半導(dǎo)體器件就可方便地構(gòu)成交流斬波調(diào)壓電路。 圖 6 電路的結(jié)構(gòu)框圖 7 圖 交流斬波調(diào)壓的原理波形圖 8 第 3 章 主電路設(shè)計(jì)與分析 主要技術(shù)條件及要求 斬波控制要求以比電源頻率高得多的頻率周期性接通和斷開主電路開關(guān)器件，把連續(xù)的正弦輸入電壓“斬”成離散的脈沖狀加于負(fù)載。由于開關(guān)器件以高頻工作，在電路中必須實(shí)施強(qiáng)迫換流。為此斬波控制的交流調(diào)壓都是采用全控型雙向開關(guān)器件。所以設(shè)計(jì)主電路采用的是 MOSFET 新型的全控型器件，驅(qū)動電路簡單，需要的驅(qū)動功率小，開關(guān)的速度快，工作的頻率高，符合設(shè)計(jì)的要求。 開關(guān)器件的選擇 由于斬波調(diào)壓電路一般采用全控型器件作為開關(guān)器件，典型的全控型開關(guān)器件有，門極可關(guān)斷晶閘管 （ GTO）、電力晶體管 （ GTR） 、電力場效應(yīng) 晶體管 （ MOSFET） 及絕緣柵雙極晶體管 （ IGBT） 等。由于 MOSFET的開關(guān)時間在 10~100ns 之間，其工作頻率可達(dá) 100KHz 以上，是主要電力電子器件中最高的，而且它的驅(qū)動電路簡單，需要的驅(qū)動功率小，所以這次課程設(shè)計(jì)決定用 MOSFET 來做開關(guān)器件。 主電路計(jì)算及元器件參數(shù)選型 開關(guān)管選用 VMOSFET。 它是繼 MOSFET 之后新發(fā)展起來的高效、功率開關(guān)器件。它不僅繼承了 MOS 場效應(yīng)管輸入阻抗高（ ≥108W）、驅(qū)動電流?。ㄗ笥?）， 還具有耐壓高（最高可耐壓 1200V）、工作電流 大（ ～ 100A）、輸出功率高（ 1～ 250W）、跨導(dǎo)的線性好、開關(guān)速度快等優(yōu)良特性 因?yàn)楣β室驍?shù)指電壓與電流的相位之間的關(guān)系，則由波形可以看出，電源電流的基波分量是和電源電壓同相位的，即位移因數(shù)為 1。另外，通 9 過傅里葉分析可知，電源電流不含低次諧波，只含和開關(guān)周期 T 有關(guān)的高次諧波。這些高次諧波用很小的濾波器即可濾除。這時電路功率因數(shù)接近1。 因?yàn)檩斎腚妷簽?220V 的交流電，選用耐壓值為 500V 的開關(guān)管IRFP450LC，二極管采用快速恢復(fù)二極管， C1 取 ,其余的選用 uF,電感 ,電阻未 定。 主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在考慮到減少電路誤差的情況下，我們采用了如圖 所示的主電路，主回路由 Ql— Q3 三個 VMOS 管 和 D1— D3 三個二極管 組成的全控整流電路實(shí)現(xiàn)對交流輸入電壓的斬波調(diào)壓。當(dāng)交流輸入電壓在正半周時，電流流經(jīng) VD Q VD3；當(dāng)交流輸入處于負(fù)半周時，電流流經(jīng) VD Q VD4；Q3 始終處于正向電壓作用下，當(dāng)在 Q3 源柵極之間加入觸發(fā)信號時， Q3處于開關(guān)狀態(tài)。調(diào)整加在柵極上的脈沖寬度即可調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。由于 Q3 處于開關(guān)狀態(tài)，且 VMOS 管具有很小的關(guān)斷時間，只要適當(dāng)選擇較低的飽和 壓降， Q3 的功耗可以做得很小，所以該斬波調(diào)壓具有較高的效率。考慮到負(fù)載可能為感性的，加了由 Q Q2 及 D D2 組成的續(xù)流環(huán)節(jié)。當(dāng) Q3 關(guān)斷時，在電壓處于正半周時， Q2 導(dǎo)通， Q1 關(guān)斷，流經(jīng)負(fù)載的電流通過 Q D1 續(xù)流。在電壓負(fù)半周 ， Q1 導(dǎo)通， Q2 關(guān)斷，流經(jīng)負(fù)載的電流通過 Q D2 續(xù)流。為防止 Q Q Q3 同時導(dǎo)通而引起較大的短路電流，對加在 Q1 和 Q2 上的觸發(fā)信號有一定要求，這在過零觸發(fā)電路中討論。圖中 L C1 為電源濾波網(wǎng)，以吸收瞬態(tài)過程中的過電壓，并減少對外線路的干擾。 L C2 為輸出濾波環(huán)節(jié)，由于本 機(jī)調(diào)制頻率取得較高，所以 L2 和 C2 只需很小值即可。其中每個 VMOS 管都有保護(hù)裝置如圖所示。 10 圖 主電路圖 其中 Q3 的 PWM 波控制由 PWM 波發(fā)生器通過對給定的調(diào)整產(chǎn)生，輸出占空比一定的 PWM 波。 主電路保護(hù)設(shè)計(jì) 在主電路上有一個線圈 KM 的常閉觸點(diǎn)， 在電路的輸出端用一變壓器進(jìn)行降壓然后再用整流橋進(jìn)行整流使之變成直流電，輸出電壓與比較器上設(shè)定的正 5 伏電壓相比較，如果電路出現(xiàn)了過電壓的現(xiàn)象，輸出電壓就會高于設(shè)定值，比較器就會輸出電壓，使三極管導(dǎo)通，這樣就會使線圈 KM 的保護(hù)電路接通， 線圈就會被通電， KM 在主電路的常閉觸點(diǎn)就會斷開，從而達(dá)到保護(hù)主電路的作用。 圖 主電路保護(hù)電路 11 第 4 章 單元控制電路設(shè)計(jì) 主控制芯片的詳細(xì)說明及介紹 芯片的選擇 本次課程設(shè)計(jì)由芯片 SG3525 產(chǎn)生脈沖，來控制 MOSFET 來實(shí)現(xiàn)斬波調(diào)壓，它具有管腳數(shù)量少，外圍電路簡單等特點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。 芯片的詳細(xì)介紹 SG3525 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 61 所示， 它主要由基準(zhǔn)電壓調(diào)整器、震蕩器、誤差放大器、比較器、鎖存器、欠壓鎖定電路、閉鎖控制電路、軟啟動電路、輸出電路構(gòu)成。 SG3525A系列脈 寬調(diào)制器控制電路可以改進(jìn)為各種類型的開關(guān)電源的控制性能和使用較少的外部零件。在芯片上的 基準(zhǔn)電壓調(diào)定在177。 1％，誤差放大器有一個輸入共模電壓范圍。它包括基準(zhǔn)電壓，這樣就不需要外接圖 61 SG2535 內(nèi)部框圖 12 的分壓電阻器了。一個到振蕩器的同步輸入可以使多個單元成為從電路或一個單元和外部系統(tǒng)時鐘同步。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。在這些器件內(nèi)部還有軟起動電路，它只需要一個外部的定時電容器。一只斷路腳同時