sg3525斬控式單相交流調(diào)壓電路課程設(shè)計(編輯修改稿)
2025-07-26 09:10 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 是輸入電源頻率的整數(shù)倍時，輸出電壓中會產(chǎn)生分?jǐn)?shù)次諧波。當(dāng)斬波頻率較低時，分?jǐn)?shù)次諧波較大，對負載產(chǎn)生惡劣的影響。將斬波信號與電源電壓鎖相，可消除分?jǐn)?shù)次諧波。斬波控制的交流調(diào)壓電路的功率開關(guān)元件必須采用功率晶體管或其他自關(guān)斷元件，所以成本較高。 斬控式交流調(diào)壓電路，一般采用全控型器件作為開關(guān)器件。其基本原理和直流斬波電路有類似之處，只是直流斬波電路的輸入是直流電壓，而斬控式交流調(diào)壓電路的輸入是正弦交流電壓。在交流電源u1的正半周，用V1進行斬波控制，用V3給負載電流提供續(xù)流通道；在u1的負半周，用V2進行斬波控制，用V4 給負載電流提供續(xù)流通道。設(shè)載波器件（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給出了電阻性負載時負載電壓u0和電源電流i1(也就是負載電流)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)器件進行斬波，輸出電壓為0～100 V，然后在其輸出取樣電流，進行過壓檢測保護。時鐘震蕩器及脈寬PWM調(diào)制均由芯片形成控制部分。圖6 電路的結(jié)構(gòu)框圖 交流斬波調(diào)壓的基本原理。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。 交流斬波調(diào)壓的原理波形圖第3章 主電路設(shè)計與分析 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載。由于開關(guān)器件以高頻工作，在電路中必須實施強迫換流。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)計決定用 MOSFET 來做開關(guān)器件。 主電路計算及元器件參數(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)動電流小（）， 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)良特性因為功率因數(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。因為輸入電壓為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，, uF,電感,電阻未定。 主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計在考慮到減少電路誤差的情況下，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)VDQVD3；當(dāng)交流輸入處于負半周時，電流流經(jīng)VDQVD4；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?？紤]到負載可能為感性的，加了由QQ2及DD2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)負載的電流通過QD1續(xù)流。在電壓負半周 ，Q1導(dǎo)通，Q2關(guān)斷，流經(jīng)負載的電流通過QD2續(xù)流。為防止QQ 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LC1為電源濾波網(wǎng)，以吸收瞬態(tài)過程中
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