大功率直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-08-24 18:14 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 () ()取＝1000。 () ?。?4V。4)選擇整流二極管流過二極管的電流： 帶負(fù)載時(shí)，整流電壓≈ ()則變壓器副邊的最大反向有效值為： () 二極管承受的最大反向電壓為： () 因此，可選用最大整流電流為50mA，最大反向工作電壓為100V三相橋式整流塊即可。5)選擇濾波電容C一般要求。式中為整流電源的總負(fù)載，即T為直流電源周期，T＝ ()μF () 取＝100μF，耐壓為63V的電解電容器。2．運(yùn)算放大器用穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)該電源主要給運(yùn)算放大器，電流、電壓轉(zhuǎn)換器以及過電流繼電器供電。輸出直流電壓為177。15V，正電源輸出電流為1A，負(fù)電源輸出電流為500mA。運(yùn)算放大器穩(wěn)壓電源電路如圖4所示。圖4 運(yùn)算放大器穩(wěn)壓電源電源采用7817915穩(wěn)壓塊穩(wěn)壓。負(fù)載電阻 () 同理實(shí)?。剑?667μF，= =3333μF 耐壓63V。整流器選用3A/100V整流模塊。3．單片機(jī)用 +5V穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)單片機(jī)用+5V穩(wěn)壓電源，要求能夠輸出200mA電流。單片機(jī)穩(wěn)壓電源電路如圖5所示：圖5 單片機(jī)穩(wěn)壓電源電路負(fù)載電阻為： ()＋＝＝2000μF ()實(shí)取 ＝＝3300μF，耐壓25V。通常＝5+(3～4) ＝8～9V取 ＝9V。變壓器二次側(cè)電壓有效值為： ()表1逆變電路的比較電路參數(shù)推挽式全橋式半橋式功率開關(guān)管集射極間施加電壓穩(wěn)態(tài)為2E,漏感引起的尖峰V 2E穩(wěn)態(tài)為E,二級(jí)管相位 VE同全橋輸出相同功率時(shí)集電極電流IcIc2Ic功率開關(guān)管數(shù)量242輸出濾波電容數(shù)量112宜獲得的輸出數(shù)量大大中等由上表可以看出，要獲得大容量的輸出，宜選用推挽式或全橋式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但是推挽式電路中由于漏感引起的尖峰電壓是全橋式的2倍，這給電路設(shè)計(jì)與調(diào)試帶來了困難，并對(duì)開關(guān)管的耐壓提出了更高的要求，因而本系統(tǒng)采用已被廣泛應(yīng)用的全橋式電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。選擇逆變頻率時(shí)應(yīng)考慮： 能有效地減少變壓器的體積和重量；所采用的開關(guān)元器件的頻率特性；經(jīng)濟(jì)性。按照正弦波分析，變壓器有以下的基本公式： () ()式中，S為鐵心截面積；B為磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值。顯然，當(dāng)B一定時(shí)，提高逆變頻率不僅可降低變壓器的體積和重量，而且使控制精度提高。因此，通常認(rèn)為最佳逆變頻率是在考慮到電路固有頻率(電路的L、R、C決定電流衰減速度)的基礎(chǔ)上，選用功率開關(guān)器件所能接受的最高頻率(常以次級(jí)整流管的開關(guān)特性為參考基準(zhǔn))。但是經(jīng)過實(shí)際調(diào)試發(fā)現(xiàn)，隨著逆變工作頻率提高，管子的功耗也增大，相應(yīng)的散熱器體積總量增大，不利于電源整機(jī)體積的縮小，而且還會(huì)導(dǎo)致變壓器漏抗惡化，從而影響電源的正常工作。綜合以上因數(shù)，結(jié)合參考國(guó)內(nèi)外的研究水平和使用情況，本研究中的電源逆變工作頻率選為20kHz。逆變器中最重要的一個(gè)器件就是功率開關(guān)元件，而功率開關(guān)元件正朝著高壓大容量、集成化、全控化、高頻化及多功能化方向發(fā)展。從可控性來分，可以大致分為半控型和全控型器件。在逆變電源中，對(duì)功率半導(dǎo)體器件(尤其是開關(guān)管)有如下基本要求：耐電壓值高；開關(guān)速度快，開關(guān)損耗低；動(dòng)態(tài)特性di/dt及dv/dt耐量要高；耐沖擊電流大，可靠工作范圍大；熱穩(wěn)定性好。基于以上考慮，全控型器件是應(yīng)優(yōu)先考慮選用的器件。表2給出了達(dá)林頓GTR、功率MOSFET和IGBT三種全控型器件的特性比較。GTR開關(guān)速度較低，對(duì)di/dt有影響，而且是電流驅(qū)動(dòng)方式，驅(qū)動(dòng)功率較大，還存在二次擊穿問題；功率MOSFET有較好的高速控制性能，然而容量小，難以實(shí)現(xiàn)大電流，主要應(yīng)用于小型和輕型設(shè)備中；IGBT是MOSFET與雙極晶體管的復(fù)合器件，它兼有MOSFET易驅(qū)動(dòng)和功率晶體管電壓、電流容量大的優(yōu)點(diǎn)，其頻率特性介于MOSFET與功率晶體管之間，可正常工作于幾十千赫茲頻率范圍內(nèi)，在較高頻率的大中功率應(yīng)用中占據(jù)主導(dǎo)地位。本文選用IGBT作為電路主控開關(guān)功率器件。表2 GTR 、MOSFET和IGBT器件名稱達(dá)林頓GTR功率MOSFETIGBT開關(guān)速度101~2安全工作區(qū)小大大額定電流密（A/)20~305~1050~100驅(qū)動(dòng)功率大小小驅(qū)動(dòng)方式電流電壓電壓高壓化易難易大電流化易難易高速化難極易易飽和壓降極低高低并聯(lián)使用較易易易對(duì)于次級(jí)整流元件，肖特基勢(shì)壘二極管其正向壓降很小，反向恢復(fù)時(shí)間也極短，應(yīng)是首選元件，這樣可以降低功耗提高電源效率。逆變技術(shù)的輸出控制方式常用“時(shí)間比率控制”方式，通過改變導(dǎo)通時(shí)間ton和工作周期比例亦即脈沖的占空比來實(shí)現(xiàn)。控制方式有三種：(1)脈沖寬度調(diào)制型(PWM )：開關(guān)周期恒定，調(diào)節(jié)導(dǎo)通脈沖的寬度；(2)脈沖頻率調(diào)制型(PFM)：導(dǎo)通脈沖寬度恒定，調(diào)節(jié)開關(guān)工作頻率；(3)混合調(diào)制型：把PWM和PFM結(jié)合在一起。控制系統(tǒng)采用單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，最方便的是PWM控制方式。4參數(shù)計(jì)算1．整流器的選擇：輸入整流采用三相橋式整流器，其整流電壓為： ()整流二極管的額定電流為：=(～2)1=～13A () 實(shí)取10A，選取額定電流為10A，耐壓1200V的整流模塊。2．濾波電容的計(jì)算三相交流電經(jīng)過整流器后輸出波形如圖6所示：圖6 電源經(jīng)整流濾波后的波形電源輸入功率近似為： ()為電容器的電壓從放電到所需的時(shí)間。根據(jù)整流器的參數(shù)可近似認(rèn)為： () ()電路的輸出功率為： () 輸出電路的功率按80%計(jì)，則整流器的輸入功率為： () ()C7耐壓值為： ，實(shí)取1200V。 3．輸入瞬間電壓保護(hù)器件的選擇壓敏電阻的作用是削掉電網(wǎng)峰值電壓。RY1 額定電壓： ()取750V。由于RYRYRY3 分別為輸入電路線間瞬時(shí)過電壓保護(hù) ，所以它們的
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