【文章內(nèi)容簡介】 兩個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，兩對(duì)交替各導(dǎo)通.每個(gè)橋臂由一個(gè)IGBT和一個(gè)反并聯(lián)二極管組成。在直流側(cè)接有一個(gè)足夠大的電解電容。負(fù)載接在兩對(duì)橋臀聯(lián)結(jié)點(diǎn)之間。設(shè)四個(gè)IGBT有兩組的柵極信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)各有半周正偏，半周反偏，且二者互補(bǔ)。當(dāng)負(fù)載為感性時(shí)。輸出電壓為矩形波，其幅值為Um＝Ud,輸出電流波形隨負(fù)載情況而異。設(shè)t2時(shí)刻以前T1,T4通態(tài)，T2,T3為斷態(tài)。t2時(shí)刻給T1,T4關(guān)斷信號(hào)，給T2,T3開通信號(hào)，則T1,T4關(guān)斷，但由于感性負(fù)載中的電流，不能立即改變方向，于是VD2，VD3導(dǎo)通續(xù)流。當(dāng)t3時(shí)刻降為零時(shí)，VD2，VD3截止，T2，T3開通。開始反向。同樣，在t4時(shí)刻給T2,T3關(guān)斷信號(hào)，給Tl,T4開通信號(hào)后，T2,T3關(guān)斷，D1,D4先導(dǎo)通續(xù)流，t5時(shí)刻T1,T4才開通。0 t t3 t4 0 t1 t2 t5 t6 t V1 V4 　V2 V3 V1 V4 V2 V3ON VD1VD4 VD2VD3 VD1VD4 VD2VD3 單相全橋電壓型逆變電路工作波形當(dāng)TT4或TT3為通態(tài)時(shí)，負(fù)載電流和電壓同方向。直流側(cè)向負(fù)載提供能量；而當(dāng)D1，D4或D2，D3為通態(tài)時(shí)，負(fù)載電流和電壓反向，負(fù)載電感中貯藏的能量向直流側(cè)反饋，即負(fù)載電感將其吸收的無功能量反饋回直流側(cè)。反饋回的能量暫時(shí)儲(chǔ)存在直流側(cè)電容器中，直流側(cè)電容器起著緩沖這種無功能量的作用。因?yàn)槎O管Dl、DDD3是負(fù)載向直流側(cè)反饋能量的通道，故稱為反饋二極管；又因?yàn)镈l、DDD4 起著使負(fù)載電流連續(xù)的作用，因此又稱續(xù)流二極管。 （2）無源功率因數(shù)校正所謂無源功率因數(shù)校正，就是通過在電路中加入無源電感L或加入無源電感L和無源電容而使整流器輸入端電流接近于正弦的方法，這是人們最早采用的方法。無源功率因數(shù)校正由三種比較基本的方法：一種是在整流器與直流濾波電容之間串入無源電感Ld；二是在整流器輸入端串入無源LC串并聯(lián)槽路；三是利用電容和二極管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成填谷方式。 本設(shè)計(jì)采用的是在整流器與直流濾波電容之間串入無源直流電感Ld的無源校正電路，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，常常有少量改進(jìn)， 這種少量的改進(jìn)，主要是在整流器與直流電感之間并入一個(gè)數(shù)值較小的電容，使、和構(gòu)成Ⅱ型濾波器，以對(duì)輸出直流電壓有更好的濾波作用，使輸出電壓的紋波更小。由于＜＜，所以其上的電壓還是可以隨著輸入電壓而波動(dòng)，再則的值也很小，因此對(duì)輸入電流的畸變沒有什么影響，整流二極管的導(dǎo)通角也不會(huì)因此而減小。 系統(tǒng)主回路的元器件參數(shù)設(shè)定 （1）整流二極管的選擇 ①整流輸出的電壓平均值為： ＝U≈＝220V＝②電流平均值 ： 輸出電流平均值為 =/ R與單相電路情況一樣，電容電流平均值為零、因此 =在一個(gè)電源周期中，有6個(gè)波頭，流過每一個(gè)二極管的是其中的兩個(gè)波頭，因此二極管電流平均值為的l/3，即 =/3=/3③二極管D可能承受的最大正向電壓為線電壓峰值的1/2，即（）/2，即220V/2≈。 ④二極管D可能承受的最大反向電壓為線電壓峰值U=220V≈539V根據(jù)工程設(shè)計(jì)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和工藝要求,整流二極管采用4個(gè)IN4007。IN4007反向耐壓為1000V，封裝形式DO41。（2）濾波電容的選擇濾波電容器主要起濾波和穩(wěn)定電壓的作用。由于采用三相橋式整流電路，其電壓紋波脈動(dòng)為300Hz，為保證給逆變電路提供穩(wěn)定的直流電壓，濾波電路的時(shí)間常數(shù)，也即濾波電容器Ca與直流電源的等效負(fù)載電阻Rd的乘積，必須為紋波中基波的周期時(shí)間的6倍以上，這里取8，即 則 電容電壓必須高于 440（V）?？梢赃x用4700uF/400V的電解電容2只串聯(lián)。 IGBT和續(xù)流二極管的選擇當(dāng)三相交流電380V整流變成直流電時(shí)，當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)，續(xù)流二極管導(dǎo)通，穩(wěn)壓電源的全部輸入電壓都加在IGBT集射極的兩端。因此，開關(guān)管的集射額定電壓UCE必須大于穩(wěn)壓電源的輸入電壓。IGBT受到的最大正向電壓為逆變器輸入端電壓源的電壓,考慮到開關(guān)時(shí)的浪涌電壓，取額定電壓： === (V) 額定電流： IM=30= (A)另外，考慮與專用驅(qū)動(dòng)芯片HCPL316J的兼容性，故選用型號(hào)為G80N60，其有關(guān)參數(shù)如下： G80N60 的性能參數(shù)開啟電壓5V177。1V柵極擊穿電壓177。20V集射電壓600V集電極電流80A集射峰值電流320A耗散功率320W集射截止電流IGES飽和壓降正向跨導(dǎo)36輸入電容3000pF下降時(shí)間43ns根據(jù)續(xù)流二極管的正向額定電流必須等于開關(guān)管的最大集電極電流，以及當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，輸入電壓加在續(xù)流二極管的兩端，因此，續(xù)流二極管的耐壓值必須大于輸入電壓。再者，因?yàn)殚_關(guān)管的工作頻率很高，續(xù)流二極管也只是在IGBT管關(guān)斷的很短一段時(shí)間內(nèi)工作，因此這種二極管的恢復(fù)時(shí)間還必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于開關(guān)管的工作周期，這樣也只有200ns以下的快速恢復(fù)二極管能滿足要求。（1） 槽路電容設(shè)計(jì)由于此感應(yīng)加熱電源不采用阻抗匹配變壓器，因此在設(shè)計(jì)槽路電容時(shí)，主要考慮它與諧振電感的無功能量交換平衡。 感應(yīng)加熱電源直流側(cè)電壓為，逆變時(shí)在負(fù)載上產(chǎn)生正負(fù)交變的方波177。, 經(jīng)付氏級(jí)數(shù)展開基波電壓有效值為。取Q=3，因此諧振時(shí)槽路電容兩端的電壓為： 其阻抗為： 所以 、569nF選配槽路電容。（2）諧振電感和電阻的設(shè)計(jì)諧振時(shí)有 所以 由 所以槽路線圈和負(fù)載等效電阻 、30A、112μH設(shè)計(jì)加熱線圈，負(fù)載和線圈等效電阻為3Ω左右。4 控制電路的設(shè)計(jì)在中小容量變頻電源的設(shè)計(jì)中，采用自關(guān)斷器件的脈寬調(diào)制系統(tǒng)比非自關(guān)斷器件的相控系統(tǒng)具有更多的優(yōu)越性。第一代脈寬調(diào)制器SG3525A應(yīng)用于交流電機(jī)調(diào)速、UPS電源以及其他需要PWM脈沖的領(lǐng)域。其外圍電路可對(duì)串聯(lián)諧振式逆變電源進(jìn)行多功能控制，實(shí)現(xiàn)H橋式IGBT脈寬調(diào)制PWM信號(hào)的生成和逆變電源的保護(hù)功能，以及變頻電源工作過程中諧振頻率的跟蹤控制?？刂齐娐罚ǎ┑暮诵臑镻WM控制器SG3525A，用SG3525A發(fā)出的PWM脈沖，來控制逆變器VT VT4和VTVT3輪流導(dǎo)通，從而控制逆變電壓和逆變頻率。，改變R的大小，這樣就可調(diào)控SG3525輸出的PWM脈沖頻率。同時(shí)通過調(diào)節(jié)SG3525的9腳電壓來改變輸出脈寬。，當(dāng)電流互感器從負(fù)載端感應(yīng)出交流電流，通過橋式整流器把他轉(zhuǎn)化為直流電，在滑動(dòng)變阻器PR2上產(chǎn)生電壓。由滑動(dòng)端輸出的信號(hào)接到SG3525A的10腳上，當(dāng)腳10電壓大于0. 7V時(shí)，芯片將進(jìn)行限流操作，將使PWM鎖存器關(guān)斷，直至下一個(gè)時(shí)鐘周期才能夠恢復(fù)。以下分別獨(dú)立介紹感應(yīng)加熱電源控制電路各個(gè)組成部分的基本原理、功能及參數(shù)計(jì)算。 控制芯片SG3525A設(shè)計(jì)電路的控制電路是整個(gè)電路的主要部分。如何保證系統(tǒng)穩(wěn)定且可靠工作,又使系統(tǒng)的開發(fā)周期短,性價(jià)比高,是一個(gè)需要綜合考慮的問題。目前實(shí)際產(chǎn)品應(yīng)用中有各種典型的控制電路,鑒于對(duì)電源和驅(qū)動(dòng)的要求,結(jié)合本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇了SG3525A. ，由基準(zhǔn)電壓調(diào)整器、振蕩器、誤差放大器、比較器、鎖存器、欠壓鎖定電路、閉鎖控制電路、軟起動(dòng)電路、輸出電路構(gòu)成。（1）欠壓鎖定功能基準(zhǔn)電壓調(diào)整器受巧腳的外加直流電壓的影響，當(dāng)?shù)陀?V時(shí)，基準(zhǔn)電壓調(diào)整器的精度值就得不到保證，由于設(shè)置了欠壓鎖定電路，當(dāng)出現(xiàn)欠電壓時(shí)，欠壓鎖定功能使A端線由低電壓上升為邏輯高電平，經(jīng)過SG3525A的13腳輸出為高電平，功率驅(qū)動(dòng)電路輸出至功率場效應(yīng)管的控制脈沖消失，逆變器無電壓輸出。 SG3525A內(nèi)部結(jié)構(gòu)（2）系統(tǒng)的故障關(guān)閉功能 集成控制器SG3525A內(nèi)部的T3晶體管基極經(jīng)一電阻連接10引腳。過流保護(hù)環(huán)節(jié)檢測(cè)到的故障信號(hào)使10腳為高電平。由于T3基極與A端線相連。故障信號(hào)產(chǎn)生的關(guān)閉過程與欠電壓鎖定過程類似。在電路中，過流保護(hù)環(huán)節(jié)還輸出一個(gè)信號(hào)到與門的輸入端，當(dāng)出現(xiàn)過流信號(hào)時(shí)，檢測(cè)環(huán)節(jié)輸出一低電平信號(hào)到與門的輸入端，使脈沖消失，與SG 3525的故障關(guān)閉功能一起構(gòu)成雙重保護(hù)。（3）軟起動(dòng)功能軟起動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)主要由SG3525A內(nèi)部的晶體管T3和外接電容C3及鎖存器來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)出現(xiàn)欠壓或者有過流故障時(shí)，A端線高電平傳到T3晶體管基極，T3導(dǎo)通為8引腳外接電容C3提供放電的途徑。C3經(jīng)T3放電到零電壓后，限制了比較器的PWM脈沖電壓輸出，電壓上升為恒定的邏輯高電平，PWM高電平經(jīng)PWM鎖存器輸出至D端線仍為恒定的邏輯高電平，C3電容重新充電之前，D端線的高電平不會(huì)發(fā)生變化，封鎖輸出。當(dāng)故障消除后，A端線恢復(fù)為低電平正常值，T3截止，C3由50μA電流源緩慢充電，C3充電對(duì)PWM和D端線脈沖寬度產(chǎn)生影響，同時(shí)對(duì)P1和 P2輸出脈沖產(chǎn)生影響，其結(jié)果是使P1和P2脈沖由窄緩慢變寬，只有C3充電結(jié)束后，P1和P2的脈沖寬度才不受C3充電的影響。這種軟起動(dòng)方式，可使系統(tǒng)主回路電機(jī)及功率場效應(yīng)管承受過大的沖擊浪涌電流。SG3525脈寬調(diào)制型控制器是美國通用電氣公司的產(chǎn)品，作為SG3524的改進(jìn)型，更適合于運(yùn)用MOS管作為開關(guān)器件的DC/DC變換器，它是采用雙級(jí)型工藝制作的新型模擬數(shù)字混合集成電路，性能優(yōu)異，所需外圍器件較少。它的主要特點(diǎn)是：輸出級(jí)采用推挽輸出，雙通道輸出，占空比050%可調(diào)，每一通道的驅(qū)動(dòng)電流最大值可達(dá)200mA，灌拉電流峰值可達(dá)500mA?？芍苯域?qū)動(dòng)功率MOS管，工作頻率高達(dá)400KHz，具有欠壓鎖定、過壓保護(hù)和軟啟動(dòng)等功能。該電路由基準(zhǔn)電壓源、震蕩器、誤差放大器、PWM比較器與鎖存器、分相器、欠壓鎖定輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)，軟啟動(dòng)及關(guān)斷電路等組成，可正常工作的溫度范圍是0700℃。 V士1%，工作電壓范圍很寬，為8V到35V。 SG3525采用16端雙列直插DIP封裝，引腳圖及各端子功能介紹如下： SG3525A的引腳圖(反相輸入端1)：誤差放大器的反相輸入端，該誤差放大器的增益標(biāo)稱值為80db，其大小由反饋或輸出負(fù)載來決定，輸出負(fù)載可以是純電阻，也可以是電阻性元件和電容元件的組合。該誤差放大器共模輸入電壓范圍是1. 5V5. 2V。此端通常接到與電源輸出電壓相連接的電阻分壓器上。負(fù)反饋控制時(shí)，將電源輸出電壓分壓后與基準(zhǔn)電壓相比較。 （同相輸入端2)：此端通常接到基準(zhǔn)電壓16腳的分壓電阻上，取得2. 5V的基準(zhǔn)比較電壓與INV. INPUT端的取樣電壓相比較。 SYNC(同步端3)：為外同步用。需要多個(gè)芯片同步工作時(shí)，每個(gè)芯片有各自的震蕩頻率，可以分別他們的4腳和3腳相連，這時(shí)所有芯片的工作頻率以最快的芯片工作頻率同步。也可以使單個(gè)芯片以外部時(shí)鐘頻率工作。 (同步輸出端4)：同步脈沖輸出。作為多個(gè)芯片同步工作時(shí)使用。但幾個(gè)芯片的工作頻率不能相差太大，同步脈沖頻率應(yīng)比震蕩頻率低一些。如不需多個(gè)芯片同步工作時(shí)，3腳和4腳懸空。4腳輸出頻率為輸出脈沖頻率的2倍。輸出鋸齒波電壓范圍為0. 6V到3. 5V。 Cr(震蕩電容端5)：震蕩電容接至5腳，另一端直接接至地端。 F到0. 1 u F。正常工作時(shí)，. 5V變化的鋸齒波。 (震蕩電阻端6)：震蕩電阻一端接至6腳，另一端直接接至地端。的阻值決定了內(nèi)部恒流值對(duì)Cr充電。其取值范圍為2K歐到150K歐和Cr越大充電時(shí)間越長，反之則充電時(shí)間短。 DISCHATGE RD(放電端7)：Cr的放電由7兩端的死區(qū)電阻決定。把充電和放電回路分開，有利于通過死區(qū)電阻來調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間，使死區(qū)時(shí)間調(diào)節(jié)范圍更寬。其取值范圍為0歐到500歐。放電電阻RD和CT越大放電時(shí)間越長，反之則放電時(shí)間短。這樣，SG3525A的振蕩頻率可由下面的公式進(jìn)行計(jì)算： SOFTSTATR(軟啟動(dòng)8)：比較器的反相端即軟啟動(dòng)器控制端8，端8可外接軟啟動(dòng)電容，該電容由內(nèi)部的50uA恒流源充電。 COMPENSATION(補(bǔ)償端9)：在誤差放大器輸出端9腳與誤差放大器反相輸入端1腳間接電阻與電容，構(gòu)成PI調(diào)節(jié)器，補(bǔ)償系統(tǒng)的幅頻、相頻響應(yīng)特性。補(bǔ)償端工作電壓范圍為1. 5V到5. 2V。 SHUTDOWN(關(guān)斷端10)：10端為PWM鎖存器的一個(gè)輸入端，一般在10端接入過流檢測(cè)信號(hào)。過流檢測(cè)信號(hào)維持時(shí)間長時(shí)，軟起動(dòng)端8接的電容C被放電。一般用法是將過流脈沖信號(hào)送至關(guān)閉控制端10腳，當(dāng)腳10電壓大于0. 7V時(shí)，芯片將進(jìn)行限流操作，將使PWM鎖存器關(guān)斷，直至下一個(gè)時(shí)鐘周期才能夠恢復(fù)。OUTPUT A, OUTPUT B(脈沖輸出端114)：輸出末級(jí)采用推挽輸出電路，驅(qū)動(dòng)場效應(yīng)功率管時(shí)關(guān)斷速度更快。11腳和14腳相位相差180176。，拉電流和灌電流峰值達(dá)200mA。由于存在開閉滯后，使輸出和吸收間出現(xiàn)重迭導(dǎo)通。在重迭處有一個(gè)電流尖脈