【正文】 ，技術(shù)上較為困難。門極可關(guān)斷晶閘管 GTO，解決了普通晶閘管的這些缺點。但是，GTO 在解決關(guān)斷問題的同時，技術(shù)上又產(chǎn)生新的問題，除了關(guān)斷電流大，控制復(fù)雜之外，關(guān)斷時產(chǎn)生的電流分布不均勻問題將導(dǎo)致器件局部劇烈發(fā)熱而損壞，使GTO 的可靠性降低，加之觸發(fā)功率大，因此 GTO 一直沒有得到廣泛應(yīng)用。大功率三極管突出的優(yōu)點是關(guān)斷性好，但是，由于大功率的條件限制，問題就遠沒有這樣簡單了。大功率三極管目前普遍存在的缺點是：過電壓和過電流能力差，易損壞；存在放大區(qū)，開關(guān)損耗大；存在擎?。ㄗ枣i）現(xiàn)象，一旦發(fā)生導(dǎo)致器件損壞；點狀芯片結(jié)構(gòu)，多片并聯(lián)，不能作成大面積芯片，可靠性和散熱性差。因此在大功率的斬波應(yīng)用中暴露出很多問題。大功率三極管 GTR，曾經(jīng)在早期的變頻調(diào)速中應(yīng)用，由于存在二次擊穿等問題，很快被淘汰。功率場效晶體管 MOSFET 與 GTR 相比，功率 MOSFET 具有開關(guān)速度快、損耗低、驅(qū)動電流小、無二次擊穿現(xiàn)象等優(yōu)點。它的缺點是電壓還不能太高、電流容量也不能太大。所以目前只適用于小功率電力電子變流裝置。絕緣門極晶體管 IGBT，是一種復(fù)合型電力電子器件。由于它結(jié)合了 MOSFET 和 GTR的特點，既具有輸入阻抗高、速度快、熱穩(wěn)定性好和驅(qū)動電路簡單的優(yōu)點，又具有輸入通態(tài)電壓低，耐壓高和承受電流大的優(yōu)點，這些都使 IGBT 比 GTR 有更大的吸引力。在變頻器驅(qū)動電機，中頻和開關(guān)電源以及要求快速、低損耗的領(lǐng)域。IGBT 有著主導(dǎo)地位。因此在本設(shè)計中是采用了綜合性能比較好的 IGBT，但是因為它的價錢較其它元件要高，因此增加了設(shè)備的成本。無源逆變電壓計算FcFr Fr=10KHz Fc=150 KHzUo(AV)=Uo1 Uo1=UdMsinαk令 M=Uo1=Mud/√2=168V所以改變整流控制角 αUd=0～264V Uo1=0~168V逆變電流的計算I=U01/R=168/=IGBT 轉(zhuǎn)移特性IGBT 輸出特性波形IGBT 型號和參數(shù)系列 型號 Uce Ic25cIcTc80cUce(sat)Tc80cEoffTo125cRkwIrTc256IfTcMVI4512T6K 43 31 45 32MVI6012T6K 58 41 245 32X11E1packMIV8012T6K120080 56 680 51MWI7512T8T 10025 5150 100MWI10012T8T140100 1 12 5200 130X113E3packMWI10012T8T1200200180 1 17 8Thd ThdMII13012E4 280200 2 20 1300 190MII40012E4 420300 30 8450 290X130a/b/cMID40012ES1200420300 30 8450 290結(jié)論說以本設(shè)計選用 X111E1PACK 系列，MVI4512T6K 型號的 IGBT。保護電路用 IN4007的二極管。 LC 濾波電路濾波器輸出設(shè)計,如圖 225 所示設(shè)：F 為逆變器輸出頻率(10KHz).Fk 最低次諧波電壓頻率（30 KHz）。Fc 濾波器的截至頻率。Fc=2Fk/(EBOEBO)Bo=lnUkim/UkomUkim:濾波器輸入端最低次諧波的電壓幅值Ukom：濾波器輸出端最低次諧波的電壓幅值F=10KHz Fk=30KHz （Fc《FK）設(shè) Ukim=10V Ukom=3VBo=lnUkim/Ukom=EBO=EBO=+=Fc=230/=元件的計算LoCo=1/(2πf) 2Lo/Co=（～） 2圖 225 濾波器電路圖選擇 Lo/Co（） 2Lo=Uo1=168V 令 150VK=150/1000=R=K2RL=100MΩ=Lo=10 3=13mHCo/Lo=1/（） 2Co=濾波器輸出電壓設(shè) CoR 并聯(lián)諧振為 Z2Z=Z1+Z2=JWLo+Z2Z2=RL*1/JWCo/RL+1/JWCo將 RL=37Ω Co=解：Z L=()Z1=J2π*10 4**103=U2=Z2/（Z 1+Z2）*U 1Z2/（Z 1+Z2）=（）/+()=()/+J(*)=()/===()(1+)/()(1+)=1+=Z2/（Z 1+Z2）=U2=*168=201V結(jié)論電容選擇 CY22/234，電感選擇 SDCL2022D TYPE。 高頻升壓電路 變壓器的概述變壓器的最基本型式，包括兩組繞有導(dǎo)線之線圈，并且彼此以電感方式稱合一起。當(dāng)一交流電流(具有某一已知頻率)流于其中之一組線圈時，于另一組線圈中將應(yīng)出具有相同頻率之交流電壓，而感應(yīng)的電壓大小取決于兩線圈耦合及磁交鏈之程度。一般指連接交流電源的線圈稱之為「一次線圈」(Primamary coil)；而跨于此線圈的電壓稱之為「一次電壓」。在二次線圈的感應(yīng)電壓可能大于或小于一次電壓，是由一次線圈與二次線圈問的「匝數(shù)比」所決定的。因此，變壓器區(qū)分為升壓與降壓變壓器兩種。大部份的變壓器均有固定的鐵心，其上繞有一次與二次的線圈。基于鐵材的高導(dǎo)磁性，大部份磁通量局限在鐵心里，因此，兩組線圈藉此可以獲得相當(dāng)高程度之磁耦合。在一些變壓器中，線圈與鐵心二者間緊密地結(jié)合，其一次與二次電壓的比值幾乎與二者之線圈匝數(shù)比相同。因此，變壓器之匝數(shù)比，一般可作為變壓器升壓或降壓的參考指標(biāo)。由于此項升壓與降壓的功能，使得變壓器已成為現(xiàn)代化電力系統(tǒng)之一重要附屑物，提升輸電電壓使得長途輸送電力更為經(jīng)濟，至于降壓變壓器，它使得電力運用方面更加多元化，吾人可以如是說，倘無變壓器，則現(xiàn)代工業(yè)實無法達到目前發(fā)展的現(xiàn)況。 變壓器的原理：圖 226 是電源變壓器的原理圖，當(dāng)一個交流電壓 U1 加在初級線圈兩端時，導(dǎo)線中就有交變電流 I1 并產(chǎn)生交變磁通 ф1，它沿著鐵心穿過初級線圈和次級線圈形成閉合的磁路，在次級線圈中感應(yīng)出互感電勢 U2，同時 ф1 也會在初級線圈上感應(yīng)出一個自感電勢 E1，E1 的方向與所加電壓 U1 方向相反而幅度相近，從而限制了 I1 的大小。為了保持磁通 ф1 的存在就需要有一定的電能消耗，并且電源變壓器本身也有一定的損耗，盡管此時次級沒接負載，初級線圈中仍有一定的電流，這個電流我們稱為“空載電流”。如果次級接上負載，次級線圈就產(chǎn)生電流 I2，并因此而產(chǎn)生磁通 ф2，ф2 的方向與ф1 相反，起了互相抵消的作用，使鐵心中總的磁通量有所減少，從而使初級自感電壓E1 減少，其結(jié)果使 I1 增大，可見初級電流與次級負載有密切關(guān)系。當(dāng)次級負載電流加大時 I1 增加，ф1 也增加，并且 ф1 增加部分正好補充了被 ф2 所抵消的那部分磁通，以保持鐵心里總磁通量不變。圖226 變壓器原理圖 變壓器的設(shè)計根據(jù)“電力電子設(shè)備設(shè)計和應(yīng)用手冊”，王兆安、張明勛主編，進行高頻升壓變壓器的設(shè)計。1. 變壓器設(shè)計的前提根據(jù)圖 可得以下公式：?0U00011jwcRLjjcwRL??VU180?i52. 變壓器的設(shè)計1）、輸入給定 Vi80?AIi7kHzf10? VUAI705.?2）、計算變壓器總功率其中：變壓器效率 η= 輸出功率 KWP10? t253）、確定工作磁感應(yīng)強度 )(TBm?選擇 E、E 型磁芯材料（R2KB）；選雙極性變壓器=?4）、確定電流密度系數(shù) Kj查表 1818，得允許溫升 25℃，Kj=3665）、確定窗口填充系數(shù) αT一般在 ～ 之間，選 α=6）、計算乘積 PA按式 18128 計算 ??????????????104BKjTftpχ：由磁芯決定的常數(shù)，見表 1818，χ=?????????查表 1815 得到磁芯尺寸，如圖 227 所示 ????l 2? .187el ?PA01Pt?????????圖 227 雙 E 型磁芯圖7）.計算原、副線圈的匝數(shù)8）、計算電流有效值9)、電流密度計算 J依照 18127 ???10）、導(dǎo)線面積計算 ?2212 ?11）、取導(dǎo)線直徑 3.????12）、計算導(dǎo)線根數(shù) 根根 ??An?根根 ???An13）、平均匝數(shù) mBLl 2485421 ??14）、導(dǎo)線長度 lNl 7603011 ????3842722?第 3 章 控制保護電路的論證及設(shè)計 整流逆變控制電路 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路要使晶閘管導(dǎo)通，除了加上正向陽極電壓外，還必須在門極和陰極之間加上適當(dāng)?shù)恼蛴|發(fā)電壓與電流。為門極提供觸發(fā)電壓與電流的電路稱為觸發(fā)電路。對晶閘管觸發(fā)電路來說，首先觸發(fā)信號應(yīng)該具有足夠的觸發(fā)功率（觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流），以保證晶閘管可靠導(dǎo)通；其次觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度，脈沖的前沿要陡峭；最后觸發(fā)脈沖必須與主電路晶閘管的陽極電壓同步并能根據(jù)電路要求在一定的移相范圍內(nèi)移相。圖 31 所示為全控整流中的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，其方式采用了單結(jié)晶體管同步觸發(fā)電路，其中單結(jié)晶體管的型號為 BT33。 圖 31 全控整流中的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路當(dāng)把單結(jié)晶體管觸發(fā)電路用于可控整流電路時，主電路中的晶閘管在每次承受正向電壓的半周內(nèi)，接受第一個觸發(fā)脈沖的時刻應(yīng)該相同。如果在電源電壓每個正半周的控制角 α 不同，輸出電壓平均值就會不穩(wěn)定，使發(fā)出觸發(fā)脈沖的時間與電源電壓互相配合，稱為觸發(fā)電路與主電路同步。在圖 31 中，主電路和觸發(fā)電路通過變壓器都取自同一個交流電源，這樣就保證了兩者電壓的頻率相同，而且同相。在觸發(fā)電路中，變壓器副邊電壓經(jīng)單相橋式整流后得到電壓 u，再經(jīng)電阻 R1 和穩(wěn)壓管 D2 組成的穩(wěn)壓電路，在穩(wěn)壓管 D2 兩端得到一個近似的梯形波 Uz。梯形電壓供給 RC 電路充電。當(dāng) uc 上升到單結(jié)晶體管的峰點電壓 Up 時，單結(jié)晶體管導(dǎo)通，使電容器上的電荷經(jīng) R1 迅速放電，而在 R1 兩端產(chǎn)生第一個尖脈沖電壓。當(dāng) uc 低于谷點電壓 Uv 時，單結(jié)晶體管回復(fù)截止。電容器再次充、放電，產(chǎn)生第二個尖脈沖電壓，當(dāng)因此在一個梯形波內(nèi)產(chǎn)生一組脈沖，并在梯形波電壓降到零時，電容器上的電荷也放完。這一組脈沖中的第一個用于觸發(fā)晶閘管。當(dāng)?shù)诙€梯形波開始后，又從頭開始產(chǎn)生第二組脈沖。顯然每組脈沖的第一個脈沖發(fā)出的時間都相同，即α1=α2=α3=…。因此負載 RL 上得到可控全波電壓 uo。電路中各處的電壓波形如圖 32 所示。下面說明圖 31 電路中的幾個元件的作用。（1） 穩(wěn)壓管的削波作用：穩(wěn)壓管將整流所得的全波電壓 u 削去頂上一塊，得到近似的梯形波 uz。頂部穩(wěn)定的電壓 uz 使單結(jié)晶體管輸出的脈沖幅度和每半周產(chǎn)生第一個脈沖的時間不受電網(wǎng)電壓波動的影響。（2） 變壓器的同步作用：通過變壓器將觸發(fā)電路與主電路接在同一電源上，每當(dāng)主電路的交流電源電壓過零值時，穩(wěn)壓管上的電壓 uz 也過零值，兩者同步。因此變壓器又稱為同步變壓器。在 uz 過零值時，單結(jié)晶體管兩基極間的電壓 UBB 也為零。這時電容 C 上如果還有電荷，它將向 R1 很快放掉，保證電容 C 在每一個半波開始時從零開始充電，使每個半周產(chǎn)生第一個脈沖的時間保持不變，從而使晶閘管的導(dǎo)通角和輸出電圖 32 電路中各處的電壓波形壓平均值保持不變。（3） 改變 Rp 的移相作用：如欲調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，可以通過改變 Rp 的大小，即改變電容器充電時間常數(shù)來實現(xiàn)。若使電位器 Rp 阻值減小，C 的充電變快，因而每半周出現(xiàn)一個脈沖的時間前移，即 α 角減小，θ 角增大，輸出電壓的平均值隨之變大。所以，改變 Rp 可以移相，調(diào)整輸出電壓。 SPWM 產(chǎn)生電路1. LM4651 的引腳功能LM4651 是美國國家半導(dǎo)體公司推出的新型集成電路芯片, LM4651 采用 28 腳塑料封裝,圖 33 為 LM4651 封裝頂視圖。LM4651 是一種 PWM 控制/驅(qū)動器 IC,內(nèi)置振蕩器、PWM 比較器、誤差放大器、反饋測量放大器、數(shù)字邏輯與保護電路及驅(qū)動器等,表 1 列出了 LM4651 的引腳功能。圖 33 28 腳 DIP 封裝的 LM4651表 1 LM4651 的引腳功能腳號 引腳符號 功 能 描 述1 OUT1 輸出到功率 MOSFET 柵極驅(qū)動電路的基準(zhǔn)腳1,27 BS1,BS2 為驅(qū)動上面的柵極 HGHG2 提供額外偏置的自舉腳3 HG1 半橋中1 高端柵極驅(qū)動輸出4 HG2 半橋中2 高端柵極驅(qū)動輸出5,15 GND 模擬地6 +6VBYP 模擬電路內(nèi)部調(diào)節(jié)正電壓輸出,該腳僅用作內(nèi)部調(diào)整器旁路7 +Vcc IC 正電源電壓輸入8 6VBYP 模擬電路內(nèi)部調(diào)節(jié)負電壓輸出,該腳僅用作內(nèi)部調(diào)整器旁路9 FBKVo 反饋測量放大器輸出腳10 ERRIN 誤差放大器反相輸入腳。該腳上的輸入音頻信號與反饋信號相加11 ERRVo 誤差放大器輸出腳12 TSD 熱關(guān)閉輸入腳,連接 LM4652 的熱關(guān)