【正文】 2,最小為 I1。電感電流一周期內(nèi)的平均值與負(fù)載電流 Io 相等 ,即 212o III += 將式 ()、 ()同時(shí)代入關(guān)系式21 LI I I = D可得 ( )1 12 do T DDLUII= 當(dāng)電感電流處于臨界連續(xù)狀態(tài)時(shí) ,應(yīng)有 I1=0,將此關(guān)系代入上式可求出維持電流臨界連續(xù)的電感值 Lo 為 ( )12 dooT DDUL I= 在 Buck 電路中 ,如果濾波電容 C 的容量足夠大 ,則輸出電壓 Uo 為常數(shù)。然而在電容 C為有限值的情況下 ,直流輸出電壓將會(huì)有紋波成分。假定 iL 中所有紋波分量都流過電容器 ,而其平均分量流過負(fù)載電阻。在圖 (d)電感 iL 的波形中 ,當(dāng) iLIL 時(shí) ,C 對(duì)負(fù)載放電 。在iLIL 時(shí) ,C 被充電。因?yàn)榱鬟^電容的電流在一周期內(nèi)的平均值為零 ,那么在 T/2 時(shí)間內(nèi)電容充電或放電的電荷量可用波形圖中陰影面積來表示 ,即 12 2 2 2 8L LD T T D T TQ I I????? ? ? ? ????? 紋波電壓的峰 峰值Δ Uo 為 o QCU DD= 并將式 ()代入得 88LLo TC fCIIU DDD = =Δ ( ) ( ) ( )2 2 2118 8 8o d o doodD D DL C L C L CU U U UUU f f fU D = = = 所以 ,電流連續(xù)時(shí)的輸出電壓紋波為 ? ? ? ? 2221 128ooD CDLCfUU f f?? ?? ? ? ?????? 上式中 f=1/T 是 Buck 電路的開關(guān)頻率 , 12C LCf p=是電路的截止頻率。它表明通過選擇合適 的 L、 C 值 ,在滿足 fcf 的條件下 ,可以限制輸出紋波電壓的大小 ,而且紋波電壓的大小與負(fù)載無關(guān)。 濾波電路的選擇 在大多數(shù)電子設(shè)備中，整流電路都要加接濾波電路，以減小整流電壓的脈動(dòng)程度， 21 適合穩(wěn)壓電路的需要。 (1)電容濾波電路 最簡(jiǎn)單也是最常用的濾波電路就是在負(fù)載上并聯(lián)一個(gè)電容器，利用電容器充放電時(shí)端電壓不能躍變的特性使直流輸出電壓穩(wěn)定。 (2)電感濾波電路 電感濾波電路則是在負(fù)載上串聯(lián)一個(gè)電感線圈，由于通過電感線圈的電流發(fā)生變化時(shí)，線圈中要產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的變化，因而使負(fù)載電流和負(fù)載電壓的脈 動(dòng)大為減小。頻率愈高，電感愈大，濾波效果愈好，所以一般用于高頻場(chǎng)合。 (3)復(fù)式濾波電路 LC濾波器，適用于電流較大、要求輸出電壓脈動(dòng)很小的場(chǎng)合，用于高頻時(shí)更為合適。 Π形 LC濾波器，濾波效果更好。由于電感線圈體積大而笨重，成本又高。 用電阻替代電感的 Π形 RC濾波器，可以達(dá)到同樣的濾波效果，但由于電阻上有直流壓降，因此主要適用于負(fù)載電流較小的場(chǎng)合。 通過對(duì)上述幾種主要的濾波電路的分析，所以本次設(shè)計(jì)采用電容濾波電路，濾波電容容量大，因此一般采用電解電容，在接線時(shí)要注意電解電容的正、負(fù)極。電容濾波電路利用電容的 充、放電作用，使輸出電壓趨于平滑。 參數(shù)計(jì)算及選型 整流變壓器的設(shè)計(jì) 整流變壓器起到隔離和降壓的作用。對(duì)變壓器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到變壓器磁化曲線的非線性，在鐵心中要得到正弦磁通，激磁電流必定要含有三次諧波。當(dāng)變壓器采用△ Y聯(lián)結(jié)時(shí)，可以供給產(chǎn)生正弦磁通所需要的三次諧波電流，這樣主磁通將保持接近正弦，當(dāng)然電勢(shì)也就接近正弦。因此本文設(shè)計(jì)的變壓器是原邊采用△繞法，副邊采用 Y 繞法。 整流變壓器的計(jì)算和選擇： 經(jīng)過計(jì)算，經(jīng)過三相全控整流橋整流得到的整流電壓的幅值為 75V 25d VU = 20 6 .6 733md AII = = = cosdUU a= 取 00a= = 2 0 .8 1 6 0 .8 1 6 6 .6 7 5 .4 4d AII= = ? 2 25 7U == （ 1） 變壓器的選擇 22 計(jì)算 P2 選擇鐵心 22 23 3 21 .3 7 5. 44 34 8. 72UPI== 創(chuàng) = 查附錄選擇 25 40 64SD 創(chuàng) 鐵心 由該表查得 01 = 02 = 1 /jAmm= C=32mm （ 2） 計(jì)算一二次繞組匝數(shù) 1 1 0 1 38 0 2. 80 10 64N U N= = ? 2 2 0 2 21 .3 7 3. 04 65N U N= = ? 1212N IN I= 2 2115 . 4 4 6 5 0 . 3 31064 ANII N 180。= = = (3) 一二次導(dǎo)線截面積 211 0 .1 7 0 .0 53 .6 2jI mmA = = = 222 0 . 2 7 0 . 0 73 . 6 2jI mmA = = = 11 1 1 3 38 0 0. 33 37 6. 2S m U I? ? ? ? ? 22 2 2 3 21 .3 7 5. 44 34 8. 76S m U I? ? ? ? ? ( )121 3 6 2 .4 82S SS= + = 變壓器二次側(cè)阻容保護(hù)計(jì)算 通過查表可知 : 2 10000CK = 2 = PK = 0222 2 5 . 4 41 0 0 0 0 5 0 . 9 15 0 2 1 . 3 7C FfIC K U ?? ? ? ?? 電容的耐壓取 倍 即 2 25 50V? ? ? 222 022 1 . 3 70 . 3 1 . 1 85 . 4 4P URK I? ? ? ? ? 23 ? ? ? ?2223 3 1 . 1 8 6 . 5 502 0 . 2 5 5 . 4 4R WPP K I R? ? ? ? ? ? ?? 晶閘管的選擇 晶閘管的選擇是保證晶閘管工作在其安全工作區(qū)內(nèi)，主 要包括額定電壓、額定電流。 Vked 確定晶閘管額定電壓時(shí)，考慮到晶閘管在恢復(fù)阻斷時(shí)引起的換相過電壓，以及在操作和事故過程中產(chǎn)生的各種過電壓影響，額定電壓必須留有 (2~3)倍的余量。即 Vked (2~3)Vm 其中 Vm 為晶閘管承受的最大正反向峰值電壓， 在本設(shè)計(jì)中 Vm = 26U = 6 180。 =53V Vked (2~3)Vm 159V 2. 晶閘管額定電流 IT 晶閘管額定電流的計(jì)算原則是必須使額定電流 IT 大于實(shí)際流過晶閘管的電流平均值I ? ?avT .考慮過載系數(shù)，通常取 1~2 倍。 K= ( ) 2 2 0 .5 9 9 2 0 2 3 .9 6T A V Id AIK=? 創(chuàng) = ( )1 .5 7 3 7 .6 2TN T A V AII== 取 40TNI = 所以 晶閘管選取 KP—40 型號(hào) 晶閘管的保護(hù) 晶閘管在使用中，因電路中電感的存在而導(dǎo)致?lián)Q相過程產(chǎn)生 Ldi/dt，或系統(tǒng)自身出現(xiàn)短路、過載等故障 .所以要做好晶閘管的過電壓、過電流保護(hù)。 1 晶閘管的過電壓保護(hù) 常見的晶閘管過電壓有交流側(cè)過電壓和直流側(cè)過電壓 . (1) 交流側(cè)過電壓阻容保護(hù) 24 下圖給出阻容保護(hù) 常用的接線圖，其中電阻 R、 C用下面關(guān)系式近似計(jì)算 ： a 交流側(cè)得阻容保護(hù)星型接法 b 交流側(cè)的阻容保護(hù)三角形接法 圖 315 交流測(cè)的阻容保護(hù)接法 R0IUSU Z?????????=2 ?????????= ? ?????????2206 USIC = ?? = ? F 式中 :UZ — 整流變壓器的阻抗電壓，以額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示，對(duì)于本設(shè)計(jì)， UZ = 4%~10%。 Io— 變壓器空載電流，以額定電流的百分?jǐn)?shù)表示，對(duì)于本設(shè)計(jì)， Io=4%~10% U2 — 變壓器二次相電壓有效值 (V)。 S—— 變壓器每相的平均視在容量 (VA)。 阻容保護(hù)三角形連接時(shí)， 電容器的電容量小但耐壓要求高聯(lián)接時(shí)，阻容保護(hù)星形連接時(shí)，電容器的電阻值要大但耐壓要求低、電阻值也小，通常增大 C 能降低作用到晶閘管上的過電壓 L di/dt 和 dv/dt，但過大的 C 值不僅增大體積，而且使 R 的功耗增大，并使晶閘管導(dǎo)通時(shí)的 di/dt 上升。增大電阻 R 有利于抑制振蕩但過大的 R 不僅使抑制振蕩的作用不大，反而降低了電容抑制 Ldi/dt 的效果 ,并使 R 的功率增大，所以一般希望 R 小一些(約 5~100)。為降低電阻的溫度電阻功率應(yīng)選電阻上可消耗功率值的 2 倍左右。 電容的耐壓 ? = ?? =130V 阻容電流： CI = CfCU?2 = 6 ?????= 電阻的功率 226 RIC? = 2 ?? = 選用的電容為： 5 F? /200V 選用的電阻為： ? / (2) 非 線性阻容吸收裝置保護(hù)（壓敏電阻） 25 壓敏電阻 RV 的選擇 UmA1 U?? ?= 5032 ???=168V 選用壓敏電阻的型號(hào)為： MYD14K271 (3)、直流側(cè)過電壓阻容保護(hù) 直流側(cè)過電壓保護(hù)一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容吸收的方法。吸收電阻與吸收電容的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式為 : KC =(2~4) 3101?TI =(2~4) ?? =~? F 電容耐壓 ? = ?? =130V RK =10~30? 阻容電流： CI = CKUfC?2 = 6 ?????= 電阻的功率取 選用的電容為： F? /200V 選用的電阻為： 20? / 2晶閘管的過電流保護(hù) 本設(shè)計(jì)采用與元件串聯(lián)的快速熔斷器作過載與短路保護(hù)。 快速熔斷器的選擇 通過晶閘管電流有效值 IT=58A, 故選用 RLS70 的熔斷器，熔體電流為 70A。 阻容濾波電路的參數(shù)計(jì)算 在三相橋式全控整流電路中，輸出直流的基波脈動(dòng)頻率為 300Hz。為了保證整流輸出電壓為一平直電壓，濾波電路的時(shí)間常數(shù)，即濾波電容器 dC 和直流電源的等效負(fù)載電阻R d 的乘積應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于整流輸出電壓的基波脈動(dòng)周期，實(shí)際應(yīng)用中一般取 68 倍即可。即： ddRC =（ 6~8） /300=（ 20~27） ? ?S?310? 得： dC =（ 20~27） ? ?FRd ?1103? 取 dR =10~100? 則 dC =200~2021 F? 26 實(shí)際中選用 dC =2021 F? 濾波電容的耐壓值按整流最大輸出電壓選取，即 抗器的 dL 參數(shù)計(jì)算的 dL 作用主要是限流，限制流過晶閘管的電流尖峰，改善網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)。 dL 一般可以按照下面的式子進(jìn)行計(jì)算求取： ddCL =(20~23) ? ?FmH ??? 310 則 dL =（ 20~23）dC310? =10~? ?mH 因此 dL 可以按照 10mH ， 100A 選擇。 在選用 dL 和 dC 時(shí) ,除了考慮限流、濾波功能外，還需要考慮到在電源額定工作狀態(tài)下，斬波器因某種原因突然停止工作時(shí)，儲(chǔ)存在中 dL 的能量將轉(zhuǎn)移到 dC 中，此過程會(huì)使端 dC電壓升高，此電壓則直 接加到 IGBT 上，因此選擇時(shí)也 dL 不能取的太大。值應(yīng) dL 該滿足 : 22dddd IUCL ? （ k1） 2 其中 k 為升壓系數(shù)，一般取 。如果與的取值不能滿足上面的關(guān)系式則需要適當(dāng)?shù)脑龃?dC 或者減小 dL . 本設(shè)計(jì)中 : 22dddIUC （ k1） 2 =80? ?mH 因此前面的取值在 10mH 合理范圍內(nèi)，無需調(diào)整。 27 第 4章 控制電路部分設(shè)計(jì) 控制部分介紹 本設(shè)計(jì)的控制部分，主要是通過單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整流電路的控制，具體的是對(duì)整流電路中晶閘管的觸發(fā)角 α 的大小的控制，以此以達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，即對(duì)輸出脈沖的幅值的控制。首先是從負(fù)載檢測(cè)輸出的脈沖電流的幅值，然后將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)送入單片機(jī)，同時(shí)將其與 給定輸入的電壓信號(hào)進(jìn)行比較，通過 PID 運(yùn)算，以確定最后輸出的脈沖滿足任務(wù)的要求。 單片機(jī)介紹 本次設(shè)計(jì)要用到的單片機(jī)是凌陽 16位單片機(jī)。 凌陽 16 位單片機(jī)的 CPU 內(nèi)核即為凌陽最新推出的μ ’nSP (TM )16位微處理器 (以下簡(jiǎn)稱μ ’nSP(TM )) 芯片 ,它構(gòu)成了 SPCE 系列單片機(jī) (以下簡(jiǎn)稱 SPCE) 。 SPCE 除了數(shù)據(jù)總線被增至 16位而大大提高了操作速度以外 , 還特別地被賦予了數(shù)字信號(hào)處理 DSP (Digital Signal Processing) 功能。 SPCE 可以在較寬的電源電壓 范圍內(nèi)工作 , 并且工作頻率范圍 可從 0. 375MHz 到 24. 57