【正文】 直流斬波電路的設(shè)計(jì) 28 參考文獻(xiàn) [1] 王兆安，劉進(jìn)軍 .電力電子技術(shù)（第 5 版） .北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,. [2] 陳道煉 .DCDC逆變技術(shù)及其應(yīng)用 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,2020. [3] 張乃國 .電源技術(shù)．北京：中國電力出版社 ,1998. [4] 何希才．新型開關(guān)電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用．北京：科學(xué)出版社 ,2020. [5] 阮新波，嚴(yán)仰光．直 流開關(guān)電源的軟開關(guān)技術(shù)．北京：科學(xué)出版社 ,2020. [6] 王云亮 .電力電子技術(shù) (第一版 ).北京 .電子工業(yè)出版社 ,. [7] 王兆安 ,黃?。娏﹄娮蛹夹g(shù) (第 4 版 ).北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,2020. [8] 梁延貴主編 .現(xiàn)代集成電路實(shí)用手冊可控硅觸發(fā)電路分冊 .北京 :科學(xué)技術(shù)文 獻(xiàn)出版社 ,. [9] 劉錦波，張承慧 .電機(jī)與拖動(dòng) .北京：清華大學(xué)出版社 ,2020. [10] 林敏 .計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及工程應(yīng)用 .北京：國防工業(yè)出版社 ,. [11] 陳志明 .電 力電子器件基礎(chǔ) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,1992. [12] 尹克寧 .電力工程 .北京：中國電力出版社 ,2020. 。 這次的課題設(shè)計(jì)，我獲 益頗多，不僅讓我了解了電力電子器件的功能，更精進(jìn)了我對器件的理解和運(yùn)用，讓我深深喜歡上了這門學(xué)科。 一次小小的課題設(shè)計(jì)，也可以折射到一次對人生的規(guī)劃，課題的設(shè)計(jì)是我人生設(shè)計(jì)的一部分，為我人生的規(guī)劃埋下了美好的種子。課程設(shè)計(jì)并沒有想象中的那么順利，其間我也遇到了很多的困難，但是在大家的討論和老師的幫助下我們還是完成了，這讓我意識到只要我們努力了，就沒有攻不過的難關(guān)，而且，對于電力電子技術(shù)的思考，讓我的邏輯思維能力大大提高，思維更加敏捷。 直流斬波電路的設(shè)計(jì) 27 總結(jié)與體會(huì) 做過很多次各科的課程設(shè)計(jì)了，但是這次的課程設(shè)計(jì)給我的印象最深。 圖 輸出電壓波形仿真開始 圖 輸出電壓穩(wěn)定后波形 直流斬波電路的設(shè)計(jì) 26 圖 二極管與電容兩端的電壓 由圖 分析可知示波器、電壓表、電流表所觀測的結(jié)果與理論值相符，誤差很小在允許范圍內(nèi)。用示波器觀察輸出波形和二極管與電容兩端電壓波形，用直流電壓分別檢測輸出電壓和負(fù)載電流。 升壓斬波電路仿真 Multisim 仿真電路的建立 根據(jù)直流升壓壓變流器原理圖建立變流器的 Multisim 仿真模型如圖 所示。修改電感參數(shù)進(jìn)行多次仿真，可發(fā)現(xiàn)增大電感可以減少輸出電壓的脈動(dòng)，但電壓達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間被延遲。 圖 輸出波形圖 直流斬波電路的設(shè)計(jì) 24 圖 二極管電壓波形圖 由圖 ，誤差在允許范圍內(nèi)。用示波器觀察輸出波形和二極管兩端電壓波形，用直流電壓分別檢測輸出電壓和負(fù)載電流。 直流斬波電路的設(shè)計(jì) 22 圖 R7=10KΩ時(shí)觸發(fā)脈沖波形圖 圖 R7=50KΩ時(shí)觸發(fā)脈沖波形圖 直流降壓斬波電路的仿真及分析 Multisim 仿真電路的建立 根據(jù)直流降壓變流器原理圖建立變流器的 Multisim仿真模型如圖 。 圖 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路圖 系統(tǒng)總電路 系統(tǒng)的總電路如圖 所示： 圖 系統(tǒng)總電路 直流斬波電路的設(shè)計(jì) 21 3 電路仿真 觸發(fā)電路的仿真 Multisim 仿真電路的建立 在 Multisim 中用元件 PWMVM代替 PWM控制芯片 SG3525， PWMVM 的外接電路如圖 所示，根據(jù)仿真電路圖原理通過改變 R7 的大小可以改變脈沖占空比，改變脈沖的占空比就是對脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，即構(gòu)成脈沖寬度控制器，通過占空比的控制從而控制輸出電壓的大小。因此本文采用 SG3525 設(shè)計(jì)的光耦驅(qū)動(dòng)電路是一種可靠的 MOSFET 驅(qū)動(dòng)方案。一般 數(shù)字信號處理器構(gòu)成的控制系統(tǒng)， MOSFET 驅(qū)動(dòng)信號由處理器集成的 PWM 模塊產(chǎn)生的。本文設(shè)計(jì)的電路采用的是專用集成塊驅(qū)動(dòng)電路。電子電路作為第一保護(hù)措施，快熔僅作 為短路時(shí)的部分區(qū)段的保護(hù)，直流快速斷路器整定在電子電路動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過電流繼電器整定在過載時(shí)動(dòng)作。 過電流保護(hù)電路如圖所示，其中交流側(cè)接快速熔斷器能對晶閘管元件短路及直流側(cè)短路起保護(hù)作用。由于電力電子器件的電流過載能力相對較差，必須對變換器進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^流保護(hù)。 直流斬波電路的設(shè)計(jì) 19 圖 RC 阻容過電壓保護(hù)電路圖 過電流保護(hù) 當(dāng)電力電子電路運(yùn)行不正?；蛘甙l(fā)生故障時(shí)，可能會(huì) 發(fā)生過電流。將電容并聯(lián)在回路中，當(dāng)電路中出現(xiàn)電壓尖峰電壓時(shí)，電容兩端電壓不能突變的特性，可以有效地抑制電路中的過壓。 過電壓保護(hù) 過壓保護(hù)要根據(jù)電路中過壓產(chǎn)生的不同部位，加入不同的保護(hù)電路，當(dāng)達(dá)到 — 定電壓值時(shí)，自動(dòng)開通保護(hù)電路，使過壓通過保護(hù)電路形成 通路，消耗過壓儲(chǔ)存的電磁能量，從而使過壓的能量不會(huì)加到主開關(guān)器件上，保護(hù)了電力電子器件。因 EXB841 無過流自鎖功能，所以外加過流保護(hù)電路，一旦產(chǎn)生過流，可通過外接光耦 TLP521 將過流保護(hù)信號輸出至控制電路，經(jīng)過一定延時(shí)，以防止誤動(dòng)作和保證進(jìn)行軟關(guān)斷，然后由觸發(fā)器鎖定，實(shí)現(xiàn)保護(hù)，得到電路的控制驅(qū)動(dòng)部分。 直流斬波電路的設(shè)計(jì) 18 利用 EXB841 驅(qū)動(dòng)芯片設(shè)計(jì)其驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖 所示，兩個(gè) 47uf電容用于吸收噪音，在腳 3 輸出脈沖的同時(shí)，通過快速二極管 VD1 檢測 IGBT的 CE 間的電壓。 1V，內(nèi)部含有 5V穩(wěn)壓電路，為 ICBT的柵極提供 +15V 的驅(qū)動(dòng)電壓，關(guān)斷時(shí)提供 5V 的偏置電壓，使其可靠關(guān)斷。下面簡單介紹一下它的工作原理。 針對以上分析，我選取了 EXB841 驅(qū)動(dòng)芯片。但是它需要較多的工作電源，其對脈沖信號有 1μ s 的時(shí)間滯后，不適應(yīng)于某些要求比較高的場合。其提供的脈沖寬度不受限制，較易檢測 IGBT 的電壓和電流的狀態(tài)，對外送出過流信號。針對以上幾個(gè)要求，對驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行以下設(shè)計(jì)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路檢測到過流時(shí)發(fā)出電流信號，由于電阻的作用將 10 腳的電位抬高，從而 1 14 腳輸出低電平，而當(dāng)其沒有過流時(shí)， 10腳一直處于低電平，從而正常的輸出 PWM波。 SG3525 有過流保護(hù)的功能，可以通過改變 10 腳電壓的高低來控制脈沖波的輸出。 輸出級作了結(jié)構(gòu)性改進(jìn) ,電路結(jié)構(gòu)改為確保其輸出電平處于高電平，或低電平狀態(tài)。把充電和放電回路分開，有利于通過 RD 來調(diào)節(jié) 死區(qū)的時(shí)間，這是重大的改進(jìn)。 SG3525 的振蕩器，除了 CT 及 RT引腳外，增加了放電直流斬波電路的設(shè)計(jì) 17 引腳 同步引腳 3。這樣，當(dāng)關(guān)閉電路動(dòng)作，即使過電流信號立即消失，鎖存器也可維持一個(gè)周期的關(guān)閉控制，直到下一個(gè)周期時(shí)鐘信號使鎖存器復(fù)位為止。這樣， 便避免了彼此相互影響，有利于誤差放大器和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)工作精度的提高。該電容由內(nèi)部 5V基準(zhǔn)參考電壓的 50μ A 恒流源充電，使占空比由小到大（ 50％）變化。 增設(shè)欠壓鎖定電路 ,電路主要作用是當(dāng) IC輸入電壓 8V 時(shí)，集成塊內(nèi)部電路鎖定，停止工作（基準(zhǔn)源及必要電路除外），使之消耗電流降至很?。s 2mA）。根據(jù)任務(wù)要求需要頻率為 50kHz，可得 f=，基本滿足要求。 此外， SG3525 還具有以下功能，即無論因?yàn)槭裁丛蛟斐?PWM 脈沖中止，輸出都將被中止，直到下一個(gè)時(shí)鐘信號到來， PWM 瑣存器才被復(fù)位。 欠電壓鎖定功能同樣作用于輸出級和軟啟動(dòng)電路。如果該高電平持續(xù)，軟啟動(dòng)電容將充分放電，直到關(guān)斷信號結(jié)束，才重新進(jìn)入軟啟動(dòng)過程。 外接關(guān)斷信號對輸出級和軟啟動(dòng)電路都起作用。 當(dāng)輸出電壓因輸入電壓的升高或負(fù)載的變化而升高時(shí)，誤差放大器的輸出將減小，這將導(dǎo)致 PWM 比較器輸出為正的時(shí)間變長， PWM瑣存器輸出高電平的時(shí)間也變長，因此輸出晶體管的導(dǎo)通時(shí)間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。只有軟啟動(dòng)電容充電至其上的電壓使引腳 8 處于高電平時(shí)， SG3525 才開始工作。上電過程中，由于電容兩端的電壓不能突變，因此與軟啟動(dòng)電容接入端相連的 PWM 比較器反向輸入端處于低電平， PWM 比較器輸出高電平。由于SG3525 內(nèi)部集成了軟啟動(dòng)電路，因此只需要一個(gè)外接定時(shí)電容。 SG3525 還增加了同步功能，可以工作在主從模式，也可以與外部系統(tǒng)時(shí)鐘信號同步，為設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。 （ 10）雙路輸出（灌電流 /拉電流）： mA(峰值 )。 （ 8）具有 PWM 瑣存功能，禁止多脈沖。 （ 6）內(nèi)置軟啟動(dòng) 電路。 （ 3）振蕩器工作頻率范圍寬： 100Hz400KHz. （ 4）具有振蕩器外部同步功能。 特點(diǎn)如下： （ 1）工作電壓范圍寬： 8— 35V。 (引腳 16)：基準(zhǔn)電源輸出端。引腳 14 和引腳 11 是兩路互補(bǔ)輸出端。 (引腳 13)：輸出級偏置電壓接入端。引腳 11 和引腳 14 是兩路互補(bǔ)輸出端。該端可與保護(hù)電路相連，以實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)。 (引腳 10)：外部關(guān)斷信號輸入端。 (引腳 9)： PWM 比較器補(bǔ)償信號輸入端。 (引腳 8)：軟啟動(dòng)電容接入端。 (引腳 7)：振蕩器放電端。 (引腳 5)：振蕩器定時(shí)電容接入端。該端接外部同步脈沖信號可實(shí)現(xiàn)與外電路同步。根據(jù)需要，在該端與補(bǔ)償信號輸入端（引腳 9）之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型的調(diào)節(jié)器。 (引腳 2)：誤差放大器同向輸入端 。在閉環(huán)系統(tǒng)中，該引腳接反饋信號。根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性要求，在誤差放大器的輸出腳 9和腳 1 之間一般要添加適當(dāng)?shù)姆答佈a(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。振蕩器還直流斬波電路的設(shè)計(jì) 13 設(shè)有外同步輸入端腳 腳 1 及腳 2分別 為芯片內(nèi)部誤差放大器的反相輸入端、同相輸入端。其中，腳 16 為 SG3525 的基準(zhǔn)電壓源輸出，精度可以達(dá)到（ 177。把充電和放電回路分開，有利于通過 RD 來調(diào)節(jié)死區(qū)的時(shí)間，因此是重大改進(jìn)。 （ 2） 振蕩器 3525A 的振蕩器，除 CT、 RT 端外，增加了放電、同步端 3。它供電給所有內(nèi)部電路，同時(shí)又可作為外部基準(zhǔn)參考電壓。 100Hz 到 400KHz 振蕩器頻率 177。 輸出級是推挽式的可以提供超過 200mA的源和漏電流。只要用