【正文】 元器件選擇及參數(shù)計(jì)算（1）三端穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓器的輸出電壓 Vo應(yīng)與穩(wěn)壓電源要求的輸出電壓的大小及范圍相同。二極管選用IN4004,以便在出現(xiàn)反向電壓時(shí)可以迅速導(dǎo)通，保護(hù)三端穩(wěn)壓模塊7812。12伏雙路穩(wěn)壓電源（1）使用中應(yīng)注意：①整流橋輸出地端應(yīng)接在大電解電容上，以利于降噪。5伏的單路直流穩(wěn)壓電源，供給HCPL316J芯片工作。12V輸出的直流穩(wěn)壓電源一樣，也是由變壓器、二極管整流橋、濾波器和集成穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)組成。5伏雙路穩(wěn)壓電源 177。 +15伏穩(wěn)壓電壓電源 177。從圖可見，穩(wěn)壓電源由變壓器、二極管整流橋、濾波器和集成穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)組成。、最好采用漏電流小的鉭電容， ，如采用電解電容，則電容量要比圖中數(shù)值增加10倍。 三端固定穩(wěn)壓器三端固定穩(wěn)壓器CW78與LM317不一樣，為固定式三端穩(wěn)壓器，它只能輸出一個(gè)穩(wěn)定電壓。方案3：采用多電源供電方式，即對數(shù)字電路、模擬電路、驅(qū)動(dòng)電路分別供電，這種方案即降低了系統(tǒng)各個(gè)模塊間的干擾，還保證了電源能為各部分提供足夠的工作電流，提高系統(tǒng)的可靠性。方案2：采用雙電源，即電源負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路等強(qiáng)電部分用一個(gè)電源，模擬電路、數(shù)字電路等弱電部分用一個(gè)電源。如果采用單一電源，各個(gè)部分很可能造成干擾，系統(tǒng)無法正確工作，還可能因?yàn)樨?fù)載過大，電源無法提供足夠的工作電流。這種方法明顯不行。在接口電路設(shè)計(jì)中應(yīng)注意: ①要求驅(qū)動(dòng)芯片的供電電壓比較穩(wěn)定，否則會(huì)損壞芯片； ②該芯片的控制功率電源較多，而且還有部分高壓信號(hào)與其相連，因此在布線制板時(shí)一定要考慮電源之間的間距和芯片輸出到IGBT之間的距離；③為了提高系統(tǒng)的抗共模干擾能力，可以在控制器和驅(qū)動(dòng)電路之間加光耦。用555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路檢測FAULT信號(hào)，如果有故障，則封鎖PWM輸出。故障檢測信號(hào)與復(fù)位信號(hào)一樣，以總線方式聯(lián)接在一起送進(jìn)控制器中。復(fù)位信號(hào)可采用局部復(fù)位、全局復(fù)位和自動(dòng)復(fù)位方式。用戶能夠靈活設(shè)計(jì)HCPL316J驅(qū)動(dòng)電路和控制電路之間的接口。為了防止同一橋臂的上、下管同時(shí)導(dǎo)通而引起IGBT 直通燒毀，在硬件電路上采用了一端為控制信號(hào)另一端接地的方式。正向電壓為18V，反向關(guān)斷電壓為－5V，芯片驅(qū)動(dòng)電壓為5V。R2的作用是限制芯片在腳上的外抽電流，它與，構(gòu)成IGBT集電極短路保護(hù)電路。為了提高故障信號(hào)的抗干擾能力,在引腳接一個(gè)上拉電阻和。IGBT正向?qū)〞r(shí)的柵源電壓為；反向截止時(shí)的為。IGBT柵極最大驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)2. 5 A ,最大驅(qū)動(dòng)電流= 150 A , =1 200 V ,最大開關(guān)速度為500 ns ,較寬的工作電壓范圍為15～30 V。 HCPL316J 是一種簡單的智能型驅(qū)動(dòng)器芯片。值太大管子發(fā)熱嚴(yán)重,保護(hù)起不到作用, 過小會(huì)引起保護(hù)頻繁動(dòng)作,不利于系統(tǒng)穩(wěn)定工作。,所以。該時(shí)間為設(shè)定的保護(hù)盲區(qū),能有效防止IGBT 在工作中瞬時(shí)短時(shí)間過流而使保護(hù)動(dòng)作。如果IGBT開通的瞬間集電極和發(fā)射極短路,軟關(guān)斷電路將在大約后啟動(dòng)。該時(shí)間由引腳DESAT充電電流、DESAT閾值電壓與外接DESAT電容的大小決定。這一過程稱為軟關(guān)斷,它能有效降低硬關(guān)斷所引起的對功率管的損害。②退飽和故障檢測保護(hù)當(dāng)IGBT在導(dǎo)通時(shí)發(fā)生過流, VCE急劇升高超過設(shè)定的VCE保護(hù)電壓,DASAT引腳電壓大于7V ,退飽和保護(hù)電路開始工作, FAULT電位鎖定在高電平,A,B點(diǎn)為低電位,三級(jí)復(fù)合達(dá)林頓管和50xDMOS 管被禁止,1*DMOS管激活緩慢降低柵極電壓,當(dāng)柵極電壓低于2V時(shí),50*DMOS 管開通使柵極電壓牢牢夾斷在VEE。（2）實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能時(shí)① 欠壓保護(hù)當(dāng)Vcc2低于UVLO=12V時(shí),電路中UVLO保護(hù)和DESAT保護(hù)同時(shí)激活,A點(diǎn)為低電位,使輸出一直保持在低電位,封鎖IGBT,以免在過低的柵源電壓下IGBT導(dǎo)通時(shí)燒毀管子?；竟ぷ髟砣缦?（1）正常工作時(shí)閾值電壓UVLO點(diǎn)為低電平,DESAT 腳和7 V比較輸出為低電平, E 點(diǎn)信號(hào)隨LED1 變化,FAULT點(diǎn)電位始終為低電平,三級(jí)復(fù)合達(dá)林頓管工作,輸出電壓VOUT=VC。11正向及反向輸入信號(hào)端,經(jīng)過內(nèi)部光耦隔離放大后輸出端 內(nèi)部邏輯電路結(jié)構(gòu)分析　　　該芯片片內(nèi)分為驅(qū)動(dòng)隔離和保護(hù)隔離兩部分主要功能模塊?！败洝盜GBT關(guān)斷； —欠飽和檢測及帶滯環(huán)欠壓鎖　　　定保護(hù)； —光隔離，故障狀態(tài)反饋； 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　下面給出具體設(shè)計(jì)過程及其應(yīng)用。鑒于對電源和驅(qū)動(dòng)的要求,結(jié)合本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇了AGILENT公司的光電耦合驅(qū)動(dòng)器件HCPL316J 設(shè)計(jì)電路及與控制器的接口。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。（5）不應(yīng)影響IGBT的開關(guān)特性。 （3）由于快開關(guān)的和雜散電感相互作用，開關(guān)電路產(chǎn)生噪聲，以及電路中其它的電磁干擾，故障檢測應(yīng)有一定的抗干擾能力。 （1）在器件實(shí)效之前完成IGBT的關(guān)斷，對于IGBT所經(jīng)歷的所有工作狀況，它應(yīng)該是成立的。 在主電路所示IGBT的逆變電路中，T1 和T3, T2和T4分別組成一個(gè)橋臂，如果由于故障或誤操作使得同一橋臂上的IGBT同時(shí)導(dǎo)通，即會(huì)產(chǎn)生橋臂短路現(xiàn)象，比如，T1和T3同時(shí)導(dǎo)通即會(huì)由短路電流流過兩個(gè)IGBT，其電流通路如圖所示。對于負(fù)載變化引起的過載，通過閉環(huán)控制，是可以調(diào)節(jié)的。在T3由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)， D1不通并承受反壓，Cs1通過R1充電，所充電壓為，其中L1為變壓器的漏感。這里選擇二極管型號(hào)為MUR8100。電阻要選為無感電阻。若阻抗很小，會(huì)使電流波動(dòng)，IGBT開通時(shí)的集電極電流初始值將增大，在滿足的前提下，希望選取盡可能大的阻值，選取R=10Ω。當(dāng)T1由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，由于主回路的雜散電感，電流Io將通過CsD1流向變壓器原邊，管子兩端的電壓為電容電壓與二極管電壓之和，由于電容器Cs1上的電壓不能突變，所以T1管子兩端電壓將得到抑制。 IGBT過壓的原因及抑制 IGBT關(guān)斷時(shí)，由于主回路電流的急劇變化，主回路的雜散電感引起高壓，產(chǎn)生開關(guān)浪涌電壓，由于此開關(guān)浪涌電壓，關(guān)斷時(shí)的電壓軌跡超過了RBSOA（反向偏置電壓安全動(dòng)作區(qū)域）就會(huì)損壞元件。⑥驅(qū)動(dòng)電路與控制電路應(yīng)嚴(yán)格隔離。+UGE增大時(shí)，IGBT通態(tài)壓降和開通損耗均下降，但負(fù)載短路時(shí)的IC增大，IGBT能承受短路電流的時(shí)間減少，對其安全不利，因此在有短路過程的設(shè)備中UGE應(yīng)選得小些，一般選12～15V。③驅(qū)動(dòng)電路要能傳遞幾百Hz的脈沖信號(hào)。②用內(nèi)阻小的驅(qū)動(dòng)源對柵極電容充放電，以保證柵極控制電壓UGE有足夠陡的前后沿，使IGBT的開關(guān)損耗盡量小?！　”驹O(shè)計(jì)中的門極電阻可選取30Ω。而門極電阻減小，則又使增大，可能引發(fā)IGBT誤導(dǎo)通，同時(shí)RG上的損耗也有所增加。因此，驅(qū)動(dòng)電路輸出選擇+18V和5V為開通和關(guān)斷電壓。因?yàn)楫?dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)，會(huì)在集電極和射極間產(chǎn)生很高的電壓上升率，引發(fā)較大的位移電流，使得門極與發(fā)射極間的電壓升高，可能超過門極閥值，導(dǎo)致脈沖浪涌電流過大，發(fā)生擎住效應(yīng)。由此可知當(dāng)門極電壓在15V左右時(shí)，通態(tài)壓降接近飽和，但是門極電壓不能超過20V，否則可能擊穿門極與發(fā)射極之間的氧化膜，這里選擇18V。正偏置電壓UGE增加，通態(tài)電壓UCE下降，開通能耗EON也下降，只有當(dāng)UGE大到一定值時(shí)，UCE才能達(dá)到較低的飽和值。 絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）對驅(qū)動(dòng)電路的要求 門極電壓對開關(guān)特性的影響及選擇驅(qū)動(dòng)電路的要求與IGBT的特性密切相關(guān)。②整流電路相關(guān)參數(shù)四個(gè)整流二極管可以選擇IN4001，根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，負(fù)載電阻R1取1Ω,由式RC≥(3～5)T/2，T為交流電源的周期，應(yīng)為1/500Hz，取C=2T/R1=25 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)　 驅(qū)動(dòng)電路的作用是將控制電路輸出的PWM脈沖放大到足以驅(qū)動(dòng)IGBT，所以單從原理上講，驅(qū)動(dòng)電路主要起開關(guān)功率放大作用，即脈沖放大作用器。（2）電流互感器在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用電流互感器運(yùn)用于電流取樣反饋電路，電流互感器從主電路變壓器負(fù)載大電流二次側(cè)取出交流信號(hào)，經(jīng)過電容濾波的單相橋式不可控整流電路，成為直流信號(hào)，然后通過反相放大器放大到所需值后進(jìn)入比例放大器進(jìn)行調(diào)制。在這種情況下，被測線路中的大電流全部變成互感器的空載電流，使鐵心中的磁密大為提高，從而使二次繞組感應(yīng)出十分高的電動(dòng)勢，可使絕緣擊穿，且危及工作人員。按額定變流比誤差，、。電流互感器存在變流比和相位兩種誤差。為了保證安全，且防止靜電荷的累積，影響儀表讀數(shù)，所以電流互感器二次側(cè)必須有一端接地。 電流互感器（1）電流互感器原理及接法測量高壓線路里的電流或測量大電流，不宜將儀表直接接入電路，而用一臺(tái)有一定變比的升壓變壓器，即電流互感器，將高壓線路隔開，或?qū)⒋箅娏髯冃?，再用電流表進(jìn)行測量。由于本設(shè)計(jì)中的輸出電流頻率為20KHz，所以由頻率公式，CT可取1nf，RT可用100K的滑動(dòng)變阻器來調(diào)節(jié)頻率。VREF(基準(zhǔn)電壓端16)：基準(zhǔn)電壓端16腳的電壓由內(nèi)部控制在5. 1 V土1%。如果該腳電壓低于門限電壓(Turnoff=8V)，該芯片內(nèi)部電路鎖定，停止工作（基準(zhǔn)源及必要電路除外)使之消耗的電流降至很小(約2mA)。 。 VC(推挽輸出電路電壓輸入端13)：作為推挽輸出級(jí)的電壓源，提高輸出級(jí)輸出功率。GROUND(接地端12)：該芯片上的所有電壓都是相對于GROUND而言，即是功率地也是信號(hào)地。在重迭處有一個(gè)電流尖脈沖，起持續(xù)時(shí)間約為l00ns。拉電流和灌電流峰值達(dá)200mA。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。過流檢測信號(hào)維持時(shí)間長時(shí)，軟起動(dòng)端8接的電容C被放電。補(bǔ)償端工作電壓范圍為1. 5V到5. 2V。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。其取值范圍為0歐到500歐。 DISCHATGE RD(放電端7)：Cr的放電由7兩端的死區(qū)電阻決定。的阻值決定了內(nèi)部恒流值對Cr充電。正常工作時(shí)，. 5V變化的鋸齒波。 Cr(震蕩電容端5)：震蕩電容接至5腳，另一端直接接至地端。4腳輸出頻率為輸出脈沖頻率的2倍。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。 (同步輸出端4)：同步脈沖輸出。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。 （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。此端通常接到與電源輸出電壓相連接的電阻分壓器上。 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℃。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。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。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。（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。故障信號(hào)產(chǎn)生的關(guān)閉過程與欠電壓鎖定過程類似。過流保護(hù)環(huán)節(jié)檢測到的故障信號(hào)使10腳為高電平。（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。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。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。，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。改變R的大小，這樣就可調(diào)控SG3525輸出的PWM脈沖頻率。其外圍電路可對串聯(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。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。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。 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。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。1V柵極擊穿電壓177。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?？梢赃x用4700uF/400V的電解電容2只串聯(lián)。（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。