【正文】 脈沖關(guān)斷，通過 PWM（脈寬調(diào)制）鎖存器瞬時切斷和具有較長關(guān)斷命令的軟起動再循環(huán)。在這些器件內(nèi)部還有軟起動電路，它只 需要一個外部的定時電容器。一個到振蕩器的同步輸入可以使多個單元成為從電路或一個單元和外部系統(tǒng)時鐘同步。 1％，誤差放大器有一個輸入共模電壓范圍。 直流斬波電路的設(shè)計 12 2 觸發(fā)電路設(shè)計 控制及驅(qū)動電路設(shè)計 PWM 控制芯片 SG3525 簡介 SG3525A 系列脈寬調(diào)制器控制電路可以改進(jìn)為各種類型的開關(guān)電源的控制性能和使用較少的外部零件。檢查接線正確后，接通主電路和控制電路的電源。斬波電路的主電路包括降壓斬波電路和升壓斬波電路兩種，電路中使用的器件為電力 MOSFET，注意觀察其型號、外形等。 斬波電路的輸 入直流電壓 ui由低壓單相交流電源經(jīng)單相橋式二極管整流及電感電容濾波后得到。降壓斬波主電路原理圖如圖 所示： 圖 降壓斬波電路原理圖 接通控制電路電源，用示波器分別觀察鋸齒波和 PWM 信號的波形（實驗裝置應(yīng)給出測量端，位置在圖中已標(biāo)出），記錄其波形、頻率和幅值。 直流斬波電路的設(shè)計 11 設(shè)計方案選定與說明 由于這些電路中都需要直流電源，所以這部分由以前所學(xué)模擬電路知識可以由整流器解決。 IGBT 驅(qū)動電路的設(shè)計可借助仿真軟件Multisim 來進(jìn)行。 斬波調(diào)速器負(fù)載選用額定電壓為 220V，額定電流為 的他勵直流電動機(jī)實現(xiàn)電機(jī)的單向調(diào)速，即電機(jī)的單象限運(yùn)行。 主電路的設(shè)計 課程設(shè)計的目的 熟悉降壓斬波電路和升壓斬波電路的工作原理，掌握兩種基本斬波電路的工作狀態(tài)，了解電路圖的波形情況及占空比對波形的影響 ，本設(shè)計主要講述直流降壓斬波電路。則β和占空比α有如下關(guān)系 α +β =1 （ 14） 因此式（ 13）可表示為 EEU?? ??? 1 110 （ 15） 升壓斬波 電路之所以能使輸出電壓高于電源電壓，關(guān)鍵有兩個原因 :一是電感 L 儲能之后具有使電壓泵升的作用，二是電容 C可將輸出電壓保持住。 offtT/ ≥ 1，輸出電壓高于電源電壓，故為升壓斬波電路。調(diào)節(jié)開關(guān)器件 V的通斷周期可以調(diào)整負(fù)載側(cè)輸出電流和電壓的大小。當(dāng)可控開關(guān) V處于通態(tài)時，電源E向電感 L 充電，充電電流基本恒定為 I1，同時電容 C上的電壓向負(fù)載 R 供電。 圖 占空比 50%時的波形 圖 占空比 30%時的波形 直流斬波電路的設(shè)計 9 圖 占空比 98%時的波形 直流升壓斬波電路 直流升壓變流器用于需要提升直流電壓的場合，其原理圖如圖 所示。 30%，最大（ 98%）時，重復(fù)步驟 7。 （幅值與波形）正常的情況下，接上負(fù)載（燈泡）及脈沖輸入信號。 （ 50V 整流電路）輸出電壓的幅值和波形。注意電壓 +、 極性不可接錯。 降壓斬波電路實驗室驗證 理論學(xué)習(xí)后，在實驗室進(jìn)行了直流降壓斬波電路實驗驗證，直觀看出了導(dǎo)通占空比α對負(fù)載的電壓平均值 0U 的影響，其實驗器材和接線圖如圖 所示： 圖 電力電子實驗實訓(xùn)裝置 直流斬波降壓電路內(nèi) 容和步驟 : 。 （ 2）保持開關(guān)導(dǎo)通時間 ont 不變，改變開關(guān)周期 T，稱為頻率調(diào)制或調(diào)頻型。由于電路有開關(guān)頻直流斬波電路的設(shè)計 7 率高的特點，所以直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)與 VM 系統(tǒng)相比，在許多方面具有較大的優(yōu)越性，例如主電路線路簡單 ，需用的功率元件少，低速性能好，穩(wěn)速精度高，因而調(diào)速范圍寬，開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗和發(fā)熱都較少，調(diào)速裝置效率和電網(wǎng)功率因素高，系統(tǒng)的頻帶寬、快速性能好、動態(tài)抗擾能力強(qiáng)等等。這些環(huán)節(jié)都是根據(jù)用戶要求首先被選擇而確定下來的，從而構(gòu)成了系統(tǒng)的固有部分。較低的壓降，轉(zhuǎn)換成一個低 VCE(sat)的能力，以及 IGBT 的結(jié)構(gòu)，同一個標(biāo)準(zhǔn)雙極器件相比，可支持更高電流密度，并簡化 IGBT 驅(qū)動器的原理圖。由于實現(xiàn)一個較高的擊穿電壓 BVDSS 需要一個源漏通道，而這個通道卻具有很高的電阻率，因而造成功率 MOSFET 具有 RDS(on)數(shù)值高的特征， IGBT 消除了現(xiàn)有功率 MOSFET 的這些主要缺點。這是由于閉環(huán)控制系統(tǒng)具有反饋環(huán)節(jié)。這種調(diào)速系統(tǒng)的電動機(jī)的轉(zhuǎn)速要受到負(fù)載波動及電源電壓波動等外界擾動的影響。 調(diào)速通常通過給定環(huán)節(jié)，中間放大環(huán)節(jié)，校正環(huán)節(jié)，反饋環(huán)節(jié)和保護(hù)環(huán)節(jié)等來實現(xiàn)。 PWM 控制技術(shù)是一中廣泛應(yīng)用于控制領(lǐng)域的技術(shù)，其原理是利用沖量相等而形狀相通的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)時候，效果基本相通。 直流系統(tǒng)調(diào)速是由功率晶閘管、移相控制電路、轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速電路、積分電路、電流反饋電路、以及缺相和過流保護(hù)電路，通常指人為地或自動地改變直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足工作機(jī)械的要求。 在具有升降壓功能的非隔離式 DC／ DC 變換器中， BuckBoost 變換器和 Cuk變換器是負(fù)極性輸出， Sepic 變換器和 Zeta 變換器是正極性輸出，但這兩個變換器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，都需要兩個儲能電感，這必然導(dǎo)致變換器的損耗增加、效率變低，且體積和質(zhì)量大。為在 V 關(guān)斷是給負(fù)載的電桿電流提供通道，設(shè)置了續(xù)流二極管 VD。 (5)電感 選擇大電感 L(為 700mL)。而一 般的 IGBT 都滿足要求。由圖 易知當(dāng) IGBT 截止時，回路通過二極管續(xù)流，此時 IGBT 兩端承受最大正壓為 200V；而當(dāng) ? =1 時， IGBT 有最大電流，其值為1A。 IGBT 綜合了以上兩 種器件的優(yōu)點，驅(qū)動功率小而飽和壓降低。 GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動電流較大 。所以由歐姆定律可得負(fù)載電阻值應(yīng)該在 ??2020200 。其直流穩(wěn)壓電源模塊前面已完成，以該 直流穩(wěn)壓電源作為系統(tǒng)電源。 負(fù)載電流平均 值為： c) 電流斷續(xù)時的波形EV+MRLVDioEMuoiGtttOOOb) 電流連續(xù)時的波形TEiGtonto f fio i1i2I10I20t1uoOOOtttTE EiGiGtonto f fiotxi1i2I20t1t2uoEMa ) 電路圖電流斷續(xù)時的波形電流連續(xù)時的波形電路圖直流斬波電路的設(shè)計 5 R EUI m?? 00 (12) 由圖 11b、 c可見，電流斷續(xù)時 0U 平均值會被抬高，一般不希望出現(xiàn)。 由式（ 11）可知，輸出到負(fù)載的電壓平均值 0U 最大為 E ，減小 ? ， 0U 隨之減小。調(diào)節(jié)開關(guān)器件V的通斷周期，可以調(diào)整負(fù)載側(cè)輸出電流和電壓的大小。為了使負(fù)載電流連續(xù)且脈動小，通常使串聯(lián)的電感 L 值較大。 如圖 11b 中 V 的柵射電流 iG波形所示，在 t=0時刻開關(guān)器件 V 導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓 u0=E，負(fù)載電流 i0按指數(shù)曲線上升。斬波電路主要用于電子電路的供電電源，也可拖動直流電動機(jī)或帶蓄電池負(fù)載等，后兩種情況下負(fù)載中均會出現(xiàn)反電動勢，如圖中 EM所示。 該電路使用一個全控型器件 V，圖中為 IGBT,也可使用其他器件，若采用晶閘管，需設(shè)置使晶閘管關(guān)斷的輔助電路。目前已取代了原來 GTR 和一部分電力 MOSFET 的市場，應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)展，成為中小功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件。 直流斬波電路廣泛應(yīng)用于直流傳動和開關(guān)電源領(lǐng)域，是電力電子領(lǐng)域 的熱點。 利用不同的基本斬波電路進(jìn)行組合，可構(gòu)成復(fù)合斬波電路，如電流可逆斬波電路、橋式可逆斬波電路等。 直流斬波電路的種類較多，包括 6 種基本斬波電路：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、 Cuk 斬波電路、 Sepic 斬波電路和 Zeta 斬波電路，其中前兩種是最基本的電路。直流斬波電路一般是指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟姷那闆r，不包括直流 交流 直流的情況。直接直流變流電路也稱為斬波電路（ DC Converter），它的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電，一般是指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟?，這種情況下輸入與輸出之間不隔離。 (5) 掌握基本實驗方法與訓(xùn)練基本實驗技能。 (3) 了解各種開關(guān)元件的控制電路、緩沖電路和保護(hù)電路。 電力電子技術(shù)課程的學(xué)習(xí)要求 (1) 熟悉和掌握常用電力電子器件的工作機(jī)理、特性和參數(shù)，能正確選擇和使用它們。 (4) 電力電子智能化的進(jìn)展，在一定程度上將信息處理與功率處理合一，使微電子技術(shù)與電力電子技術(shù)一體化，其發(fā)展有可能引起電子技術(shù)的重大改革。 (3) 電力電子技術(shù)高頻化和變頻技術(shù)的發(fā)展，將使機(jī)電設(shè)備突破工頻傳統(tǒng)，向高頻化方向發(fā)展。 (2) 改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和發(fā)展機(jī)電一體化等新興產(chǎn)業(yè)。通過電力電子技術(shù)對電能的處理，使電能的使用達(dá)到合理、高效和節(jié)約，實現(xiàn)了電能使用最佳化。 綜上所述可以看出，微電子技術(shù)、電力電子器件和控制理論則是現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展動力。各種新穎、復(fù)雜的控制策略和方案得到實現(xiàn)，并具有自診斷功能，并具有智能化的功能。現(xiàn)在已有專為各種控制直流斬波電路的設(shè)計 2 功能設(shè)計的專用集成電路，使變換器的控制電路大為簡化。 70 年代以后，出現(xiàn)了通和斷或開和關(guān)都能控制的全控型電力電子器件 (亦稱自關(guān)斷型器件 )，如：門極可關(guān)斷晶閘管 (GTO)、雙極型功率晶體管 (BJT/GTR)、功率場效應(yīng)晶體管 (PMOSFET)、絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT)等。與這些旋轉(zhuǎn)式的交流機(jī)組比較 ,利用電力電子器件組成的靜止的電能變換器 ,具有體積小、重量輕、無機(jī)械噪聲和磨損、效率高、易于控制、響應(yīng)快及使用方便等優(yōu)點。 （ 4）直流 直流 (DCDC)變換，將恒定直流變成斷續(xù)脈沖輸出，以改變其平均值。 （ 3）交 交 (ACAC)變換，將交流電能的參數(shù) (幅值或頻率 )加以變換。這是與整流相反的變換，也稱為逆變。 變換器共有四種類型： （ 1）交流 直流 (ACDC)變換：將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。前者有電壓幅值和極性的不同，后者除電壓幅值和極性外，還有頻率和相位的差別。電力電子學(xué)是橫跨“電子”、“電力”和“控制”三個領(lǐng) 域的一個新興工程技術(shù)學(xué)科。它主要研究各種電力電子器