斩控式单相交流调压电路要点

设计内容与设计要求设计内容：1.电路功能：1）用斩控方式实现交流调压，功率因数高，谐波小，输出波形好。2）电路由主电路与控制电路组成，主电路主要环节：主电力电子开关与续流管。控制电路主要环节：脉宽调制 PWM电路、电压电 流检测单元、驱动电路、检测与故障保护电路。3） 主电路电力电子开关器件采用 GTR、IGBT或MOSFET。4）系统具有完善的保护2 .系统总体方案确定3 .主电路设计与分析1）确定主电路方案2）主电路元器件的计算及选型3）主电路保护环节设计4.控制电路设计与分析1）检测电路设计2）功能单元电路设计3）触发电路设计4）控制电路参数确定设计要求：1 . 用SG3525产生脉冲。2 .设计思路清晰，给出整体设计框图；3 .单元电路设计，给出具体设计思路和电路；4 .分析所有单元电路与总电路的工作原理，并给出必要的波形分 析。5 .绘制总电路图6 .写出设计报告；主要设计条件1 .设计依据主要参数1）输入输出电压：单相（AC） 220 （慢15%）、0150V （AC）2）最大输出电流：5A3）功率因数： 0.72 .可提供实验与仿真条件说明书格式1 .课程设计封面；2 .任务书；3 .说明书目录；4 .设计总体思路，基本原理和框图（总电路图）；5 .单元电路设计（各单元电路图）；6 .故障分析与电路改进、实验及仿真等。7 .总结与体会；8 .附录（完整的总电路图）；9 .参考文献；10、课程设计成绩评分表进度安排第一周星期一：课题内容介绍和查找资料；星期二:总体电路方案确定星期三:主电路设计星期四：控制电路设计星期五:控制电路设计；第二周星期一：控制电路设计星期二：电路原理及波形分析、实验调试及仿真等 星期四五:写设计报告，打印相关图纸；星期五下午：答辩及资料整理第1章概述 11.1 单相交流调压 错误！未定义书签。1.2 交流调压在生活生产中的应用 错误！未定义书签。1.3 课题总体概述 1第2章设计总体思路 22.1 基本工作原理 22.2 总体方案确定 3第3章主电路设计与分析 43.1 主要技术条件及要求 43.2 主电路计算及元器件参数选型 43.3 主电路结构设计 53.4 主电路保护设计 6第4章单元控制电路设计 74.1 主控制芯片的详细说明及介绍 74.11 芯片的详细介绍 74.12 芯片的工作原理 84.2 驱动电路设计 94.3 过零检测及续流触发电路 104.4 控制保护电路设计 11第5章总结与体会 12第6章附录 15附录A参考文件 146第1章概述1.1 单相交流调压对单相交流电的电压进行调节的电路。用在电热控制、交流电动机 速度控制、灯光控制和交流稳压器等场合。与自耦变压器调压方法相比， 交流调压电路控制方便，调节速度快，装置的重量轻、体积小，有色金 属消耗也少。1.2 交流调压在生活生产中的应用交流调压电路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及 异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。在电力系统中，这种电 路还常用于对无功功率的连续调节。止匕外，在高电压小电流或低电压大 电流直流电源中，也常用交流高压电路调节变压器一次电压。因此交流 调压电路广泛存在于农村、轻工业、家用电器等小功率传动领域以及电 力机车供电系统。1.3 课题总体概述用斩控方式实现交流调压，功率因数高，谐波小，输出波形好。电路由主电路与控制电路组成，主电路主要环节：主电力电子开关与续流管。控制电路主要环节：脉宽调制 PWW路、电压电流检测单元、驱动电路、 检测与故障保护电路。本课题将利用单相斩控式交流调压电路实现一系列的功能。第2章设计总体思路2.1 基本工作原理一般采用全控型器件作为开关器件，其基本原理和直流斩波电路类 似，只是直流斩波电路的输入是直流电压，而斩控式交流调压电路输入 的是正弦交流电压。在交流电源 ui的正半周，用V1进行斩波控制，用 V3给负载电流提供续流通道；在ui的负半周，用V2进行斩波控制，用 V4给负载电流提供续流通道。设斩波器件 VI、V2的导通时间为ton,开 关周期为T,则导通比为a=ton/T ,和直流斩波电路一样，通过对a的调 节可以调节输出电压U0。2.2 总体方案确定在本设计中要求：输入电压：单相(AQ 220 (1+15% ,输出电压 0150V (A。,最大输出电流：5A,功率因数:> 0.7斩波器可调节输出电压的大小，同时斩控方式实现交流调压，功率 因数高，谐波小，输出波形好。斩控式单相交流调压电路中，用占空比控制低压侧的电压 .其中用 控制电路来实现IGBT管的通断，调节PWMfe的输出来改变控制角a ,从 而调节占空比的大小，进而用来调节输出电压的大小。初步设想将总电路分为三个部分：主电路、控制电路、保护电路。其中主电路为斩控式电路，斩波电路采用IGBT进行控制的脉宽调制方式 的斩控方式。控制电路采用 SG3525K片来对IGBT的通断进行控制。保 护电路包括主电路中的过电压和过电流保护、IGBT的保护。总电路框图 如图。#负 载控制电路主电路单项交流源保护电路第3章主电路设计3.1 主要技术条件及要求把两个品闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就 可以控制交流电力。这种电路不改变交流电的频率，称为交流电力控制 电路。在每半个周波内通过对品闸管开通相位控制，可以方便地调节输 出电压的有效值，这种电路称为交流调压电路。斩控式交流调压就是通过改变对晶闸管的导通的控制，可以是保持 开关周期T不变，调节开关导通时间Ton。斩波控制要求以比电源频率高得多的频率周期性接通和断开主电路 开关器件，把连续的正弦输入电压“斩”成离散的脉冲状加于负载。由 于开关器件以高频工作，在电路中必须实施强迫换流。为此斩波控制的 交流调压都是采用全控型双向开关器件。所以设计主电路采用的是 MOSFE新型的全控型器件，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关的 速度快，工作的频率高，符合设计的要求。3.2 主电路计算及元器件参数选型开关管选用MOSFET。MOSFET是高效、功率开关器件。它不仅承 场效应管输入阻抗高（108VV、驱动电流小（左右0.1右），还 具有耐压高（最高可耐压1200V）、工作电流大（1.5A100A）、输出 功率高（1250W）、跨导的线性好、开关速度快等优良特性因为功率因数指电压与电流的相位之间的关系，则由波形可以看出， 电源电流的基波分量是和电源电压同相位的，即位移因数为 1。另外，通 过傅里叶分析可知，电源电流不含低次谐波，只含和开关周期T有关的高次谐波。这些高次谐波用很小的滤波器即可滤除。这时电路功率因数 接近1。3.3 主电路结构设计在考虑到减少电路误差的情况下，我们采用了如图3.4所示的主电路，主回路由Ql Q3三个VMOS管和D1D3三个二极管组成的全控 整流电路实现对交流输入电压的斩波调压。当交流输入电压在正半周时， 电流流经VD1、Q3、VD3;当交流输入处于负半周时，电流流经 VD2、 Q3、VD4、； Q3始终处于正向电压作用下，当在Q3源栅极之间加入触发 信号时，Q3处于开关状态。调整加在栅极上的脉冲宽度即可调节输出电 压的大小。由于Q3处于开关状态，且 VMOS管具有很小的关断时间， 只要适当选择较低的饱和压降，Q3的功耗可以做得很小，所以该斩波调 压具有较高的效率。考虑到负载可能为感性的，加了由 Q1、Q2及D1、 D2组成的续流环节。当Q3关断时，在电压处于正半周时，Q2导通，Q1 关断，流经负载的电流通过 Q2、D1续流。在电压负半周，Q1导通， Q2关断，流经负载的电流通过 Q1、D2续流。为防止Q1、Q 2、Q3同时 导通而引起较大的短路电流，对加在Q1和Q2上的触发信号有一定要求， 这在过零触发电路中讨论。图中L1、C1为电源滤波网，以吸收瞬态过程 中的过电压，并减少对外线路的干扰。L2、C2为输出滤波环节，由于本 机调制频率取得较高，所以L2和C2只需很小值即可。其中每个 VMOS 管都有保护装置如图所示。其中Q3的PWM波控制由PWM波发生器通过对给定的调整产生， 输出占空比一定的PWM波。图3-3主电路图3.4 主电路保护设计为使主电路长期稳定、安全可靠地工作，必须设计各种类型的保护 电路，避免因电路出现故障、使用不当或条件发生变化而损坏电路上的 零器件。KM在主电路的常闭触点就在主电路上有一个线圈 KM的常闭触点，在电路的输出端用一变压 器进行降压然后再用整流桥进行整流使之变成直流电，输出电压与比较 器上设定的正5伏电压相比较，如果电路出现了过电压的现象，输出电 压就会高于设定值，比较器就会输出电压，使三极管导通，这样就会使 线圈KM的保护电路接通，线圈就会被通电，会断开，从而达到保护主电路的作用第4章单元控制电路设计4.1主芯片的相关说明本次课程设计由芯片SG3525产生脉冲，来控制VMOSFET来实现 斩波调压，它具有管脚数量少，外围电路简单等特点，因而得到了广泛 的应用。4.11芯片的详细介绍SG3525勺内部结构如图6-1所示， 它主要由基准电压调整器、震荡器、 误差放大器、比较器、锁存器、欠压锁定电路、闭锁控制电路、软启动 电路、输出电路构成。Output AGroundQSC.Output714 J OutputINV. inpFoninv.Shutdown图4-1 SG3525内部框图SG3525A系列脉宽调制器控制电路可以改进为各种类型的开关电源的控制性能和使用较少的外部零件。在芯片上的 5.1V基准电压调定在土 1%, 误差放大器有一个输入共模电压范围。它包括基准电压，这样就不需要 外接的分压电阻器了。一个到振荡器的同步输入可以使多个单元成为从 电路或一个单元和外部系统时钟同步。在 G和放电脚之间用单个电阻器 连接即可对死区时间进行大范围的编程。在这些器件内部还有软起动电 路，它只需要一个外部的定时电容器。一只断路脚同时控制软起动电路 和输出级。只要用脉冲关断，通过 PWM脉宽调制）锁存器瞬时切断和具有较长关断命令的软起动再循环。当 Vx低于标称值时欠电压锁定禁止输 出和改变软起动电容器。输出级是推挽式的可以提供超过200mA的源和漏电流。SG3525Ag歹的NOR（或非）逻辑在断开状态时输出为低。工作范围为8.0V到35V- 5.1V± 1.0 %调定的基准电压 100Hz到400KH纯荡器频率分立的振荡器同步脚4.12 芯片的工作原理SG3525内置了 5.1V精密基准电源，微调至1.0%,在误差放大器共 模输入电压范围内，无须外接分压电组。SG3525还增加了同步功能，可以工作在主从模式，也可以与外部系统时钟信号同步，为设计提供了极 大的灵活性。在CT引脚和Discharge引脚之间加入一个电阻就可以实现 对死区时间的调节功能。由于 SG352外部集成了软启动电路，因此只需 要一个外接定时电容。SG3525的软启动接入端（引脚