输出可调开关电源毕业论文

现设计一个就是了。。。。很简单。按照PDF来设计，然后再试验的过程中，调整好参数就可以了。。。

什么是逆变电源？为什么要逆变？--------------------------------------------------------------------------------2008-09-18 14:29:30 智典电子频道利用晶闸管电路把直流电转变成交流电,这种对应于整流的逆向过程,定义为逆变。例如:应用晶闸管的电力机车,当下坡时使直流电动机作为发电机制动运行,机车的位能转变成电能,反送到交流电网中去。又如运转着的直流电动机,要使它迅速制动,也可让电动机作发电机运行,把电动机的动能转变为电能,反送到电网中去。把直流电逆变成交流电的电路称为逆变电路。在特定场合下,同一套晶闸管变流电路既可作整流,又能作逆变。变流器工作在逆变状态时,如果把变流器的交流侧接到交流电源上,把直流电逆变为同频率的交流电反送到电网去,叫有源逆变。如果变流器的交流侧不与电网联接,而直接接到负载,即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载,则叫无源逆变。交流变频调速就是利用这一原理工作的。有源逆变除用于直流可逆调速系统外,还用于交流饶线转子异步电动机的串级调速和高压直流输电等方面。什么是逆变电源及用途？2009-02-17 15:21逆变电源，一般是指将低压的直流电转变成高压（或低压）的交流电的装置，它可以用蓄电池做电源，输出交流电。具体说，比如用12V的蓄电池是不能为普通电灯或电脑、电视等供电的，而把该蓄电池通过逆变器变成普通的220V交流电再接到这些用电器中，它们就能正常工作。一般逆变电源中自带蓄电池，电脑城卖的UPS电源就是这样的东西，不过它本身所带的蓄电池较小，只能供电脑工作几分钟到十几分钟，主要是为了在突然停电时，靠它继续为电脑供电，好让你有时间把未保存的文件保存下来，且有时间正常关机。正弦波逆变电源的用途逆变器是一种将直流电转换为交流电的装置，它用于无交流电的环境，为交流设备提供电源。它的输出功率从几十瓦到几百千瓦不等；输入直流电压从几伏到几百伏不等。它主要应用于下列场所：1．在车、船和飞机上，与交通工具上的直流电源一起，为交流电器提供电源；2．在无电源的地方，与其它发电设备（太阳能、风能、水能以及各种燃料发电机）一起，为用户提供交流电源；3．作为通讯、电力系统的不间断电源UPS(Uninterrupted Power Supply)；4．作为消防应急用电源EPS (Emergent Power Supply)；5．利用便携电源，提供临时交流电源等。逆变电源逆变电源也称逆变器，是一种DC/AC的转换器，它将电池组的直流电源转化成输出电压和频率稳定的交流电源。工业一级的逆变器一般均为正弦波输出，同市电的波形一致，如电力逆变器，通信逆变器；另外还有一种输出为方波或阶梯波或修正正弦波的，这一类逆变器一般都是应用于民用场合，如车载逆变器，太阳能家用逆变器，一般为小功率（1KVA以下），1KVA以上一般均做成正弦波的了。在技术工艺上，人们又把正弦波逆变器区分为高频逆变器和工频逆变器，工频逆变器技术成熟，性能稳定，搞过载能力强，但体积庞大、笨重；高频逆变器是近五六年在市场上的新星，它技术指标优越、效率很高、尤其是体积小、重量轻、高功率密度，都是现代电力电子所倡导的，现在业已抢占了中小功率逆变器一半以上的市场。有些行业领先者的高频逆变器单元已经做到了30KVA，从技术发展和生产成本来看，高频逆变器取代工频逆变器将是大势所趋。逆变器的输出有单相和三相之分，以适应不同的负载，这同市电的指标一样。逆变器有很多应用领域，比如在航空工业中利用逆变器提供一个到400Hz频率转换等，这就要用到逆变器了。5. 问：何谓逆变器的效率？答：逆变器在工作时其本身也要消耗一部分电力，因此，它的输入功率要大于它的输出功率。逆变器的效率即是逆变器输入功率与输出功率之比。如一台逆变器输入了100瓦的直流电，输出了90瓦的交流电，那么，它的效率就是90％。问：按输出波形划分，逆变器分为几类？答：主要分两类，一类是正弦波逆变器，另一类是方波逆变器。正弦波逆变器输出的是同我们日常使用的电网一样甚至更好的正弦波交流电，因为它不存在电网中的电磁污染。方波逆变器输出的则是质量较差的方波交流电，其正向最大值到负向最大值几乎在同时产生，这样，对负载和逆变器本身造成剧烈的不稳定影响。同时，其负载能力差，仅为额定负载的40－60％，不能带感性负载（详细解释见下条）。如所带的负载过大，方波电流中包含的三次谐波成分将使流入负载中的容性电流增大，严重时会损坏负载的电源滤波电容。针对上述缺点，近年来出现了准正弦波（或称改良正弦波、修正正弦波、模拟正弦波等等）逆变器，其输出波形从正向最大值到负向最大值之间有一个时间间隔，使用效果有所改善，但准正弦波的波形仍然是由折线组成，属于方波范畴，连续性不好。总括来说，正弦波逆变器提供高质量的交流电，能够带动任何种类的负载，但技术要求和成本均高。准正弦波逆变器可以满足我们大部分的用电需求，效率高，噪音小，售价适中，因而成为市场中的主流产品。方波逆变器的制作采用简易的多谐振荡器，其技术属于50年代的水平，将逐渐退出市场。二极管在逆变器中的应用高效率和节能是家电应用中首要的问题。三相无刷直流电机因其效率高和尺寸小的优势而被广泛应用在家电设备中以及很多其他应用中。此外，由于采用了电子换向器代替机械换向装置，三相无刷直流电机被认为可靠性更高。标准的三相功率级(power stage)被用来驱动一个三相无刷直流电机，如图1所示。功率级产生一个电场，为了使电机很好地工作，这个电场必须保持与转子磁场之间的角度接近90°。六步序列控制产生6个定子磁场向量，这些向量必须在一个指定的转子位置下改变。霍尔效应传感器扫描转子的位置。为了向转子提供6个步进电流，功率级利用6个可以按不同的特定序列切换的功率MOSFET。下面解释一个常用的切换模式，可提供6个步进电流。MOSFET Q1、Q3和Q5高频(HF)切换，Q2、Q4和Q6低频(LF)切换。当一个低频MOSFET处于开状态，而且一个高频MOSFET 处于切换状态时，就会产生一个功率级。步骤1) 功率级同时给两个相位供电，而对第三个相位未供电。假设供电相位为L1、L2，L3未供电。在这种情况下，MOSFET Q1和Q2处于导通状态，电流流经Q1、L1、L2和Q4。步骤2）MOSFET Q1关断。因为电感不能突然中断电流，它会产生额外电压，直到体二极管D2被直接偏置，并允许续流电流流过。续流电流的路径为D2、L1、L2和Q4。步骤3）Q1打开，体二极管D2突然反偏置。Q1上总的电流为供电电流(如步骤1)与二极管D2上的恢复电流之和。显示出其中的体-漏二极管。在步骤2，电流流入到体-漏二极管D2(见图1)，该二极管被正向偏置，少数载流子注入到二极管的区和P区。当MOSFET Q1导通时，二极管D2被反向偏置， N区的少数载流子进入P+体区，反之亦然。这种快速转移导致大量的电流流经二极管，从N-epi到P+区，即从漏极到源极。电感L1对于流经Q2和Q1的尖峰电流表现出高阻抗。Q1表现出额外的电流尖峰，增加了在导通期间的开关损耗。图4a描述了MOSFET的导通过程。为改善在这些特殊应用中体二极管的性能，研发人员开发出具有快速体二极管恢复特性MOSFET。当二极管导通后被反向偏置，反向恢复峰值电流Irrm较小。我们对比测试了标准的MOSFET和快恢复MOSFET。ST推出的STD5NK52ZD(SuperFREDmesh系列)放在Q2(LF)中，如图4b所示。在Q1 MOSFET(HF)的导通工作期间，开关损耗降低了65%。采用STD5NK52ZD时效率和热性能获得很大提升(在不采用散热器的自由流动空气环境下，壳温从60°C降低到50°C)。在这种拓扑中，MOSFET内部的体二极管用作续流二极管，采用具有快速体二极管恢复特性MOSFET更为合适。SuperFREDmesh技术弥补了现有的FDmesh技术，具有降低导通电阻，齐纳栅保护以及非常高的dv/dt性能，并采用了快速体-漏恢复二极管。N沟道520V、1.22欧姆、4.4A STD5NK52ZD可提供多种封装，包括TO-220、DPAK、I2PAK和IPAK封装。该器件为工程师设计开关应用提供了更大的灵活性。其他优势包括非常高的dv/dt，经过100%雪崩测试，具有非常低的本征电容、良好的可重复制造性，以及改良的ESD性能。此外，与其他可选模块解决方案相比，使用分立解决方案还能在PCB上灵活定位器件，从而实现空间的优化，并获得有效的热管理，因而这是一种具有成本效益的解决方案。3. 问：何谓“感性负载”？答：通俗地说，即应用电磁感应原理制作的大功率电器产品，如电动机、压缩机、继电器、日光灯等等。这类产品在启动时需要一个比维持正常运转所需电流大得多（大约在3-7倍）的启动电流。例如，一台在正常运转时耗电150瓦左右的电冰箱，其启动功率可高达1000瓦以上。此外，由于感性负载在接通电源或者断开电源的一瞬间，会产生反电动势电压，这种电压的峰值远远大于逆变器所能承受的电压值，很容易引起逆变器的瞬时超载，影响逆变器的使用寿命。因此，这类电器对供电波形的要求较高。

1 引言随着电子技术的高速发展, 电子设备的种类与日俱增。任何电子设备都离不开可靠的供电电源, 对电源供电质量的要求也越来越高, 而开关电源在效率、重量、体积等方面相对于传统的晶体管线性电源具有显著优势。正是由于开关电源的这些特点, 它在新兴的电子设备中得到广泛应用, 已逐渐取代了连续控制式的线性电源。图1 功率主电路原理图2 功率主电路本电源模块采用半桥式功率逆变电路。如图1 所示, 三相交流电经EM I 滤波器滤波, 大大减少了交流电源输入的电磁干扰, 同时防止开关电源产生的谐波串扰到输入电源端。再经过桥式整流电路、滤波电路变成直流电压加在P、N 两点间。P、N 之间接入一个小容量、高耐压的无感电容, 起到高频滤波的作用。半桥式功率变换电路与全桥式功率变换电路类似, 只是其中两个功率开关器件改由两个容量相等的电容C1 和C2代替。在实际应用中为了提高电容的容量以及耐压程度, C1 和C2 往往采用由多个等值电容并联组成的电容组。C1、C2 的容量选值应尽可能大, 以减小输出电压的纹波系数和低频振荡。由于对体积和重量的限制, C1和C2 的值不可能无限大, 为使输出电压的纹波达到规定的要求, 该电容值有一个计算公式[3 ] , 即:整流电路半波整流全桥整流滤波电容CIL2 3 f gVUgV LVMIL4 3 f gVUgV LVM22 《电气开关》(2008. No. 1)式中, IL 为输出负载电流, V L 为输出负载电压,V M 为输入交流电压幅值, f 为输入交流电频率, VU为输出的纹波电压值。这是一个理论上的计算公式, 得到的满足要求的电容计算值比较大, 实际取的电容应尽量大一些, 由于输出端电压较小, 也可以在二次整流滤波时加大电容,这样折算到该公式的电容值也不小。C1 和C2 在这里实现了静态时分压, 使V A= V inö 2。当VT1导通、VT2截止时, 输入电流方向为图中虚线方向, 向C2 充电, 同时C1通过V T1 放电; 当V T 2 导通、V T 1 截止时, 输入电流方向为图中实线方向, 向C1 充电, 同时C2 通过V T 2 放电。当V T1 导通、V T 2 截止时,V T 2 两端承受的电压为输入直流电压V in。IGBT 的集- 射极间并接RC 吸收网络, 降低开关管的开关应力, 减小IGBT 关断产生的尖峰电压; 并联二极管实现续流的作用。二次整流采用单相桥式整流电路, 通过后续的LC 滤波电路, 消除高频纹波, 减小输出直流电压的低频振荡。LC 滤波电路中的电容由多个高耐压、大容量的电容并联组成, 以提高电源的可靠性, 使输出直流电压更加平稳。3 PWM 集成芯片SG3525 的功能特点[2 ]SG3525 是一款功能齐全、通用性强的单片集成PWM 芯片。它采用恒频脉宽调制控制方案, 适合于各种开关电源、斩波器的控制。其主要功能包括基准电压产生电路、振荡器、误差放大器、PWM 比较器、欠压锁定电路、软启动控制电路、推拉输出形式。SG3525 的基本外围电路接线图如图2 所示。该芯片与其它同类型的芯片相比具有许多突出的特点。图2 SG3525 的基本外围接线图(1) 频率可调, 一般通过改变CT 和R T (见图2) 的值来调节PWM 波的输出频率, 其频率的计算公式为:f =1Cr (0. 67R T+ 1. 3R D )(2) 死区时间可调, 通过调节R D 即可改变死区时间的大小, 防止逆变桥的上下桥臂直通。(3) 具有PWM 脉冲信号封锁功能, 当10 脚电压高于2. 5V 时, 可及时封锁脉冲输出, 防止出现过压、过流、过热故障时对电路产生危害。(4) 芯片内振荡器工作频率为100Hz～ 400kHz。设有引脚3 为同步端, 为多个SG3525 联用提供方便。(5) 具有软启动电路, 比较器的反相输入端即软启动控制端芯片的引脚8, 可外接软启动电容C。该电容器内部的基准电压V ref由恒流源供电, 达到2. 5V 的时间t= (2. 5V ö50LA )C, 占空比由小到大(50% ) 变化。(6) 内置PWM (脉宽调制) 锁存器将比较器送来的置位信号锁存, 并将误差放大器上的噪声、振铃及系统所有的跳动和振荡信号消除。只有在下一个时钟周期才能重新置位, 系统的可靠性高。4 SG3525 的应用电路及工作原理利用SG3525 建立的大功率直流开关电源控制电路如图3 所示, 下面主要介绍调压和限流模块。图3 SG3525 外围控制电路如图3, 电压反馈电路通过光电耦合器实现了强电输出部分与弱电控制部分的隔离。光电耦合器采用的是Hp 4504, 当输入端电流在0～ 4mA 之间的时候, 输入与输出之间的电流传递比呈线性关系, 设计的时候选择合适的限流电阻, 控制输入端电流在0～ 3mA 之间变化。当输出电压U out升高时, 光电耦合器的输出端发射极电流I e 呈线性增大, 使发射极电压V e 增大, 通过C2、C3、R 4、R 5 的滤波稳压后输入到引脚1 的V 1 也随之增大。当V 1 增大时, 经误差放大9 脚电压下降, 比较器输出的脉冲宽度变宽, 11 和14 脚输出的PWM 脉冲宽度反而变窄, 从而使输出电压U out降低; 反之, 当U out下降使1 脚电压减小, 9 脚电压升高, 11 和14 脚输出的PWM 脉冲宽度变宽。总之, 1 脚电压V 1 的增大与减小《电气开关》(2008. No. 1) 23反映了输出电压U out的上升与下降, 最终都表现在11、14 脚输出PWM 脉冲的宽窄变化上, 以实现电路的自动稳压调节。利用光耦电流传输比的线性段, 可以做到输入输出的线性变化, 用在反馈电路当中, 不仅降低了成本,而且使输入与输出隔离, 同时在稳压效果上也能与电压传感器相媲美, 在实际应用当中, 不失为一种可取的方法。通过输出端电流传感器得到的电流采样信号V i与给定的限流基准电压U refi作比较, 外接负载变化使输出电流U out变化时,V i 也会相应的改变。当Iout增大使V i 大于V refi时, 运算放大器L 1A 的输出端V b 为低电平。此时,L 2A 的输出端V 2 将被直接拉低为低电平, 2脚相当于接地, 输出端11 和14 脚无脉冲输出, 开关电源出现“打嗝”现象, 起到了限流作用。与此同时, 输出电流Iout减小使得V 2 再次被拉高, 11 和14 脚恢复脉冲输出, 开关电源正常工作, 以此达到输出电流的动态平衡过程。图4 赛米控SKYPER 32PRO 驱动模块5 IGBT 的驱动电路IGBT 的触发和关断要求给其栅极和发射极之间加上正向和反向电压, 并且需要一定的动态驱动功率,才能保证IGBT 的及时触发和关断。本电源的IGBT 驱动采用赛米控(Sem ik ron )SKYPER32PRO 驱动模块。该控制核是一个半桥式驱动模块, 集驱动、内部隔离、电气保护于一体。与同类型的产品相比, SKYPER32PRO 具有许多特点。(1) 采用具有双向传输功能的脉冲变压器, 通过这种方法在原边与副边之间传输驱动信号和状态信号,并将能量传递到副边。(2) 该组件设计为即插即用, 使用方便, 并且已经进行了全面的电测试和温度测试。(3) 采用单电源供电模式, 同时对驱动桥臂的双边供电。(4) 具有短脉冲抑制功能, 能自动修复由SG3525送出的双路PWM 波, 使波形更加平稳。(5) 具有VCE 监测、欠压监测、欠压复位和死区互锁功能等。6 样机研制主要技术指标:输入电压: 三相AC380V ±5%输出电压:DC220V ±2%输出电流: 50A额定功率: 11kW所得试验样机额定负载时的输出波形如图5 (a) 所示。由图5 (a) 实际读数可知, 输出电压从0V 上升到220V 的响应时间为1s 左右, 电源系统具有较快的响应速度。同时, 由图5 (b) 中的电压波形局部放大图可见, 输出电压为220V 时, 电压波动在2V 左右, 其最大电压波动小于1%。图 57 结论利用SG3525 和SKYPER32PRO 的强大功能设计了一台11kW、220V 的直流开关电源。本电源设计简单, 调试方便, 所需元器件较少, 体积小, 成本低。负载在全范围内变化时, 本电源均能够保持良好的输出性能。试验数据表明指标满足设计要求, 输出纹波系数控制在小于1% 的范围内。参考文献[ 1 ] 周志敏, 纪爱华. IGBT 和IPM 及其应用电路[M ]. 北京: 人民邮电出版社, 2006.[ 2 ] 王英剑, 常敏慧. 新型开关电源实用技术[M ]. 北京: 电子工业出版社, 1999.[3 ] 张古松, 开关电源原理与设计[M ]. 北京: 电子工业出版社,2002.[ 4 ] 方大千, 鲍俏伟. 实用电子控制电路[M ]. 北京: 国防工业出版社, 2002.收稿日期: 2008- 01- 03作者简介: 邓国栋(1983- ) , 硕士研究生, 主要从事电能变换与控制理论方面的研究工作.

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