电力电子课程设计

课程设计说明书。

题目斩控式单相交流调压电路设计

院）系。专业班级学号

学生姓名。指导老师姓名刘星平、赵葵银。

完成日期湖南工程学院。

课程设计任务书。

课程名称：电力电子技术。

题目：斩控式单相交流调压电路设计。

专业班级。学生姓名：学号：

指导老师：刘星平、赵葵银

审批李晓秀。

任务书下达日期

设计完成日期

目录。第1章概述 1

1.1 发展现状及趋势 1

1.2 特点及工程意义 1

第2章系统总体方案确定 2

2.1 设计总体思路 2

2.2 基本工作原理 2

2.3 总框图 4

第3章主电路设计 5

3.1 主电路图 5

3.2 主回路 5

第4章单元控制电路设计 7

4.1 sg3525a内部结构 7

4.2 sg3525a简介 7

4.3 sg3525a内部结构和工作特性 8

4.4控制及驱动电路 10

4.5 保护电路设计 10

4.5.1 过流保护（fa） 11

4.5.2 过电压的产生及过电压保护 11

4.5.3 dpz（零电流检测器） 13

4.6 主电路计算及元器件参数选型 13

4.7 实验** 14

第5章总结与体会 18

附件 19总电路图 19

参考文献 20

单相交流调压电路是对单相交流电的电压进行调节的电路。交流调压电路主要应用在电热控制、交流电动机速度控制、交流稳压器等场合，主要有灯光调节（如调光台灯、舞台灯光控制等），温度调节（如工频加热、感应加热、需控制的家用电器等），泵及风机等异步电动机的软起动，交流电机的调压调速（如纺织、造纸、冶金等领域的调压调速），随电机负载大小自动调压（对于起动机等有较长时间空载或轻载的负荷，自动调压可以节省电能），变压器初级调压（在高压小电流或低压大电流直流电源中，如采用晶闸管相孔整流电路，需要很多晶闸管串联或并联，若采用交流调压电路在变压器初级调压。其电压电流值都比较合理，在变压器次级只要用二极管整流即可，从而达到减少体积、减低成本的目的）。

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。

交流调压电路是采用相位控制方式的交流电力控制电路，通常是将两个晶闸管反并联后串联在每相交流电源与负载之间。在电源的每半个周期内触发一次晶闸管，使之导通。与相控整流电路一样，通过控制晶闸管开通时所对应的相位，可以方便的调节交流输出电压的有效值，从而达到交流调压的目的。

其晶闸管可以利用电源自然换相，无需强迫关掉电路，并可实现电压的平滑调节，系统响应速度较快，但它也存在深控时功率因数较低，易产生高次谐波等缺点。

交流-交流变流电路，是将一种形式的交流电变成另一种形式的交流电，在进行交流-交流变流时，可以改变电压、电流、频率和相位等参数。只改变相位而不改变交流电频率的控制，在交流电力控制中称为交流调压。

把两个晶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晶闸管开通相位控制，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,这种方式称为脉冲宽度调制（pwm调制），也可以是开关导通时间ton不变，改变开关周期t，称为频率调制，还有一种混合型，就是ton，和t都可调。

实验室提供的是pwm调制，通过调节开关导通的时间，即调节占空比，就可以对输出电压的平均值进行调节。

采用自关断器件的单相交流调压电路和采用传统的可控硅组成的调压电路相比，具有功率因数高、电网污染少、波形畸变小等优点。其原理框图如图1—21。

输入交流电压为220v，经过同步变压器t后，分别形成两路互为倒相的方波，宽度为180°，分别对应正弦波的正半周和负半周，由3525进行调制（调制频率约为2.5khz）后，经过隔离及驱动电路，分别驱动两路功率场效应管。

工作过程为：

当输入交流电处于正半波时，经调解制的方波信号施加于vt2的栅极和源极，vt1的控制电压为0v，交流电经l、r、vt2、vd1构成回路；

当输入交流电处于负半周时，方波信号加于vt1、vt2控制电压为0，交流电经过vt1、vd2、r、l构成回路，从而在r上得到一完整的经过调制的单相正弦波交流电，有效值通过调节脉冲的占空比进行改变。

图 2-1单相交流调压电路原理图。

输出。图3-1 主电路图。

主回路由ql—q3和d1—d3组成的全控整流电路实现对交流输入电压的轿波调压。当交流输入电压正半周时电流流经vd1、q3、vd3；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，在电压正半周，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。

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。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。因为输入电压为220v的交流电，选用耐压值为500v的开关管irfp450lc，二极管采用快速恢复二极管，c1取0.

47uf,其余的选用0.01 uf,电感，电阻未定。

图 4-1 sg3525a内部结构。

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±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ct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vcc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。sg3525a系列的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400khz振荡器频率。

分立的振荡器同步脚。

1）基准电压调整器。

基准电压调整器是输出为5.1v，50ma，有短路电流保护的电压调整器。它供电给所有内部电路，同时又可作为外部基准参考电压。

若输入电压低于6v时，可把脚短接，这时5v电压调整器不起作用。

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