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1、 电力电摘要随着电力电子技术的日益发展,人们对电路的要求也越来越高,在生产实际中有时需要亮度可连续调节的灯光,而能达到这个目的的电路有很多，在电力电子技术中，相控整流电路（ACDC），交流调压电路（ACAC），直流斩波电路（DCDC）等电路都可以实现输出电压的连续可调，从而实现对灯光亮度的连续可调。直流斩波电路一般是指直接将直流电变为另一直流电的情况，通过对开关导通和断开时间的控制（最常见的为PWM控制），连续地调节导通时间改变占空比使输出电压的平均值能够连续改变，在用它控制灯光亮度的电路中，通过灯泡的电流为直流。本文的初始条件要求输入为220V交流电，输出为024V直流电压，则显然为ACDC
2、变换电路即要利用单相相控整流电路来实现对灯泡亮度的可连续调节的控制。关键词：电力电子 直流斩波 PWM 相控整流目 录1 亮度可连续调节直流斩波电路设计11 概论12 方案的论证23 电路设计23.1 总体电路原理图23.2 单相桥式不控整流电路带电阻负载工作原理33.3 变压器的参数设计33.4 灯泡的参数设计33.5直流斩波电路的设计43.5.1 设计思路43.5.2 原理框图43.5.3 BUCK主电路模块的设计43.5.4 主电路的工作原理53.5.5控制电路的设计63.5.6驱动电路模块的设计74 结束语95参考文献10 电力电子设计亮度可连续调节直流斩波电路设计1 概论电力电子技术
3、是20世纪后半期诞生和发展的一门崭新的技术。可以预见，在21世纪电力电子技术仍将以迅猛的速度发展。电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用。正是大功率晶闸管的发明，使得半导体变流技术从电子学中分离出来，发展成为电力电子技术这一专门的学科。而二十世纪九十年代各种全控型大功率半导体器件的发明，进一步拓展了电力电子技术应用和覆盖的领域和范围。电力电子技术的应用领域已经深入到国民经济的各个部门，包括钢铁、化工、电力、石油、汽车以及人们的日常生活。功率范围大到几千兆瓦的高压直流输电，小到一瓦的手机充电器，电力电子技术随处可见。随着电力电子技术的日益发展,人们对电路的要求也越来越高,在生产实
4、际中有时需要亮度可连续调节的灯光,例如而能达到这个目的的电路有很多，在电力电子技术中，相控整流电路（ACDC），交流调压电路（ACAC），直流斩波电路（DCDC）等电路都可以实现输出电压的连续可调，从而实现对灯光亮度的连续可调。对于电灯（灯泡），无论是直流电还是交流电都可以使其发光，因为电灯发光主要与流过电灯的电流的有效值有关。电能通过灯丝时产生了足够的热量使得灯丝发光。相控整流电路通过控制晶闸管的导通角来改变输出电压的有效值。结构简单、控制方便、性能稳定,利用它可以方便地得到大中、小各种容量的直流电,是目前获得直流电能的主要方法,得到广泛应用。用它控制灯光亮度的可连续调节，则是使通过灯泡的电
5、流为直流。采用相位控制的交流电力控制电路即交流调压电路，在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，可以方便地调节输出电压的有效值。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）。用它控制灯光亮度连续可调，使通过灯泡的电流为交流电。直流斩波电路一般是指直接将直流电变为另一直流电的情况，通过对开关导通和断开时间的控制（最常见的为PWM控制），连续地调节导通时间改变占空比使输出电压的平均值能够连续改变，在用它控制灯光亮度的电路中，通过灯泡的电流为直流。对于课程设计任务书给出的初始条件要求输入为220V交流电，输出为050V直流电压，则显然为ACDC变换电路即要利用单相不控整流电路来实现对灯
6、泡亮度的可连续调节的控制。2 方案的论证设计亮度可连续调节的灯光电路，输入220V，频率为50HZ的单相交流电。负载（灯泡）要求0-50V交流电压，最大负载电流1A。经分析需用单相相控整流电路来实现灯光的可连续调节。首先考虑220V的交流电要想转变为最大值为50V的直流电，必须先加一个变压器，将220V交流电降到一个合适的值，再经过整流电路整流，以及直流斩波电路，使整流输出的电压在050V变化。在电路中还可以增加一个熔断器起过电流保护的作用。电路一共由变压器、触发电路和单相整流电路三个主要部分组成，220V单相交流电通过变压器降压，然后通过晶闸管组成的整流电路进行相控整流，通过触发电路调节晶闸
7、管触发角使灯泡的亮度可连续调节。电路设计框图如图1所示。变压器降压单相交流220v不控整流直流斩波电路灯泡亮度可调 图2-1 电路设计框图3 电路设计3.1 总体电路原理图根据前面的方案设计及电路方框图可绘出电路原理图，如图2所示。图3-1 总体电路原理图3.2 单相桥式不控整流电路带电阻负载工作原理D1和D4组成一对桥臂，在正半周承受电压，得到触发脉冲即导通，当过零时关断。D2和D3组成另一对桥臂，在正半周承受电压-，得到触发脉冲即导通，当过零时关断。 对于单相桥式整流电路带电阻负载有：（1） 经整流后灯泡（电阻性负载）两端电压的平均值（2） 向灯泡输出的直流平均值为（3） 二极管D1，D2
8、和D3，D4轮流导电，流过二极管的电流平均值只有输出直流电流平均值的一半，即3.3 变压器的参数设计在很多情况下整流装置所要求的交流供电电压与电网提供的电压往往不能一致，同时又为了减少电网与整流装置的相互干扰，使整流主电路与电网隔离，为此需要配置一个变压器。在本设计中忽略影响，作一个近似计算。变压器直接用单相变压器就可以了，根据公式，即的范围为。分析任务书中所给要求可知，可得。故为输入的220V单相交流电压；为变压器降压后的电压为。可求出，即变压器的匝数比为99:25。可令=396匝， =100匝。变压器的容量为。3.4 灯泡的参数设计由于要求灯泡的电压在050V范围内变化，所以额定电压取50
9、V。最大负载电流为1A，根据欧姆定律，可求得R=50。即所选的灯泡的额定电压为50V，额定电流为1A，灯泡的电阻值为50。3.5直流斩波电路的设计3.5.1 设计思路直流斩波电路总共分为三个部分电路摸块。分别为主电路模块，控制电路模块和驱动电路模块。主电路模块： 由全控型IGBT的开通与关断的时间占空比来决定输出电压U的大小。控制电路模块：用SG3525来控制IGBT的开通与关断。驱动电路模块：用来驱动IGBT。3.5.2 原理框图根据降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动电路，设计出降压斩波电路的原理框图如下图所示。BUCK主电路驱动电路控制电路SG3525图3-2 直流斩波电路
10、设计框图3.5.3 BUCK主电路模块的设计直流降压斩波电路由直流电源，全控型器件IGBT，电感线圈，续流二极管以及负载组成。具体电路图如下主电路的原理图 图3-3直流斩波电路主电路3.5.4 主电路的工作原理电路图主电路有两种工作状态，即IGBT导通和截止状态V导通，此时电源经电感线圈向负载供电，同时，电感线圈贮存能量。等效：图3-4d键入文档的引述或关注点的摘要。您可将文本框放置在文档中的任何位置。请使用“绘图工具”选项卡更改引言文本框的格式。V截止，此时，电源脱离电路，电感线圈向负载供电，释放贮存的能量。等效电路：图3-5电容C：属于斩波电路本身，不属于负载。V导通时充电，V截止时放电，
11、从而使负载两端电压保持平稳。3.5.5控制电路的设计对于控制电路的设计其实可以有很多种方法，可以通过一些数字运算芯片如单片机、CPLD等等来输出PWM波，也可以通过特定的PWM发生芯片来控制。选用一般的SG3525作为PWM发生芯片来进行连续控制。其特点特点如下：（1）工作电压范围宽：835V。（2）5.1（1 1.0%）V微调基准电源。（3）振荡器工作频率范围宽：100Hz400KHz.（4）具有振荡器外部同步功能。（5）死区时间可调。（6）内置软启动电路。（7）具有输入欠电压锁定功能。（8）具有PWM琐存功能，禁止多脉冲。（9）逐个脉冲关断。（10）双路输出（灌电流/拉电流）：mA(峰值)
12、。SG3525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 5引脚和Discharge7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SG3525内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8）上通常接一个5的软启动电容。上电过程中，由于电容两端的电压不能突变，因此与软启动电容接入端相连的PWM比较器反向输入端处于低电平，PWM比较器输出高电平。此时，PWM琐存器
13、的输出也为高电平，该高电平通过两个或非门加到输出晶体管上，使之无法导通。只有软启动电容充电至其上的电压使引脚8处于高电平时，SG3525才开始工作。由于实际中，基准电压通常是接在误差放大器的同相输入端上，而输出电压的采样电压则加在误差放大器的反相输入端上。当输出电压因输入电压的升高或负载的变化而升高时，误差放大器的输出将减小，这将导致PWM比较器输出为正的时间变长，PWM琐存器输出高电平的时间也变长，因此输出晶体管的导通时间将最终变短，从而使输出电压回落到额定值，实现了稳态。反之亦然。外接关断信号对输出级和软启动电路都起作用。当 Shutdown（引脚10）上的信号为高电平时，PWM锁存器将立
14、即动作，禁止SG3525的输出，同时，软启动电容将开始放电。如果该高电平持续，软启动电容将充分放电，直到关断信号结束，才重新进入软启动过程。注意，Shutdown引脚不能悬空，应通过接地电阻可靠接地，以防止外部干扰信号耦合而影响SG3525的正常工作。欠电压锁定功能同样作用于输出级和软启动电路。如果输入电压过低，在SG3525的输出被关断同时，软启动电容将开始放电。控制电路如下图3-6 控制电路3.5.6驱动电路模块的设计该部分主要完成以下几个功能：(1)提供适当的正向和反向输出电压，使IGBT可靠的开通和关断；(2)提供足够大的瞬态功率或瞬时电流，使IGBT能迅速建立栅控电场而导通；(3)尽可能小的输入输出延迟时间，以提高工作效率；(4) 足够高的输入输出电气隔离性能，使信号电路与栅极驱动电路绝缘；(5)具有灵敏的过流保护能力。针对以上几个要求，对驱动电路进行以下设计。针对驱动电路的隔离方式：采用普通光电耦合式驱动电路，该电路双侧都有源。其提供的脉冲宽度不受限制，较易检测IGBT的电压和电流的状态，对外送出过流信号。另外它使用比较方便，稳定性比较好。经过上文的分析采用以下驱动电路：图3-7 驱动电路
