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1、湖南科技大学信息与电气工程系电力电子技术课程设计课程设计报告题目：电镀装置专业：班级：姓名：学号：电力电子课程设计报告任务：电镀装置，要求提供Ud=50V、Id=1000A的直流电源，现有交流器输出电压110V。试为电镀装置设计一斩波器（包括主电路、 保护电路、换相电路及平波电抗）。一、 课程设计目的：1 、 培养学生检索文献的能力，特别是利用 Internet 检索需要 的文献资料。2、培养学生灵活应用所学的电力电子技术知识并能创新。3、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。4、培养学生在电力电子技术领域的工程设计能力。二、 工作原理：2.1 主电路的设计直流电压送入降压斩波电路，
2、通过脉宽调制控制调节输出电压 平均值，在经过 LC 滤波电路是电压稳定。降压斩波电路设计如下图：+TTRCD保护电路% =%脉宽调制控制牛脉宽调制控制型号有IGBT驱动电路发出；RCD保护电路用以缓冲 IGBT 在高频工作环境下关断时因为正向电流迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。工作时的波形图如下：此电路使用一个全控型器件V,图中为IGBT，若米用晶闸管， 需设置使晶闸管关断的辅助电路。并设置了续流二极管VD,在V关 断时给负载中电感电流提供续流。工作原理：当 t=0 时刻驱动 V 导通，电源 E 向负载供电，负载 电压uo=E，负载电流io按指数曲线上升。当 t=t1 时控制 V
3、 关断，二极管 VD 续流，负载电压 uo 近似为 零，负载电流呈指数曲线下降，通常串接较大电感L使负载电流连续 且脉动小。此电路的基本数量关系为：（1）电流连续时负载电压的平均值为Uo =$E = E = aE（+1 ojf丁式中，ton为V处于通态的时间，toff为V处于断态的时间，T 为开关周期，为导通占空比，简称占空比或导通比。负载电流平均值为（2）电流断续时，负载电压 uo 平均值会被抬高，一般不希望 出现电流断续的情况。 斩波电路有三种控制方式：脉冲宽度调制（PWM）：保持开关周期T不变，调节开关导通时 间 ton频率调制：保持开关导通时间ton不变，改变开关周期T。混合型：ton
4、和T都可调，使占空比改变。2.2 控制电路模块斩波电路由SG3525芯片控制.2.2.1芯片SG3525功能介绍SG3525是电流控制型PWM控制器，是按照接反馈电流来调节脉 宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差 放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟 随误差电压变化而变化。1） SG3525 引脚功能及特点简介其原理图如图：Output AHordwv” input OComp&nstionI1IV. iftput o引脚功能Inv.input （引脚1）：误差放大器反向输入端。在闭环系统中，该引脚接反馈信号。在开环系统中，该端与补偿信号输入端（
5、引脚9相连，可构成跟随器。Noninv.input （引脚2）:误差放大器同向输入端。在闭环系统和开环系统中，该端接给定信号。根据需要，在该端与补偿信号输入端（引脚9）之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积 分和积分等类型的调节器。Sync（引脚3）:振荡器外接同步信号输入端。该端接外部同步 脉冲信号可实现与外电路同步。OSC.Output （引脚4）:振荡器输出端。CT（引脚5）：振荡器定时电容接入端。RT （引脚6）：振荡器定时电阻接入端。Discharge（引脚7）：振荡器放电端。该端与引脚5之间外接 只放电电阻，构成放电回路。Sof t-Start （引脚8）:软启动电容接入
6、端。该端通常接一只5的 软启动电容。Compensation（引脚9）: PWM比较器补偿信号输入端。在该端与 引脚2之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积 分等类型调节器。Shutdown（引脚10）:外部关断信号输入端。该端接高电平时控 制器输出被禁止。该端可与保护电路相连，以实现故障保护。OutputA （引脚11）：输出端A。引脚11和引脚14是两路互补 输出端。Ground（引脚12）:信号地。Vc（引脚13）:输出级偏置电压接入端。Output B （引脚14）：输出端B。引脚14和引脚11是两路互补 输出端。Vcc （引脚15）:偏置电源接入端。Vref（引脚16
7、）:基准电源输出端。该端可输出一温度稳定性极 好的基准电压。2: 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
8、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
9、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 琐存器将立即动作，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。此外，SG3525还具有以下功能，即无论因为什么原因造成PWM脉冲 中止，输出都将被中止，直到下一个
10、时钟信号到来， PWM 琐存器才被 复位。2.2.2 控制电路图2.3.1驱动芯片EXB841功能介绍引脚功能 连接用于反向偏置电源的滤波电容电源（+20V）驱动输出 用于连接外部电容，以防止过流保护电路误动作（绝大部分 场合不需要电容。） 过流保护输出 集电极电压监视 不接 电源（ ov）（ID不接（14）驱动信号输入（-）,驱动信号输入（+ ）2.3.2 驱动电路图2.4 检测及保护电路图三、 元件参数计算： 设计输入电流为频率 50Hz 的三相 110V交流电，其脉冲周期为：经过整流后得到的是只有正半部分的正弦波幅值与输入电压一样，但周期为输入电压一 一半，即丁 =令=竺严=g严设计输出
11、电压为直流 50V 稳压，电流为 500A 直流。输入电压为 110V稳压，占空比a =0.45。因为Us=50V,取3倍裕量，选耐压为150V以上的IGBT。由于 IGBT 是以最大标注且稳定电流与峰值电流间大致为 4 倍关系，故应 选用大于4倍额定负载电流的IGBT为宜，因此选用2000A,额定电压 150V 左右的 IGBT四、 器件表：名称数量名称数量晶闸管4电容若干变压器1电感若干电阻若干EXB841芯片1SG3525芯片1续流二极管1五、心得体会：回顾此次课程设计，感慨颇多，自己也的确从中学到了很多从得到课题时的一脸茫然到通过查资料、与同学探讨、经老师指导后， 自己设计并写出这份报告，心中充满了成就感。通过课程设计还拓宽 了知识面，学到了很多课本上没有的知识，报告只有自己去做能加深 对知识的理解，任何困难只有自己通过努力去克服才能收获成功的喜 悦。在设计的过程中我发现自己对课本知识的理解不够深刻，掌握的 不牢靠，以后定会努力温习以前的知识。六、参考文献：煤矿电工手册，煤炭工业出版社电力电子设备设计和应用手册 电气传动自动化技术手册，机械工业出版社最新电工电子器件手册，山西科学技术出版社电力电子技术，机械工业出版社
