电力电子课程设计--亮度可连续调节直流斩波电路设计

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1、 1 亮度可连续调节直流斩波电路设计 1 概论 电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产 品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化 等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。伴随着人们对 开关电源的进一步升级，低电压、大电流和高效率的开关电源成为研究趋势。电子设备的 小型化和低成本化使电源向轻、薄，小和高效率方向发展。开关电源因其体积小、重量轻 和效率高的优点而在各种电子信息设备中得到广泛的应用。 直流斩波电路（DC Chopper）的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流 电，也称为直接

2、直流直流变换器（DC/DC Converter） 。直流斩波电路一般指的是直接将 直流电变为另一直流电的情况，不包括直流交流直流的情况，直流斩波电路的种类较 多，包括 6 种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，Cuk 斩波 电路，Sepic 斩波电路和 Zeta 斩波电路。 上述其中 IGBT 降压斩波电路就是直流斩波中最基本的一种电路，是用 IGBT 作为全 控型器件的降压斩波电路，用于直流到直流的降压变换。IGBT 是 MOSFET 与 GTR 的复 合器件。它既有 MOSFET 易驱动的特点，输入阻抗高，又具有功率晶体管电压、电流容量 大等优点。 其频率特性介于 M

3、OSFET 与功率晶体管之间， 可正常工作于几十千赫兹频率范 围内，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。所以用 IGBT 作为全控型器件 的降压斩波电路就有了 IGBT 易驱动，电压、电流容量大的优点，因此发展很快。 这里将进行对直流降压斩波电路的设计，且其输出电压可连续可调。 2 设计要求及设计方案 2.1 设计要求 2 1、采用不控整流进行 AC/DC 转换； 2、负载（灯泡）要求 0100V 直流电压，最大负载电流 3A； 3、确定变压器的容量和参数； 4、设计主电路，选择主电路的参数； 5、确定输入电源的功率因数。 2.2 设计方案 根据要求设计，先进行降压处理，降压到 10

4、0V 的三相交流电，频率 50HZ，然后采用 桥式不控整流，将交流变为直流，通过滤波处理。负载灯泡要求 0100V 直流电压，这里 主电路采用直流降压斩波电路，通过芯片 SG3525 组成电路产生脉冲波来控制直流斩波电 路的全控型器件 IGBT，使脉冲占空比从%0%50 变化来控制输出，进而来控制直流电压 是连续变化，通过输出来进行参数计算来确定电路中元件的参数。 下图是设计原理方框图： 三 相 交 流 变 压 不 控 整 流 滤 波 处 理 三 相 交 流直 流 直 流斩 波 处 理直 流 输 出 图 2-1 设计原理图 3 电路设计 总体的电路的设计主要包括整流电路、直流降压斩波电路和控制

5、电路的设计。 3.1 整流电路 3 整流电路就是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器，整流主 电路和滤波器等组成，其原理图如下图所示。 图 3-1 整流电路 习惯将其中阴极连接在一起的 3 个二极管称为共阴极组；阳极连接在一起的 3 个二极 管称为共阳极组。此电路为不可控整流电路，假设将电路中的二极管换作晶闸管，这种情 况也就相当于晶闸管触发角 o 0时的情况。此时，对于共阴极组的 3 个二极管，阳极所 接交流电压值最高的一个导通。而对于共阳极组的 3 个二极管，则是阴极所接交流电压值 最低（或者说负得最多）的一个导通。这样，任意时刻共阳极组和共阴极组中各有 1 个二 级管处

6、于导通状态，施加于负载上的电压为某一线电压。此时电路工作波形如图 3-2 所示。 图 3-2 电路工作图形 将二极管换成晶闸管，相当于 o 0，此时各晶闸管均在自然换相点处换相。由图中 变压器二绕组相电压与线电压波形的对应关系看出，各自然换相点既是相电压的交点，同 时也是线电压的交点。在分析 ud 的波形时，既可从相电压波形分析，也可以从线电压波 4 形分析。从相电压波形看，以变压器二次侧的中点 n为参考点，共阴极组二极管导通时， 整流输出电压 ud1 为相电压在正半周的包络线；共阳极组导通时，整流输出电压 ud2 为相 电压在负半周的包络线，总的整流输出电压 ud = ud1ud2 是两条包络线间的差值，将其 对应到线电压波形上，即为线电压在正半周的包络线。 直接从线电压波形看，由于共阴极组中处于通态的二极管对应的最大（正得最多）的 相电压，而共阳极组中处于通态的二极管对应的是最小（负得最多）的相电压，输出整流 电压 ud 为这两个相电压相减，是线电压中最大的一个，因此输出整流电压 ud 波形为线电 压在正半周的包络线，其中输出电压 Ud 的平均