1、武漢理工大學電力電子裝置及系統(tǒng)課程設計說明書課程設計任務書學生姓名： 專業(yè)班級： 指導教師： 工作單位： 題 目: 單相輸入亮度可連續(xù)調節(jié)燈光電路AC-AC設計初始條件：輸入220V單相交流電。要求完成的主要任務: （包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、采用交流調壓電路；2、負載（燈泡）要求060V交流電壓，最大負載電流5A 3、設計主電路，選擇主電路的參數時間安排：課程設計時間為兩周，將其分為三個階段。第一階段：復習有關知識，閱讀課程設計指導書，搞懂原理，并準備收集設計資料，此階段約占總時間的20%。第二階段：根據設計的技術指標要求選擇方案，設計計算。約占總時間的4

2、0%。第三階段：完成設計和文檔整理，約占總時間的40%。指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日目錄1 概述31.1交流調壓作用簡介31.2 方案確定41.3 斬波式交流調壓電路基本原理42 元件選擇52.1 觸發(fā)芯片SG352552.2 開關器件選擇62.2.1 IGBT的選擇62.2.2 續(xù)流二極管選擇62.3 緩沖電路元件選擇62.4 邏輯元件的選擇73 主電路設計73.1觸發(fā)電路73.2 緩沖電路84 主控電路說明84.1 芯片的介紹84.2 管腳功能94.3 芯片使用105 小結11附錄（總電路圖）12參考文獻131 概述1.1交流調壓作用簡介在工業(yè)生產及日用

3、電氣設備中，有不少交流供電的設備采用控制交流電壓來調節(jié)設備的工作狀態(tài)，如加熱爐的溫度、電源亮度、小型交流電機的轉速等。這樣就需要設計一種交流調壓電路來控制，其基本原理是把兩個晶閘管反并聯后串聯在交流電路中,通過對晶閘管的控制就可以控制交流電力。在每一個周波內通過對晶閘管開通相位的控制，可以方便地調節(jié)輸出電壓的有效值，這種電路稱為交流調壓電路。用在電熱控制、交流電動機速度控制、燈光控制和交流穩(wěn)壓器等場合。采用晶閘管作為開關元件的典型單相交流調壓電路如圖1所示。常用通斷控制或相位控制方法來調節(jié)輸出電壓。圖1 典型單相交流調壓電路交流調壓電路也廣泛用于燈光控制（如調光臺燈和舞臺燈光控制）及異步電動機

4、的軟起動，也用于異步電動機調速。在供用電系統(tǒng)中，這種電路還常用于對無功功率的連續(xù)調節(jié)。此外，在高壓小電流或低壓大電流中，也常采用交流調壓電路調節(jié)變壓器一次電壓。如采用晶閘管相控整流電路，高電壓小電流可控直流電源就需要很多晶閘管串聯，同時，低電壓大電流直流電源需要很多晶閘管并聯。這都是十分不合理的。采用交流調壓電路在變壓器一次側調壓，其電壓電流值都不太大也不太小，在變壓器二次側只要用二極管整流就可以了。這樣的電路體積小、成本低、易于設計制造。（1）1.2 方案確定目前有晶閘管調壓器和逆變式調壓器兩種。晶閘管調壓器采用的是相控方式，因此其輸出波形差；逆變式調壓器采用的是斬波控制方式，其輸出波形和動

5、態(tài)響應較好。所以，我選用斬波式控制的交流調壓裝置，其原理圖如圖1.2.圖1.2 斬波式交流調壓電路1.3 斬波式交流調壓電路基本原理斬控式交流調壓電路的原理圖如圖1.2，圖中V1、V2、VD1、VD2構成雙向可控開關。基本原理和直流斬波電路有類似的地方，只是直流斬波電路的輸入是直流電壓，而斬空式交流調壓電路的輸入是正弦交流電壓。在交流電源Ui的正半周，用V1進行斬波控制，用V3給負載電流供電提供續(xù)流通道；用V2進行斬波控制，用V4給負載電流提供續(xù)流通道。設斬波器件V1、V2的導通時間為ton，開關周期為T，則導通比為=ton/T，和直流斬波電路一樣，通過對的調節(jié)可以調節(jié)輸出電壓U0。圖1.3給

6、出了電阻負載時負載電壓U0和電源電流i1(也就是負載電源)的波形。可以看出電源電流的基波分量是與電源電壓同相位的。即位移因數為1。電源電流不含低次諧波，只含和開關周期T有關的高次諧波，這些高次諧波用很小的濾波器即可濾除，這時電路的功率因數接近于1。圖1.3 電阻負載時斬控式交流調壓電路波形2 元件選擇2.1 觸發(fā)芯片SG3525SG3525 是一種性能優(yōu)良、功能齊全和通用性強的單片集成PWM控制芯片，其管腳圖如圖2.1所示，起內部結構如圖2.2所示。它簡單可靠及使用方便靈活，輸出驅動為推拉輸出形式，增加了驅動能力；內部含有欠壓鎖定電路、軟啟動控制電路、PWM鎖存器，有過流保護功能，頻率可調，同

7、時能限制最大占空比。圖2.1 SG3525管腳圖2.2 開關器件選擇2.2.1 IGBT的選擇當開關管截止時，續(xù)流二極管導通，穩(wěn)壓電源的全部輸入電壓都加在開關管的集射極間，因此，開關管的耐壓值VCBO必須大于交流電路的輸出電壓Uwi，考慮到其他因素的影響，開關管集射級間電壓U按下式選取：U2.5Uwi=550V最大集電極電流選取Ic=2*6=12A2.2.2 續(xù)流二極管選擇當開關管截止時，續(xù)流二極管導通，通過續(xù)流二極管傳輸到負載。由此可知，續(xù)流二極管的正向額定電流必須大于開關管的最大集電極電流。當開關管飽和時，集電極間的電壓可以忽略不記，續(xù)流二極管的耐壓值必須大于前級整流電路的輸出電壓Uwi。

8、2.3 緩沖電路元件選擇RCD緩沖吸收電路為例，其中應用的元件需要結合實際的情況進行選擇。其中的吸收電容Cs的選擇可以采用下面的公式：Cs=LsI02(Upk-Uco)2電路中的電阻Rs不宜過大，如太大Cs放電時間過長，電不能完全放掉。但Rs太小，在器件導通時，RsCs放電電流過大、過快，可能危及器件的安全，也可能引起振蕩。一般的，電阻選擇參考下面的公式：Rs=16Csfsw其中，Ls：主電路電感，主要是沒有續(xù)流時的雜散電感；Upk：Cs上的最大充電電壓；Uc0：電源電壓；I0：負載電流；fsw：開關頻率。（3）需要注意的是，電容應該選擇無感電容；電阻要注意它的功耗，應選擇相應的功率電阻；吸收

9、模塊的制作要注意絕緣。2.4 邏輯元件的選擇邏輯元件主要使用到與非門、非門。經過這兩個邏輯元件組合形成PWM輸出關斷信號、觸發(fā)信號的互鎖等功能。3 主電路設計3.1觸發(fā)電路采用SG3525觸發(fā)芯片為主的觸發(fā)電路，電路圖如圖3.1所示。圖3.1 SG3525觸發(fā)電路其中3個與非門構成同步失調保護，如圖3.2所示。通過對比兩組A、B和A、B，當他們任意兩個相同時說明兩組觸發(fā)脈沖步調不一致，輸出就為高電平給管腳10，使停止輸出PWM，是晶體管關斷，停止給負載供電。圖3.2 同步時調保護3.2 緩沖電路RCD緩沖電路，其作用是抑制電力電子器件的內因過電壓du/dt或者是過電流di/dt，減小開關損耗。

10、我選用的是di/dt抑制電路，如圖3.2所示。（2）圖3.3 RCD緩沖電路4 主控電路說明4.1 芯片的介紹隨著電能變換技術的發(fā)展，功率MOSFET在開關變換器中開始廣泛使用，為此美國硅通用半導體公司（SiliconGeneral）推出SG3525。SG3525是用于驅動N溝道功率MOSFET。其產品一推出就受到廣泛好評。SG3525系列PWM控制器分軍品、工業(yè)品、民品三個等級。下面我們對SG3525特點、引腳功能、電氣參數、工作原理以及典型應用進行介紹。4.2 管腳功能1.Inv.input(引腳1)：誤差放大器反向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)中，該引腳接反饋信號。在開環(huán)系統(tǒng)中，該端與補償信號輸入端

11、（引腳9）相連，可構成跟隨器。2.Noninv.input(引腳2)：誤差放大器同向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)中，該端接給定信號。根據需要，在該端與補償信號輸入端（引腳9）之間接入不同類型的反饋網絡，可以構成比例、比例積分和積分等類型的調節(jié)器。3.Sync(引腳3)：振蕩器外接同步信號輸入端。該端接外部同步脈沖信號可實現與外電路同步。4.OSC.Output(引腳4)：振蕩器輸出端。5.CT(引腳5)：振蕩器定時電容接入端。6.RT（引腳6）：振蕩器定時電阻接入端。7.Discharge(引腳7)：振蕩器放電端。該端與引腳5 之間外接一只放電電阻，構成放電回路。8.Soft-Start(引腳

12、8)：軟啟動電容接入端。該端通常接一只5 的軟啟動電容。9.Compensation(引腳9)：PWM 比較器補償信號輸入端。在該端與引腳2 之間接入不同類型的反饋網絡，可以構成比例、比例積分和積分等類型調節(jié)器。10.Shutdown(引腳10)：外部關斷信號輸入端。該端接高電平時控制器輸出被禁止。該端可與保護電路相連，以實現故障保護。11.Output A（引腳11）：輸出端A。引腳11 和引腳14 是兩路互補輸出端。12.Ground(引腳12)：信號地。13.Vc(引腳13)：輸出級偏置電壓接入端。14.Output B（引腳14）：輸出端B。引腳14 和引腳11 是兩路互補輸出端。15

13、.Vcc（引腳15）：偏置電源接入端。16.Vref(引腳16)：基準電源輸出端。該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極好的基準4.3 芯片使用SG3525內部結構如圖4.1所示，直流電源Vs從腳15接入后分兩路，一路加到或非門；另一路送到基準電壓穩(wěn)壓器的輸入端，產生穩(wěn)定的元器件作為電源。振蕩器腳5須外接電容CT，腳6須外接電阻 RT。振蕩器頻率由外接電阻RT 和電容CT決定，振蕩器的輸出分為兩路，一路以時鐘脈沖形式送至雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及兩個或非門；另一路以鋸齒波形式送至比較器的同相輸入端，比較器的反向輸入端接誤差放大器的輸出，誤差放大器的輸出與鋸齒波電壓在比較器中進行比較，輸出一個隨誤差放大器輸出電壓高低而改

14、變寬度的方波脈沖，再將此方波脈沖送到或非門的一個輸入端。或非門的另兩個輸入端分別為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和振蕩器鋸齒波。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的兩個輸出互補，交替輸出高低電平，將PWM脈沖送至三極管VT1及VT2的基極，鋸齒波的作用是加入死區(qū)時間，保證 VT1 及VT2不同時導通。最后，VT1及VT2分別輸出相位相差為180的PWM波。圖4.1 SG3525內部結構5 小結在這次課程設計中，我主要通過查閱課本、圖書館翻閱相關書籍和上網查詢，了解了完成任務所需要的相關知識，如觸發(fā)電路相關的，交流調壓相關的以及畫電路圖相關軟件的知識。在這次課設中，電路圖是使用DXP軟件畫的，在找原件和畫原件用了不少的時間，也讓我對著軟件的使用更熟悉。其次，在電路的設計上，在確定是AC/AC變換，我就從電力電子技術和電力電子裝置找到了交流調壓電路和有關的觸發(fā)電路，但是介紹的是移相調壓觸發(fā)電路，這樣產生的諧波大，難以消除，所以我選擇了PWM斬控式調壓，這樣電源電流不含低次諧波，只含和開關周期T有關的高次諧波，這些高次諧波用很小的濾波器即可濾除，電壓品質較好。這次課設讓我理解了理論和實踐的差距，在不斷的遇到問題和解決問題中進行，讓自己的自學能力的到了加強，動手能力得到了提高，為步入社會做了進一步的準備。附錄（總電路圖）參考文獻（1