亮度可连续调节流斩波电路设计.doc

亮度可连续调节直流斩波电路设计 1概论 电力电子技术是20世纪后半叶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。 开关电源分为AC/DC和DC/DC，其中DC/DC变换已实现模块化，其设计技术和生产工艺已相对成熟和标准化。DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波电路主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。 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流为直流。 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。 本次课程设计要求设计亮度可连续调节的灯光电路，输入380v，频率为50HZ的三相交流电。负载（灯泡）要求0-100v直流电压，最大负载电流3A，用直流斩波电路来实现灯光的可连续调节。 2方案的论证与选择 2.1方案的论证 设计亮度可连续调节的灯光电路，输入380v，频率为50HZ的三相交流电。负载（灯泡）要求0-100v直流电压，最大负载电流3A。由题意需用直流斩波电路来实现灯光的可连续调节。 首先考虑380V的交流电要想转变为最大值为100V的直流电，必须先加一个变压器，将380V交流电降到一个合适的值，再经过三相不控整流电路整流，通过调节斩波电路的IGBT使α在0≤α≤1范围变化时，使整流输出的电压在0～100V变化。 2.2设计方案的选择 2.2.1整流电路设计方案的选择 按电路的构成形式，可分为半波、全波和桥式（含全控桥式和半控桥式）整流电路。半波整流电路只利用了交流电的正半周，而全波整流电路不仅利用了正半周，而 且还巧妙地利用了负半周，从而大大地提高了整流效率，但是全波整流电路，需要变压器 有一个使两端对称的次级中心抽头，这给制作上带来很多的麻烦，同时绕组及铁心对铜、铁等材料的消耗更多，在当今世界上有色金属资源有限的情况下，这是不利的。另外，这种电路中，每只晶闸管承受的最大反向电压，是变压器次级电压最大值的两倍，因此需用 能承受较高电压的晶闸管。而桥式整流电路，不仅具有全波整流电路的优点，同时在一定 程度上也克服了它的缺点。 本题要求采用不控整流进行AC/DC变换，输入为3相380V交流电，需要采用3相不控整流电路进行AC/DC变换，故三相桥式不控整流电路。 2.2.2主电路设计方案的选择 方案一：选择降压斩波电路，来改变输出电压，从而实现灯泡的亮度连续调节。在此可运用电力电子开关来控制电路的通断即改变占空比，从而获得我们所想要的电压。这就可以根据所学的buck降压电路作为主电路，这个方案是较为简单的方案，直接进行直直变换简化了电路结构。 方案二：先把直流变交流降压，再把交流变直流，这种方案把本该简单的电路复杂化，不可取。 综上所述选择方案一作为主电路的设计方案。 2.2.3控制电路设计方案的选择 斩波电路有三种控制方式： （1）脉冲宽度调制（PWM）：开关周期T不变，改变开关导通时间。 （2）频率调制：开关导通时间不变，改变开关周期T。 （3）混合型：开关导通时间和开关周期T都可调，改变占空比。 本次设计采用的是脉宽调制的方法，开关选用全控型器件IGBT，它集中了电力MOSFET和GTR的优点。 2.3总体设计方案的确定 电路一共由变压器、整流电路和直流斩波电路三个主要部分组成，380V三相交流电通过变压器降压，然后通过二极管组成的整流电路进行不控整流，通过调节斩波电路中IGBT的α角使灯泡的亮度可连续调节。电路设计框图如图1所示。 图2-1 总体电路设计方案框图 3电路的设计及参数计算 3.1AC/DC整流电路 3.1.1工作原理 设计采用桥式电路整流：由六个二极管组成一个三相桥式全控整流电路，电路原理图如图3-1 图3-1 桥式整流电路 3.1.2整流电路参数计算 由于输入为380V三相交流电，