交流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文中文題目： 交流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 英文題目： Design of AC Voltage Stabilizer 院 系： 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 電子信息工程 姓 名： 金凱明 學(xué) 號(hào)： 202110350117 指導(dǎo)教師： 金光浪 完成時(shí)間： 2021-06-07 摘 要交流穩(wěn)壓電源能為負(fù)載提供穩(wěn)定交流電源的電子裝置。又稱(chēng)交流穩(wěn)壓器。各種電子設(shè)備要求有比擬穩(wěn)定的交流電源供電，特別是當(dāng)計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域后，采用由交流電網(wǎng)直接供電而不采取任何措施的方式已不能滿足需要。 隨著電力電子技術(shù)的開(kāi)展，很多設(shè)備都要求穩(wěn)定的交流電源供電，但是交流供電系統(tǒng)存在電力欠缺、電網(wǎng)不

2、盡合理等問(wèn)題。這一切都會(huì)導(dǎo)致用電設(shè)備出現(xiàn)工作不正常、精度下降等問(wèn)題，甚至造成意外的損壞。交流供電品質(zhì)的改善成了保證系統(tǒng)正常工作的前提。傳統(tǒng)的交流穩(wěn)壓電源存在效率低、觸點(diǎn)磨損、反響時(shí)間長(zhǎng)、穩(wěn)壓精度低等問(wèn)題。針對(duì)目前交流穩(wěn)壓電源的缺乏。本文設(shè)計(jì)的交流穩(wěn)壓電源具有設(shè)計(jì)出一種以電子開(kāi)關(guān)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)控制多組變壓器疊加的主回路補(bǔ)償工作方式并和可控硅無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)補(bǔ)償繞組串聯(lián)的一種最新穎的交流穩(wěn)壓電源，它具有穩(wěn)壓精度高、效率高、響應(yīng)快、帶負(fù)載能力強(qiáng)、電源波形失真小、無(wú)機(jī)械傳動(dòng)裝置和碳刷磨損、免維護(hù)、工作可靠、噪音低、抗干擾能力強(qiáng)、并具有延時(shí)、過(guò)壓、欠壓保護(hù)功能。關(guān)鍵詞：電子開(kāi)關(guān)；主回路補(bǔ)償；可控硅無(wú)級(jí)調(diào)節(jié) ABS

3、TRACTAC power supply for the load to provide stable AC power electronic devices. Also known as AC voltage regulator. Variety of electronic devices require a relatively stable AC power supply, especially when computer technology is applied to various fields, directly by the AC mains power supply with

4、out taking any measures can not meet the need. With the development of power electronics technology, many devices require a stable AC power, AC power system is the lack of electricity, the grid is not the reasonable. All this can lead to electrical equipment is not working properly, the decline in a

5、ccuracy, or even caused by accidental damage. AC power supply quality improvement has become to ensure that the premise of the system work properly. The low efficiency of conventional AC power supply exists, contact wear, long reaction time, low voltage accuracy problems. For the current lack of AC

6、power supply. In this paper, the design of the AC power supply has to design an electronic switch for the implementing agencies to control the transformer superimposed main loop compensation work and SCR stepless adjustment of the compensation winding in series with one of the most innovative AC vol

7、tage stabilizer power supply regulator high precision, high efficiency, fast response, with a load capacity, the power supply waveform distortion, no mechanical gear and brush wear, maintenance-free, reliable operation, low noise, strong anti-jamming capability, and has delay, overvoltage, undervolt

8、age protection function. Keywords: electronic switch; the main loop compensation; SCR stepless adjustment;目錄引言11 電源技術(shù)概述2現(xiàn)代電源技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域2電源的開(kāi)展趨勢(shì)5交流電源分類(lèi)72 穩(wěn)壓電源總體設(shè)計(jì)方案92.1 設(shè)計(jì)概述92.2 研究?jī)?nèi)容92.3 技術(shù)指標(biāo)92.4 交流穩(wěn)壓電源的總體方案設(shè)計(jì)92.4.1 單相交流穩(wěn)壓電源的根本原理10 交流調(diào)整電路102.4.3 雙向可控制硅的選用112.4.4 雙向可控硅導(dǎo)通模式與對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電壓132.4.5 雙向可控硅短路報(bào)警143 穩(wěn)壓電源

9、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)163.1 硬件系統(tǒng)的整體框架163.1.1 主回路163.1.2 控制電路163.2 雙向可控硅觸發(fā)電路173.2.1 MOC3061173.2.2 觸發(fā)電路173.3 保護(hù)電路193.3.1 保護(hù)電路原理193.4 輔助直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)213.4.1 +5V直流穩(wěn)壓電源213.4.2 +12直流穩(wěn)壓電源214 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)224.1 主程流程圖224.2 采樣子程序流程圖234.3 數(shù)字濾波程序流程圖244.4 電壓采樣電路254.4.1 ADC0809的特性254.4.2 ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能264.4.3 采樣電路294.5 系統(tǒng)控制電路295 結(jié)論336

10、經(jīng)濟(jì)分析報(bào)告35致謝36參考文獻(xiàn)37附錄A 總電路圖39引言隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到各工業(yè)、科研領(lǐng)域后，各種電子設(shè)備都要求穩(wěn)定的交流電源供電，而交流穩(wěn)壓電源的出現(xiàn)解決了這一問(wèn)題。車(chē)站信號(hào)電源屏從功能上分為調(diào)壓、轉(zhuǎn)換(包括2路電源轉(zhuǎn)換和輸出轉(zhuǎn)換)、輸出(包括交流輸出和直流輸出)幾局部,其中穩(wěn)壓局部是電源屏質(zhì)量的關(guān)鍵。目前鐵路車(chē)站現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的電源屏穩(wěn)壓局部其最主要的缺點(diǎn)是響應(yīng)速度慢,在兩路電網(wǎng)轉(zhuǎn)換過(guò)程中容易產(chǎn)生過(guò)壓或欠壓;有機(jī)械磨損,易損壞;輸出失真大。隨著技術(shù)進(jìn)步,繼電式設(shè)備正逐步被電子設(shè)備所取代,設(shè)備對(duì)電源質(zhì)量要求越來(lái)越高。穩(wěn)壓電路具有效率高、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。補(bǔ)償變壓器功率較小,從而明顯

11、降低材料本錢(qián)及功率損耗,到達(dá)提高效率,減小重量體積的目的。微機(jī)控制使控制電路大大簡(jiǎn)化,還可參加輔助功能,如故障診斷、穩(wěn)壓指示、超限聲光報(bào)警、延時(shí)啟動(dòng)、故障檢測(cè)、缺相保護(hù)等各種功能。通信業(yè)的迅速開(kāi)展極大的推動(dòng)了通信電源的開(kāi)展。高頻小型化的開(kāi)關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中,通常將整流器稱(chēng)為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱(chēng)為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網(wǎng)變換成標(biāo)稱(chēng)值為48V的直流電源。目前在程控交換機(jī)用的一次電源中,傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開(kāi)關(guān)電源取代,高頻開(kāi)關(guān)電源(也稱(chēng)為開(kāi)關(guān)型整流器SMR)通過(guò)MOSFET或IGBT的高頻工作,開(kāi)關(guān)頻率一

12、般控制在50-100kHz范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開(kāi)關(guān)整流器的功率容量不斷擴(kuò)大,單機(jī)容量己從48V/12.5A、48V/20A擴(kuò)大到48V/200A、48V/400A。在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)均處于核心地位。對(duì)于大型電解電鍍電源,傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開(kāi)關(guān)電源技術(shù),其體積和重量都會(huì)大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低本錢(qián)。在電動(dòng)汽車(chē)和變頻傳動(dòng)中,更是離不開(kāi)開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，通過(guò)開(kāi)關(guān)電源改變用電頻率,從而到達(dá)近于理想的負(fù)載匹配和驅(qū)動(dòng)控制。高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù),更是各種大功率開(kāi)關(guān)電源(逆變焊機(jī)、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力

13、操作電源等)的核心。1 電源技術(shù)概述高速開(kāi)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)帶著人類(lèi)進(jìn)入了信息社會(huì),同時(shí)也促進(jìn)了電源技術(shù)的迅速開(kāi)展。上世紀(jì)80年代,計(jì)算機(jī)全面采用了開(kāi)關(guān)電源,率先完成計(jì)算機(jī)電源換代。接著開(kāi)關(guān)電源技術(shù)相繼進(jìn)入了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)技術(shù)的開(kāi)展,提出了綠色電源。綠色電源系指高效省電電源,根據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署l992年6月17日“能源之星方案規(guī)定,桌上型個(gè)人電腦或相關(guān)的外圍設(shè)備,在睡眠狀態(tài)下的耗電量假設(shè)小于30瓦,就符合綠色電源的要求。提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開(kāi)關(guān)電源而言,電源自身要消耗50W的能源。通信用高頻開(kāi)關(guān)電源就是通過(guò)電路控制開(kāi)關(guān)管進(jìn)行高速的道通與截止

14、將直流電轉(zhuǎn)化為高頻率的交流電提供給變壓器進(jìn)行變壓，從而產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓轉(zhuǎn)化為高頻交流電的原因是高頻交流在變壓器變壓電路中的效率要比50Hz高很多所以開(kāi)關(guān)變壓器可以做的很小，而且工作時(shí)不是很熱。1.1.2直流-直流(DC/DC)變換器DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱(chēng)為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式TS不變，改變ton(通用)，二是頻率調(diào)制。這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無(wú)軌電車(chē)、地鐵列車(chē)、電動(dòng)車(chē)的無(wú)級(jí)變速和控制,同時(shí)使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能,并同時(shí)收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能20%30%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的

15、作用(開(kāi)關(guān)電源),同時(shí)還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。通信電源的二次電源DCDC變換器已商品化，模塊采用高頻PWM技術(shù)，開(kāi)關(guān)頻率在500kHz左右，功率密度為5W20Win3。隨著大規(guī)模集成電路的開(kāi)展，要求電源模塊實(shí)現(xiàn)小型化，因此就要不斷提高開(kāi)關(guān)頻率和采用新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，目前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開(kāi)關(guān)和零電壓開(kāi)關(guān)技術(shù)的二次電源模塊，功率密度有較大幅度的提高。1.1.3不間斷電源(UPS)UPSUninterruptible Power System ，即不間斷電源，是一種含有儲(chǔ)能裝置，以逆變器為主要組成局部的恒壓恒頻的不間斷電源。主要用于給單臺(tái)計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或其

16、它電力電子設(shè)備提供不間斷的電力供給。當(dāng)市電輸入正常時(shí)，UPS 將市電穩(wěn)壓后供給給負(fù)載使用，此時(shí)的UPS就是一臺(tái)交流市電穩(wěn)壓器，同時(shí)它還向機(jī)內(nèi)電池充電；當(dāng)市電中斷事故停電時(shí)， UPS 立即將機(jī)內(nèi)電池的電能，通過(guò)逆變轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)供給220V交流電，使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟、硬件不受損壞。UPS 設(shè)備通常對(duì)電壓過(guò)大和電壓太低都提供保護(hù)。不間斷電源(UPS)是計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場(chǎng)合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流電輸入經(jīng)整流器變成直流，一局部能量給蓄電池組充電，另一局部高頻逆變式整流焊機(jī)電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機(jī)電源，代表了當(dāng)今焊機(jī)電源的開(kāi)展方向。由于

17、IGBT大容量模塊的商用化，這種電源更有著廣闊的應(yīng)用前景。變頻器電源主要用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速,其在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要,已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過(guò)整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅(qū)動(dòng)交流異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。變頻電源是將市電中的交流電經(jīng)過(guò)ACDCAC變換, 輸出為純潔的正弦波，輸出頻率和電壓 一定范圍內(nèi)可調(diào)。它有別于用于電機(jī)調(diào)速用的變頻調(diào)速控制器，也有別于普通交流穩(wěn)壓電源。理想的交流電源的特點(diǎn)是頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)

18、定、內(nèi)阻等于零、電壓波形為純粹弦波無(wú)失真。變頻電源十分接近于理想交流電源，因此，先進(jìn)興旺國(guó)家越來(lái)越多地將變頻電源用作標(biāo)準(zhǔn)供電電源，以便為用電器提供最優(yōu)良的供電環(huán)境，便于客觀考核用電器的技術(shù)性能。 變頻電源主要有二大種類(lèi)：線性放大型和SPWM開(kāi)關(guān)型。逆變焊機(jī)電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經(jīng)全橋整流變成直流，IGBT組成的PWM高頻變換局部將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波，經(jīng)高頻變壓器耦合， 整流濾波后成為穩(wěn)定的直流，供電弧使用。由于焊機(jī)電源的工作條件惡劣，頻繁的處于短路、燃弧、開(kāi)路交替變化之中，因此高頻逆變式整流焊機(jī)電源的工作可靠性問(wèn)題

19、成為最關(guān)鍵的問(wèn)題，也是用戶最關(guān)心的問(wèn)題。采用微處理器做為脈沖寬度調(diào)制(PWM)的相關(guān)控制器，通過(guò)對(duì)多參數(shù)、多信息的提取與分析，到達(dá)預(yù)知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的，進(jìn)而提前對(duì)系統(tǒng)做出調(diào)整和處理，解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。國(guó)外逆變焊機(jī)已可做到額定焊接電流300A，負(fù)載持續(xù)率60%，全載電壓6075V，電流調(diào)節(jié)范圍5300A，重量29kg。電力有源濾波器APF是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無(wú)功的新型電力電子裝置，它能夠?qū)Υ笮『皖l率都變化的諧波以及變化的無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，之所以稱(chēng)為有源，顧名思義該裝置需要提供電源，其應(yīng)用可克服LC濾波器等傳統(tǒng)的諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償方法的缺點(diǎn)傳統(tǒng)的只能固定補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了

20、動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償，而且可以只補(bǔ)諧波不補(bǔ)無(wú)功；三相電路瞬時(shí)無(wú)功功率理論是APF開(kāi)展的主要根底理論；APF有并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種，前者用的多；該裝置的主要缺點(diǎn)是復(fù)雜、本錢(qián)高，限制了它的使用。電力有源濾波器的研究與應(yīng)用，國(guó)內(nèi)有源電力濾波器在技術(shù)研究雖然與國(guó)內(nèi)有一定的差距，但近幾年在技術(shù)已取得突破性的進(jìn)展。國(guó)內(nèi)已有多家公司提出了APF產(chǎn)品，并在工業(yè)領(lǐng)域取得了成功的應(yīng)用，如西安薩博、英納仕電氣等。但隨著我國(guó)對(duì)電網(wǎng)諧波污染治理日益重視，“綠色電力電子的呼聲愈來(lái)愈高，電力有源濾波器必然會(huì)得到廣泛地推廣應(yīng)用。高壓直流電源有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，電力系統(tǒng)中廣泛的用于高壓電氣設(shè)備的直流耐壓和泄露試驗(yàn)，如電力系統(tǒng)避雷器，電力

21、電纜，變壓器繞組及發(fā)電機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)；工業(yè)中用于環(huán)保的靜電除塵，污水處理，激光器等；醫(yī)學(xué)方面用于X光機(jī)，CT等大型設(shè)備；科研上用于高能物理，等離子物理；軍事上雷達(dá)發(fā)射器，脈沖點(diǎn)火技術(shù)等。小型、薄型、輕量化使電源小型化的具體方法有：一是高頻化。為了實(shí)現(xiàn)電源高功率密度，必須提高PWM 變換器的工作頻率、從而減小電路中儲(chǔ)能元件的體積重量。二是應(yīng)用壓電變壓器。應(yīng)用壓電變壓器可使高頻功率變換器實(shí)現(xiàn)輕、小、薄和高功率密度。壓電變壓器利用壓電陶瓷材料特有的“電壓- 振動(dòng)變換和“振動(dòng)- 電壓變換的性質(zhì)傳送能量，其等效電路如同一個(gè)串并聯(lián)諧振電路，是功率變換領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。三是采用新型電容器。為了減小電子設(shè)備體

22、積和重量，提高能量密度，研究開(kāi)發(fā)適合于電力電子及電源系統(tǒng)用的新型電容器。四是同時(shí)采用SMT 技術(shù)在電路板兩面布置元件以確保開(kāi)關(guān)電源的輕、小、薄。開(kāi)關(guān)電源比連續(xù)工作電源使用的元器件多數(shù)十倍，對(duì)于電力電子裝置，元器件數(shù)量越多，發(fā)生故障的機(jī)率越大，裝置的可靠性越低。從壽命角度出發(fā)，電解電容、光耦合器及排風(fēng)扇等器件的壽命決定著電源的壽命。追求壽命的延長(zhǎng)要從設(shè)計(jì)方面做工作。美國(guó)一公司通過(guò)降低結(jié)溫、減少器件的電應(yīng)力、降低運(yùn)行電流等措施使其DC/DC 開(kāi)關(guān)電源系列產(chǎn)品的可靠性大大提高，產(chǎn)品的MTBF 高達(dá)100 萬(wàn)h 以上。為了使開(kāi)關(guān)電源輕、小、薄，高頻化開(kāi)關(guān)頻率達(dá)兆赫級(jí)是必然開(kāi)展趨勢(shì)。而高頻化又必然使傳統(tǒng)

23、的PWM 開(kāi)關(guān)功耗加大、效率降低、噪聲提高，且達(dá)不到高頻、高效的預(yù)期效益，因此實(shí)現(xiàn)零電壓導(dǎo)通、零電流關(guān)斷的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)將成為開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品的開(kāi)展方向。采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)可使效率到達(dá)85%88%。據(jù)悉，美國(guó)VICOR 開(kāi)關(guān)電源公司設(shè)計(jì)制造了多種ECZ 軟開(kāi)關(guān)DC/DC 變換器，其最大輸出功率有800W、600W、300W等，相應(yīng)的功率密度為101.60 W/cm3、160.38 W/cm3 和278.58 W/cm3，效率為80%90%；日本Nemic-Lambda 公司推出一種采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的高頻開(kāi)關(guān)電源模塊RM 系列，開(kāi)關(guān)頻率為200300 kHz，功率密度為3，用同步整流器即用MOS-FER 代替

24、肖特基二極管使整個(gè)電路效率提高到90%。在電源集成技術(shù)的開(kāi)展進(jìn)程中，已經(jīng)經(jīng)歷了電力半導(dǎo)體器件模塊化，功率與控制電路的集成化，集成無(wú)源元件包括磁集成技術(shù)等開(kāi)展階段。近年來(lái)的開(kāi)展方向是將小功率電源系統(tǒng)集成在一個(gè)芯片上，可以使電源產(chǎn)品更為緊湊，體積更小，也減小了引線長(zhǎng)度，從而減小了寄生參數(shù)。在此根底上，可以實(shí)現(xiàn)一體化，所有元器件連同控制保護(hù)集成在一個(gè)模塊中。上世紀(jì)90 年代，隨著大規(guī)模分布電源系統(tǒng)的開(kāi)展，一體化的設(shè)計(jì)觀念被推廣到更大容量、更高電壓的電源系統(tǒng)集成，產(chǎn)品設(shè)計(jì)中提高了集成度，出現(xiàn)了集成電力電子模塊IPEM。IPEM 將功率器件與電路、控制以及檢測(cè)、執(zhí)行等元件集成封裝的模塊，既可用于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)

25、，也可用于專(zhuān)用、特殊設(shè)計(jì)。目前，可快速高效為用戶提供產(chǎn)品，顯著降低本錢(qián)，提高可靠性。無(wú)論是AC/DC 或是DC/DC 變換器都是朝著模塊化方向開(kāi)展，特點(diǎn)是：可用模塊電源組成分布或電源系統(tǒng)；可以設(shè)計(jì)成N+1 冗余電源系統(tǒng)，從而提高可靠性；可以做成插入式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)熱更換，從而在運(yùn)行中出現(xiàn)故障時(shí)能快速更換模塊插件；多臺(tái)模塊并用可實(shí)現(xiàn)大功率電源系統(tǒng)。此外，還可在電源系統(tǒng)建成后，根據(jù)需要擴(kuò)充容量。電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義:首先是顯著節(jié)電,這意味著發(fā)電容量的節(jié)約,而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因,所以節(jié)電就可以減少對(duì)環(huán)境的污染;其次這些電源不能(或少)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染,國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)對(duì)此制定了一系

26、列標(biāo)準(zhǔn),如IEC555、IEC917、IECl000等。事實(shí)上,許多電子節(jié)電設(shè)備,往往會(huì)變成對(duì)電網(wǎng)的污染源:向電網(wǎng)注入嚴(yán)重的高次諧波電流,使總功率因數(shù)下降,使電網(wǎng)電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現(xiàn)缺角和畸變。20世紀(jì)末,各種有源濾波器和有源補(bǔ)償器的方案誕生,有了多種修正功率因數(shù)的方法。這些為2l世紀(jì)批量生產(chǎn)各種綠色開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品奠定了根底。隨著新型電力電子器件和適于更高開(kāi)關(guān)頻率的電路拓?fù)涞牟粩喑霈F(xiàn),現(xiàn)代電源技術(shù)將在實(shí)際需要的推動(dòng)下快速開(kāi)展。在傳統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)下,由于功率器件性能的限制而使開(kāi)關(guān)電源的性能受到影響。為了極大發(fā)揮各種功率器件的特性,使器件性能對(duì)開(kāi)關(guān)電源性能的影響減至最小,新型的電源電路拓?fù)浜?/p>

27、新型的控制技術(shù),可使功率開(kāi)關(guān)工作在零電壓或零電流狀態(tài),從而可大大的提高工作頻率,提高開(kāi)關(guān)電源工作效率,設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源?？偠灾?開(kāi)關(guān)電源技術(shù)因應(yīng)用需求不斷向前開(kāi)展,新技術(shù)的出現(xiàn)又會(huì)使許多應(yīng)用產(chǎn)品更新?lián)Q代,還會(huì)開(kāi)拓更多更新的應(yīng)用領(lǐng)域。開(kāi)關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實(shí)現(xiàn),將標(biāo)志著這些技術(shù)的成熟,實(shí)現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。開(kāi)關(guān)電源代替線性電源和相控電源是大勢(shì)所趨,因此,同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)正在啟動(dòng),并將很快開(kāi)展起來(lái)。還有其他許多以開(kāi)關(guān)電源技術(shù)為核心的專(zhuān)用電源、工業(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_(kāi)發(fā)。鐵磁諧振式交流穩(wěn)壓器：利用飽和扼流圈和相應(yīng)的電容器組

28、合后具有恒壓伏安特性而制成的交流穩(wěn)壓裝置。磁飽和式是這種穩(wěn)壓器的早期典型結(jié)構(gòu)。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造方便，輸入電壓允許變化范圍寬，工作可靠,過(guò)載能力較強(qiáng)。但波形失真較大，穩(wěn)定度不高。近年開(kāi)展起來(lái)的穩(wěn)壓變壓器，也是借助電磁元件的非線性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓作用的電源裝置。它和磁飽和式穩(wěn)壓器的區(qū)別在于磁路結(jié)構(gòu)形式的不同，而根本工作原理那么相同。它在一個(gè)鐵心上同時(shí)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓和變壓雙重作用，所以?xún)?yōu)于普通電源變壓器和磁飽和穩(wěn)壓器。 磁放大器式交流穩(wěn)壓器：將磁放大器和自耦變壓器串聯(lián)起來(lái)，利用電子線路改變磁放大器的阻抗以穩(wěn)定輸出電壓的裝置。其電路形式可以是線性放大，也可以是脈寬調(diào)制等。這類(lèi)穩(wěn)壓器帶有反響控制的閉環(huán)系統(tǒng)，所以穩(wěn)定度

29、高，輸出波形好。但因采用慣性較大的磁放大器，故恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)。又因采用自耦方式，所以抗干擾能力較差。 滑動(dòng)式交流穩(wěn)壓器：用改變變壓器滑動(dòng)接點(diǎn)位置，使輸出電壓獲得穩(wěn)定的裝置，即是用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)調(diào)壓式交流穩(wěn)壓器。這類(lèi)穩(wěn)壓器效率高，輸出電壓波形好，對(duì)負(fù)載性質(zhì)無(wú)特殊要求。但穩(wěn)定度較低，恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)。 感應(yīng)式交流穩(wěn)壓器：靠改變變壓器次級(jí)電壓相對(duì)于初級(jí)電壓的相位差，使輸出交流電壓獲得穩(wěn)定的裝置。它在結(jié)構(gòu)上類(lèi)似線繞式異步電動(dòng)機(jī)，而原理上又類(lèi)似感應(yīng)調(diào)壓器。它的穩(wěn)壓范圍寬，輸出電壓波形好，功率可做到數(shù)百千瓦。但由于轉(zhuǎn)子經(jīng)常處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，故功耗較大，效率低。另因銅、鐵用料多，故較少生產(chǎn)。 晶閘管交流穩(wěn)壓器：用

30、晶閘管作功率調(diào)整元件的交流穩(wěn)壓器。它具有穩(wěn)定度高、反響快、無(wú)噪聲等優(yōu)點(diǎn)。但因?qū)κ须姴ㄐ斡袚p害，對(duì)通信設(shè)備和電子設(shè)備造成干擾。 隨著電源技術(shù)的開(kāi)展,80年代又出現(xiàn)了以下3種新型交流穩(wěn)壓電源：補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器：又稱(chēng)局部調(diào)整式穩(wěn)壓器。利用補(bǔ)償變壓器的附加電壓串接在電源和負(fù)載之間,隨著輸入電壓的上下,用斷續(xù)式的交流開(kāi)關(guān)接觸器或晶閘管或用連續(xù)式的伺服電動(dòng)機(jī)來(lái)改變附加電壓的大小或極性，把輸入電壓高出局部(或缺乏局部)減去(或加上)，從而到達(dá)穩(wěn)壓目的。補(bǔ)償變壓器容量?jī)H為輸出功率的1/7左右,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉的優(yōu)點(diǎn)，但穩(wěn)定度不高。數(shù)控式交流穩(wěn)壓器和步進(jìn)式穩(wěn)壓器：由邏輯元件或微處理機(jī)構(gòu)成控制電路，按輸入電

31、壓上下轉(zhuǎn)換變壓器初級(jí)匝數(shù)，使輸出電壓獲得穩(wěn)定。凈化式交流穩(wěn)壓器：由于具有良好的隔離作用，能消除來(lái)自電網(wǎng)的尖峰干擾而得到應(yīng)用。2 穩(wěn)壓電源總體設(shè)計(jì)方案2.1 設(shè)計(jì)概述目前對(duì)直流小功率恒流方法的研究較多,而對(duì)交流恒流方法的研究較少。交流穩(wěn)流主要采用如下方法:(1)用具有反響系統(tǒng)的可控硅調(diào)相電路來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流,但因?yàn)槭钦{(diào)整截止角,將使正弦波嚴(yán)重畸變。(2)采用反響系統(tǒng)控制伺服電機(jī),調(diào)節(jié)自耦調(diào)壓器組成的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流,但由于電機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械慣性調(diào)整速度較慢且易產(chǎn)生振蕩,難于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的調(diào)節(jié)。(3)以鐵磁元件為調(diào)整元件(磁放大器)的穩(wěn)流線路,它的缺乏之處是:因?yàn)榇艖T性大響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng);磁系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的波形

32、畸變;系統(tǒng)的功率因數(shù)低2.2 研究?jī)?nèi)容 課題應(yīng)能設(shè)計(jì)出一種以電子開(kāi)關(guān)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)控制多組變壓器疊加的主回路補(bǔ)償工作方式并和可控硅無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)補(bǔ)償繞組串聯(lián)的一種最新穎的交流穩(wěn)壓電源，它具有穩(wěn)壓精度高、效率高、響應(yīng)快、帶負(fù)載能力強(qiáng)、電源波形失真小、無(wú)機(jī)械傳動(dòng)裝置和碳刷磨損、免維護(hù)、工作可靠、噪音低、抗干擾能力強(qiáng)、并具有延時(shí)、過(guò)壓、欠壓保護(hù)功能。2.3 技術(shù)指標(biāo)輸入穩(wěn)壓范圍：?jiǎn)蜗?87V253V頻率50Hz±2Hz輸出電壓220V±1%源電壓效應(yīng) ±1%負(fù)載效應(yīng)±1%波形失真 5%附加輸出功率 5kw效率 90%滿載欠過(guò)壓保護(hù) Vo186V或V

33、o254V2.4 交流穩(wěn)壓電源的總體方案設(shè)計(jì)2.4.1 單相交流穩(wěn)壓電源的根本原理圖2.1為補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器電路原理結(jié)構(gòu)框圖。圖中，由補(bǔ)償變壓器等組成補(bǔ)償單元，用雙向可控硅作開(kāi)關(guān)器件組成無(wú)觸點(diǎn)可控調(diào)節(jié)單元，控制電路由A/D轉(zhuǎn)換(采樣)、單片機(jī)控制器、報(bào)警指示單元及保護(hù)單元組成。 當(dāng)輸入電壓Ui波動(dòng)或負(fù)載電流變化時(shí)，通過(guò)采樣變壓器獲取反響電壓，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換輸入單片機(jī)與基準(zhǔn)值進(jìn)行比擬，由微機(jī)程序軟件進(jìn)行判斷處理，輸出控制指令。在電壓過(guò)零同步脈沖的作用下，使相應(yīng)的開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通，切換對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償變壓器的組合繞組，改變補(bǔ)償電壓的值，從而快速地到達(dá)穩(wěn)定輸出電壓Uo的目的。當(dāng)Ui<Uon，時(shí)(Uon為額

34、定電壓220V )，Ui提供正補(bǔ)償;當(dāng)Ui>Uon時(shí)，Ui提供負(fù)補(bǔ)償: 當(dāng)Ui=Uon時(shí),Ui不提供補(bǔ)償電壓。所以，一旦電網(wǎng)輸入電壓Ui偏離額定電壓Uon時(shí)，單片機(jī)控制單元便調(diào)節(jié)雙向可控硅的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，來(lái)控制補(bǔ)償變壓器TRi (i=1,2,3,4)的Ui的補(bǔ)償方式。2.4.2 交流調(diào)整電路補(bǔ)償變壓器的選擇 根據(jù)穩(wěn)壓精度及輸入電壓范圍的要求來(lái)選擇補(bǔ)償變壓器的臺(tái)數(shù)，本文選擇4臺(tái)。圖2.2給出了交流調(diào)整電路中的交流調(diào)整電路。圖中，TR1 , TR2, TR3，TR4是四個(gè)獨(dú)立的補(bǔ)償變壓器，其初級(jí)繞組上輸入電壓為Uon( 220V )，其次級(jí)繞組上的補(bǔ)償電壓可以根據(jù)穩(wěn)壓精度的需要，設(shè)計(jì)為2.2V,

35、 4.4V, 8.8V，17.6。當(dāng)順極性(或反極性)疊加全部投入時(shí)，可以獲得最大正負(fù)補(bǔ)償電壓為33V。當(dāng)Us最小值為2.2V時(shí)，穩(wěn)壓精度可優(yōu)于1%。根據(jù)補(bǔ)償變壓器的一次側(cè)電壓和二次側(cè)電壓，結(jié)合整個(gè)電源的輸出功率，就可確定各個(gè)補(bǔ)償變壓器的功率。本文輸出功率為5KW，那么所有的補(bǔ)償變壓器輸出功率都選為略大于5KW，可以選擇6KW。(1)補(bǔ)償變壓器TR1:其一次側(cè)電壓為220V，二次側(cè)電壓為2.2V;那么其輸出功率為:Pb1=(2.2v/220v)*6kW=60W(2)補(bǔ)償變壓器TR2: 其一次側(cè)電壓為220V，二次側(cè)電壓為4.4V;那么其輸出功率為:Pb2=(4.4v/220v)*6kW=120

36、W(3)補(bǔ)償變壓器TR3: 其一次側(cè)電壓為220V，二次側(cè)電壓為8.8V;那么其輸出功率為:Pb3=(8.8v/220v)*6kVA=240VA圖2.2 交流調(diào)整電路(4)補(bǔ)償變壓器TR4: 其一次側(cè)電壓為220V，二次側(cè)電壓為17.6V;那么其輸出功率為:Pb3=(17.6v/220v)*6kw=480W因此，四臺(tái)補(bǔ)償變壓器的輸出功率依次為:60W,120W,240W，480W。2.4.3 雙向可控制硅的選用交流調(diào)整電路中，所用開(kāi)關(guān)器件的數(shù)目與補(bǔ)償變壓器的數(shù)目有關(guān)。其規(guī)律是: 開(kāi)關(guān)器件的數(shù)目=補(bǔ)償變壓器的臺(tái)數(shù)*2+2其中后面的+2，即公用橋臂上的兩只開(kāi)關(guān)器樣，它與補(bǔ)償變壓器的臺(tái)數(shù)無(wú)關(guān)。如圖2

37、.3所示，只需要10個(gè)雙向可控硅。S1和S2 ，S3和S4，S5和S6，S7和S8，分別為四臺(tái)補(bǔ)償變壓器初級(jí)繞組端的控制開(kāi)關(guān)，S9和S10那么是作為公共橋臂進(jìn)行工作。整個(gè)交流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)，因?yàn)榻尤胙a(bǔ)償變壓器的不同,流經(jīng)每組可控硅的最大電流隨之不同。具體情況如下:Po=Uo*Io Io=Po/Uo=5KW/220V次級(jí)， I1=Io*2.2/220初級(jí)，如圖：圖2.3 初級(jí)繞組端的控制電路(1) S1和S2:只接入補(bǔ)償變壓器TR1，其補(bǔ)償電壓為2.2V，那么Imax=(2.2V/220V)*(5kVA/220V)=0.227A(2) S3和S4:只接入補(bǔ)償變壓器TR2，其補(bǔ)償電壓為4.4V，那么

38、Imax=(4.4V/220V)*(5kVA/220V)=A(3) S5和S6:只接入補(bǔ)償變壓器TR3，其補(bǔ)償電壓為8.8V，那么Imax=(8.8V/220V)*(5kVA/220V)=A(4) S7和S8只接入補(bǔ)償變壓器TR4，其補(bǔ)償電壓為17.6V，那么Imax=(17.6V/220V)*(5kVA/220V)=16A(5) S9和S10接入補(bǔ)償變壓器TR1，TR2，TR3，TR4，其補(bǔ)償電壓為33V，那么Imax=(33V/220V)*(5kVA/220V)=A四組可控硅的接入電壓都是220V 。 按照器件參數(shù)的選擇規(guī)律,耐壓值一般為工作值的4倍左右,電流值一般為工作值的3-4倍，那么

39、，四組可控硅的選用如下:(1) S1和S2,S3和S4 ,S5和S6，S7和S8，S9和S10全部選用耐壓1000V、電流16A的器件。(2) RC主要用于吸收尖峰脈沖，在選擇時(shí)可取RC<T/100=0.2ms，R可以選擇參數(shù)20，C可以選擇10uf。2.4.4 雙向可控硅導(dǎo)通模式與對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電壓 每組里的兩個(gè)雙向可控硅，任何時(shí)間，都必須有一個(gè)處于導(dǎo)通狀態(tài)。規(guī)定值時(shí)晶閘管作為開(kāi)關(guān)將補(bǔ)償變壓器初級(jí)回路接通，即改變通斷狀態(tài)來(lái)調(diào)節(jié)補(bǔ)償電壓Ub1，以保持輸出電壓Uo在設(shè)定范圍內(nèi)。在晶閘管導(dǎo)通時(shí)，流過(guò)補(bǔ)償變壓器一次線圈W1的勵(lì)磁電流Io產(chǎn)生勵(lì)磁磁勢(shì)IoW1，并在二次線圈W2產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)作為補(bǔ)償電壓

40、。晶閘管關(guān)斷時(shí)，補(bǔ)償變壓器無(wú)勵(lì)磁磁勢(shì)，因而補(bǔ)償電壓為零。 當(dāng)穩(wěn)壓器有負(fù)載時(shí)，IL不等于0，該負(fù)載電流在補(bǔ)償變壓器上產(chǎn)生負(fù)載磁勢(shì)ILW2在晶閘管導(dǎo)通時(shí)，補(bǔ)償變壓器一次邊電流為I1，一次邊磁勢(shì)為I1W1。由磁勢(shì)平衡方程，得I1W1+I2W2=IoW1。 本文通過(guò)采取在每臺(tái)補(bǔ)償變壓器的一次側(cè)加裝電阻R和電容C的方法，圖中的R1,R2，R3，R4，C1,C2, C3，C4較好地解決了這個(gè)問(wèn)題。R可以選擇參數(shù)20，C可以選擇10uf。 在主電路中，每一級(jí)補(bǔ)償電路中，必須得保持同一組中兩個(gè)可控硅有一個(gè)處于導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)需要提供正向補(bǔ)償電壓時(shí)，四個(gè)補(bǔ)償變壓器有15種組合;見(jiàn)表一圖2.4 補(bǔ)償電路2.4.5 雙

41、向可控硅短路報(bào)警 為應(yīng)對(duì)雙向可控硅短路的情況，本文專(zhuān)門(mén)進(jìn)行了報(bào)警電路的設(shè)計(jì)，如圖2.5所示。圖中，四組可控硅分別接入保險(xiǎn)絲F1, F2, F3和F4 以第一組可控硅S1和S2為例，正常工作時(shí)，F(xiàn)l兩端電壓為零，繼電器Jl不吸合，電路不報(bào)警。當(dāng)出現(xiàn)可控硅短路時(shí)，F(xiàn)1熔斷，真兩端電壓不為零，J1吸合，電路報(bào)警，蜂鳴器開(kāi)始呼叫。五組可控硅，只要有一組出現(xiàn)短路故障，電路就開(kāi)始報(bào)警。圖可控硅短路報(bào)警電路圖 表一 補(bǔ)償電壓的多種補(bǔ)償狀態(tài) 組合 可控硅狀態(tài) 補(bǔ)償電壓V 1 S1,3,5,7,9斷開(kāi)或S2,4,6,8,10斷開(kāi) 0 2 S1,4,6,8,10導(dǎo)通其余斷開(kāi) 3 S2,3,6,8,10導(dǎo)通其余斷開(kāi)

42、 4 S1,3,6,8,10導(dǎo)通其余斷開(kāi) 5 S2,4,5,8,10導(dǎo)通其余斷開(kāi) 6 S1,4,5,8,10導(dǎo)通其余斷開(kāi) -11 7 S2,3,5,8,10導(dǎo)通其余斷開(kāi) 8 S1,3,5,8,10導(dǎo)通其余斷開(kāi) 9 S2,4,6,7,10導(dǎo)通其余斷開(kāi) 10 S1,4,6,7,10導(dǎo)通其余斷開(kāi) 11 S2,3,6,7,10導(dǎo)通其余斷開(kāi) -22 12 S1,3,6,7,10導(dǎo)通其余斷開(kāi) 13 S2,4,5,7,10導(dǎo)通其余斷開(kāi) 14 S1,4,5,7,10導(dǎo)通其余斷開(kāi) 15 S2,3,5,7,10導(dǎo)通其余斷開(kāi) 16 S1,3,5,7,10導(dǎo)通其余斷開(kāi) -33 17 S1,4,6,8,10斷開(kāi)其余導(dǎo)通

43、 18 S2,3,6,8,10斷開(kāi)其余導(dǎo)通 19 S1,3,6,8,10斷開(kāi)其余導(dǎo)通 20 S2,4,5,8,10斷開(kāi)其余導(dǎo)通 21 S1,4,5,8,10斷開(kāi)其余導(dǎo)通 11 22 S2,3,5,8,10斷開(kāi)其余導(dǎo)通 23 S1,3,5,8,10斷開(kāi)其余導(dǎo)通 24 S2,4,6,7,10斷開(kāi)其余導(dǎo)通 25 S1,4,6,7,10斷開(kāi)其余導(dǎo)通 26 S2,3,6,7,10斷開(kāi)其余導(dǎo)通 22 27 S1,3,6,7,10斷開(kāi)其余導(dǎo)通 28 S2,4,5,7,10斷開(kāi)其余導(dǎo)通 29 S1,4,5,7,10斷開(kāi)其余導(dǎo)通 30 S2,3,5,7,10斷開(kāi)其余導(dǎo)通 31 S1,3,5,7,10斷開(kāi)其余導(dǎo)通

44、 333 穩(wěn)壓電源硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 硬件系統(tǒng)的整體框架3.1.1 主回路 主回路電路，如圖3.1所示。根據(jù)穩(wěn)壓精度及輸入電壓范圍的要求，本文選擇四臺(tái)補(bǔ)償變壓器TR1 ，TR2 ，TR3，TR4。圖中，是四個(gè)獨(dú)立的補(bǔ)償變壓器，其次級(jí)繞組上的補(bǔ)償電壓Ubi可以設(shè)計(jì)為2.2V，4.4V，8.8V，17.6V，。當(dāng)順極性(或反極性)疊加全部投入時(shí)，可以獲得最大正負(fù)補(bǔ)償電壓為33V。當(dāng)Us最小值為2.2V時(shí)，穩(wěn)壓精度可優(yōu)于1%。S1-S10為雙向可控硅，它與補(bǔ)償變壓器TR1 , TR1 , TR3, TR4組成“多全橋電路形式圖中S9和S10為公用橋臂，它分別與S1和S2 , S3和S4 , S5和S

45、6, S7和S8組成三個(gè)全橋電路。 主回路3.1.2 控制電路 該穩(wěn)壓器控制電路的硬件組成與工作原理見(jiàn)圖3.2，它由8051單片機(jī)系統(tǒng)、外擴(kuò)檢測(cè)、驅(qū)動(dòng)等接口電路構(gòu)成。 輸入幾電壓變化經(jīng)AC/DC變換電路，轉(zhuǎn)換成0-5V的直流信號(hào)，后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809輸入8051單片機(jī)，由CPU檢測(cè)穩(wěn)壓電源輸入值。雙向可控硅由光隔離/光禍合過(guò)零觸發(fā)雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器MOC3061驅(qū)動(dòng)。 控制電路原理3.2 雙向可控硅觸發(fā)電路3.2.1 MOC3061 電壓過(guò)零型光電耦合器，是由一只砷化稼紅外發(fā)光二極管和帶有集成化過(guò)零檢測(cè)電路的硅光檢測(cè)器組成，它們被一種能透射紅外線的耐高壓介質(zhì)隔離并共同封閉在一個(gè)芯片中。典

46、型的此類(lèi)器件如美國(guó)MOTOROLA公司生產(chǎn)的MOC3041-3081系列芯片。由于采用了可靠的封閉形式且芯片內(nèi)部的介質(zhì)能在邏輯控制電路和負(fù)載電路之間提供高達(dá)數(shù)千伏的隔離沖擊電壓，因而使這類(lèi)器件具有體積小，壽命長(zhǎng)、抗電磁干擾和機(jī)械振動(dòng)能力強(qiáng)以及輸入輸出完全隔離等優(yōu)點(diǎn)。 MOC3061光電耦合器的額定電壓是600v，最大重復(fù)浪涌電流為1A，最大電壓上升率du/dt為1000V/us以上，一般可到達(dá)2000V/us，輸入輸出隔離電壓大于7500V,輸入控制電流為15mA。3.2.2 觸發(fā)電路雙向可控硅的觸發(fā)電路，如圖3.3所示： 當(dāng)雙向可控硅Si的控制信號(hào)輸出低電平時(shí)，MOC3061的輸入端就有約為

47、5-15mA的電流輸入，在MOC3061的輸出端6腳和4腳之間的電壓稍過(guò)零時(shí)，內(nèi)部的雙向晶閘管就導(dǎo)通，觸發(fā)外部的雙向晶問(wèn)管Si導(dǎo)通。當(dāng)輸出為高電平時(shí)，雙向晶管S，關(guān)斷。MOC3061在輸出關(guān)斷的狀態(tài)下，也會(huì)有小于或等于500A的電流，在觸發(fā)電路中，接入電阻R3可以消除這個(gè)電流對(duì)外部晶閘管的影響。電阻R1是MOC3061的限流電阻，用于限制流經(jīng)MOC3061輸出端的電流最大值不超過(guò)1A。MOC3601的過(guò)零檢測(cè)的電壓值為20V，但是限流電阻不能只取20歐。因?yàn)樵陔姼行载?fù)載系統(tǒng)中，R1的值需要增大。一般情況下，R1的取值在27-330。之間。本文電路中，取為47。需要注意的是，R1在取值較大時(shí)，會(huì)

48、對(duì)最小觸發(fā)電壓產(chǎn)生影響。這是因?yàn)?，MOC3061的最小觸發(fā)電壓的計(jì)算公式為:其中:IR3流經(jīng)R3的電流; IGT晶閘管KS的門(mén)極觸發(fā)電流; UGT晶閘管KS的門(mén)極觸發(fā)電壓: UTMMOC3061輸出晶閘管的導(dǎo)通壓降，一般取為3V。與雙向晶閘管S1并聯(lián)的RC回路，就是用于降低雙向晶閘管所受的沖擊電壓，從而保護(hù)S1及MOC3061。圖 雙向可控硅觸發(fā)電路 在可控硅的觸發(fā)電路中，必須對(duì)加在晶閘管上的正向電壓上升率dv/dt應(yīng)有所限制。晶閘管有一個(gè)重要特性參數(shù)斷態(tài)電壓臨界上升率dv/dt。它說(shuō)明晶閘管在額定結(jié)溫和門(mén)極斷路條件下，使晶閘管從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)的最低電壓上升率。假設(shè)電壓上升率過(guò)大，超過(guò)了晶閘管的

49、電壓上升率的值，那么會(huì)在無(wú)門(mén)極信號(hào)的情況下開(kāi)通。即使此時(shí)加于晶閘管的正向電壓低于其陽(yáng)極峰值電壓，也可能發(fā)生這種情況。因?yàn)榫чl管可以看作是由三個(gè)PN結(jié)組成。 在晶閘管處于阻斷狀態(tài)下，因各層相距很近，其J2結(jié)結(jié)面相當(dāng)于一個(gè)電容Co。當(dāng)晶閘管陽(yáng)極電壓變化時(shí)，便會(huì)有充電電流流過(guò)電容Co，并通過(guò)J3結(jié)，這個(gè)電流起了門(mén)極觸發(fā)電流作用。如果晶閘管在關(guān)斷時(shí)，陽(yáng)極電壓上升速度太快，那么C。的充電電流越大，就有可能造成門(mén)極在沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)的情況下，晶閘管誤導(dǎo)通現(xiàn)象，即常說(shuō)的硬開(kāi)通，這是不允許的。因此，對(duì)加到晶閘管上的陽(yáng)極電壓上升率應(yīng)有一定的限制。 為了限制電路電壓上升率過(guò)大，確保晶閘管平安運(yùn)行，需在晶閘管兩端并聯(lián)R

50、C阻容吸收網(wǎng)絡(luò)，利用電容兩端電壓不能突變的特性來(lái)限制電壓上升率。因?yàn)殡娐房偸谴嬖陔姼械?變壓器漏感或負(fù)載電感)，所以對(duì)電容C串聯(lián)電阻R可起阻尼作用，它可以防止R, L, C電路在過(guò)渡過(guò)程中，因振蕩在電容器兩端出現(xiàn)的過(guò)電壓損壞晶閘管。同時(shí)，防止電容器通過(guò)晶閘管放電電流過(guò)大，造成過(guò)電流而損壞晶閘管。與雙向晶閘管S并聯(lián)的RC回路，就是用于降低雙向晶閘管所受的沖擊電壓，從而保護(hù)S，及MOC3061。 同時(shí)，也必須對(duì)晶閘管上的電流上升率di/dt進(jìn)行抑制。因?yàn)?，晶閘管初開(kāi)通時(shí)電流集中在靠近門(mén)極的陰極外表較小的區(qū)域，局部電流密度很大，然后以0.1 mm/ s的擴(kuò)展速度將電流擴(kuò)展到整個(gè)陰極面。假設(shè)晶閘管開(kāi)通

51、時(shí)電流上升率di/dt過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致PN結(jié)擊穿，必須限制晶閘管的電流上升率，使其在適宜的范圍內(nèi)。其有效方法是在晶閘管的陽(yáng)極回路串聯(lián)入電感。 由于上述可控硅觸發(fā)電路，能夠依靠光電禍合器自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了觸發(fā)電路與系統(tǒng)電壓的同步:同時(shí)，它以集成芯片替代了由分立元件組成的功放、驅(qū)動(dòng)以及脈沖變壓器等環(huán)節(jié)，并在控制電路與主電路間實(shí)現(xiàn)了完全的光電隔離，因而具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)捷、可靠性高和價(jià)格低廉的特點(diǎn)。3.3 保護(hù)電路3.3.1 保護(hù)電路原理 保護(hù)電路原理，如圖3.4所示。圖中，IC1是過(guò)壓保護(hù)比擬放大電路，IC2是久壓比擬放大電路，T與HA, J, LED是共用的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路。交流輸入電壓在額定范圍之內(nèi)時(shí)，T不動(dòng)作。 當(dāng)

52、輸入電壓高于過(guò)壓保護(hù)設(shè)定值時(shí)，取樣電壓高于基準(zhǔn)電壓，它接至IC1的同相輸入端與接在反相輸入端的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比擬放大后，IC1輸出為正電平，使T導(dǎo)通，J吸合，其動(dòng)斷觸頭斷開(kāi)而切斷輸出。一旦輸出電壓低于過(guò)壓保護(hù)設(shè)定值時(shí)，取樣電莊低于基準(zhǔn)電壓，IC1輸出為零電平，T截止，J釋放，其動(dòng)斷觸頭復(fù)原，從而使電源恢復(fù)正常的輸出。 輸入電壓UI經(jīng)變壓器TC的N22繞組，D1-D4整流，由電位器RP1設(shè)定輸入電壓的上限值，對(duì)應(yīng)的電平送至比擬器IC1的同相端;由R5,R6給IC1的反相端設(shè)定基準(zhǔn)電壓。當(dāng)輸入電壓UI經(jīng)RP1形成的反響電壓高于基準(zhǔn)電壓時(shí)，IC1輸出正電壓擴(kuò)晶體管T導(dǎo)通，繼電器J吸合，斷開(kāi)輸出電路。這

53、時(shí)，二極管LED(紅色)發(fā)光報(bào)警，同時(shí)，蜂鳴器HA發(fā)出聲音。這時(shí)輸出電壓為零，從而防止用電設(shè)備因過(guò)壓而攝壞。由R7與Dz構(gòu)成的二次穩(wěn)壓電路，作為基準(zhǔn)電源。Dz選用DW231，它是帶盤(pán)度補(bǔ)償型的精密穩(wěn)壓二極管，主要技術(shù)參數(shù)為*動(dòng)態(tài)電阻Rz<l0,電壓溫度系數(shù)Ctv< 5*1000000/，穩(wěn)定電壓值Uz =6V，最大穩(wěn)定電流Izm=O.03A,穩(wěn)定工作電流Iw=O.O1A。欠壓保護(hù)電路的工作原理與過(guò)壓保護(hù)相同，只是取樣電壓接至IC2的反相輸入端，基準(zhǔn)電壓接至同相輸入端，以到達(dá)輸出電壓低于欠壓保護(hù)設(shè)定值時(shí)，使IC2輸出為正電平，使T導(dǎo)通，J吸合，切斷輸出電壓，從而到達(dá)欠壓保護(hù)的目的。過(guò),欠壓保護(hù)電路的比擬放大器分別由LM324中的單個(gè)運(yùn)放構(gòu)成?？刂朴美^電器J用JTX型，線圈工作電壓12V，線圈電阻150，觸頭負(fù)載3*5A,本文將三組觸頭并聯(lián)使用。T選擇3D325,二極管D為T(mén)的保護(hù)二極管，選用ZCK型小功率開(kāi)關(guān)二極管，其反何擊穿電壓大于2倍工作電壓。圖3.4 保護(hù)電路3.4 輔助直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)3.4.1 +5V直流穩(wěn)壓電源 圖3.5所示電路為+5伏輸出的直