單相半橋無源逆變電路的設(shè)計(jì)文檔

1、 1概述1.1課題背景和意義功率MOSFET(金屬氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)是最重要的一種功率場效應(yīng)晶體管,除此之外還有MISFET、MESFET、JFET等幾種。功率MOSFET為功率集成器件，內(nèi)含數(shù)百乃至上萬個(gè)相互并聯(lián)的MOSFET單元。為提高其集成度和耐壓性,大都采用垂直結(jié)構(gòu)(即VMOS)，如VVMOS（V型槽結(jié)構(gòu)）、VUMOS、SIPMOS等。 圖1如圖1顯示了一種SIPMOS（n溝道增強(qiáng)型功率MOSFET）的部分剖面結(jié)構(gòu)。其柵極用導(dǎo)電的多晶硅制成,柵極與半導(dǎo)體之間有一層二氧化硅薄膜,柵極與源極位于硅片的同一面，漏極則在背面。從總體上看，漏極電流垂直地流過硅片，漏極和源極間電壓也加在

2、硅片的兩個(gè)面之間。 該器件屬于耗盡型n溝道的功率MOSFET，其源極和漏極之間有一n型導(dǎo)電溝道,改變柵極對源極的電壓，可以控制通過溝道的電流大小。耗盡型器件在其柵極電壓為零時(shí)也存在溝道，而增強(qiáng)型器件一定要施加?xùn)艠O電壓才有溝道出現(xiàn)。與n溝道器件對應(yīng),還有p溝道的功率MOSFET。    圖2圖2為圖1所示SIPMOS的輸出特性。它表明了柵極的控制作用及不同柵極電壓下，漏極電流與漏極電壓之間的關(guān)系。圖2中，在非飽和區(qū)(),源極和漏極間相當(dāng)于一個(gè)小電阻；在亞閾值區(qū)()則表現(xiàn)為開路；在飽和區(qū)()，器件具有放大作用。功率MOSFET屬于電壓型控制器件。它依靠多數(shù)載流子工作,因而具有許

3、多優(yōu)點(diǎn):能與集成電路直接相連；開關(guān)頻率可在數(shù)兆赫以上（可達(dá)100MHz），比雙極型功率晶體管(GTR)至少高10倍；導(dǎo)通電阻具有正溫度系數(shù),器件不易發(fā)生二次擊穿,易于并聯(lián)工作。與GTR相比，功率MOSFET的導(dǎo)通電阻較大，電流密度不易提高，在100kHz以下頻率工作時(shí),其功率損耗高于GTR。此外，由于導(dǎo)電溝道很窄（微米級）,單元尺寸精細(xì)，其制作也較GTR困難。在80年代中期,功率MOSFET的容量還不大（有100A/60V，75A/100V，5A/1000V等幾種）。功率MOSFET是70年代末開始應(yīng)用的新型電力電子器件，適合于數(shù)千瓦以下的電力電子裝置，能顯著縮小裝置的體積并提高其性能，預(yù)期將

4、逐步取代同容量的 GTR。功率MOSFET的發(fā)展趨勢是提高容量，普及應(yīng)用，與其他器件結(jié)合構(gòu)成復(fù)合管，將多個(gè)元件制成組件和模塊，進(jìn)而與控制線路集成在一個(gè)模塊中（這將會更新電力電子線路的概念）。此外，隨著頻率的進(jìn)一步提高，將出現(xiàn)能工作在微波領(lǐng)域的大容量功率MOSFET。 同時(shí)運(yùn)用MOSFET晶體管來進(jìn)行電路的整流和逆變有很大的優(yōu)點(diǎn)功率場效應(yīng)晶體管（VF）又稱VMOS場效應(yīng)管。在實(shí)際應(yīng)用中，它有著比晶體管和MOS場效應(yīng)管更好的特性。即是在大功率范圍應(yīng)用的場效應(yīng)晶體管，它也稱作功率MOSFET，其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1. 具有較高的開關(guān)速度。2. 具有較寬的安全工作區(qū)而不會產(chǎn)生熱點(diǎn)，并且具有正的電

5、阻溫度系數(shù)，因此適合進(jìn)行并聯(lián)使用。3. 具有較高的可靠性。4. 具有較強(qiáng)的過載能力。短時(shí)過載能力通常額定值的4倍。5. 具有較高的開啟電壓，即是閾值電壓，可達(dá)26V(一般在1.5V5V之間）。當(dāng)環(huán)境噪聲較高時(shí)，可以選 用閾值電壓較高的管子，以提高抗干擾能力；反之，當(dāng)噪聲較低時(shí)，選用閾值電壓較低的管子，以降低所需的輸入驅(qū)動(dòng)信號電壓。給電路設(shè)計(jì)帶來了極大地方便。6. 由于它是電壓控制器件，具有很高的輸入阻抗，因此其驅(qū)動(dòng)功率很小，對驅(qū)動(dòng)電路要求較低。由于這些明顯的優(yōu)點(diǎn)，功率場效應(yīng)晶體管在電機(jī)調(diào)速，開關(guān)電源等各種領(lǐng)域應(yīng)用的非常廣泛。2主電路的設(shè)計(jì)2.1整流部分主電路設(shè)計(jì)單項(xiàng)橋式全控整流電路帶電阻性負(fù)載

6、電路如圖1.1圖2.1在單項(xiàng)橋式全控整流電路中，晶閘管VT1和VT4組成一對橋臂，VT2和VT3 組成另一對橋臂。在u2正半周（即a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位），若4個(gè)晶閘管均不導(dǎo)通，負(fù)載電流id為零，ud也為零，VT1、VT4串聯(lián)承受電壓u2，設(shè)VT1和VT4的漏電阻相等，則各承受u2的一半。若在觸發(fā)角處給VT1和VT4加觸發(fā)脈沖，VT1、VT4即導(dǎo)通，電流從a端經(jīng)VT1、R、VT4流回電源b端。當(dāng)u2為零時(shí)，流經(jīng)晶閘管的電流也降到零，VT1和VT4關(guān)斷。在u2負(fù)半周，仍在觸發(fā)延遲角處觸發(fā)VT2和VT3（VT2和VT3的=0處為t=），VT2和VT3導(dǎo)通，電流從電源的b端流出，經(jīng)VT3、R、VT2流

7、回電源a端。到u2過零時(shí)，電流又降為零，VT2和VT3關(guān)斷。此后又是VT1和VT4導(dǎo)通，如此循環(huán)的工作下去，整流電壓ud和晶閘管VT1、VT4兩端的電壓波形如下圖（2）所示。晶閘管承受的最大正向電壓和反向電壓分別為U2和U2。 工作原理 第1階段（0t1）：這階段u2在正半周期，a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位晶閘管VT1和VT2方向串聯(lián)后于u2連接，VT1承受正向電壓為u2/2，VT2承受u2/2的反向電壓；同樣VT3和VT4反向串聯(lián)后與u2連接，VT3承受u2/2的正向電壓，VT4承受u2/2的反向電壓。雖然VT1和VT3受正向電壓，但是尚未觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載沒有電流通過，所以Ud=0，id=0。 第2階

8、段（t1 ）：在t1 時(shí)同時(shí)觸發(fā)VT1和VT3，由于VT1和VT3受正向電壓而導(dǎo)通，有電流經(jīng)a點(diǎn)VT1RVT3變壓器b點(diǎn)形成回路。在這段區(qū)間里，ud=u2，id=iVT1=iVT3=ud/R。由于VT1和VT3導(dǎo)通，忽略管壓降，uVT1=uVT2=0，而承受的電壓為uVT2=uVT4=u2。 第3階段（t2 ）：從t=開始u2進(jìn)入了負(fù)半周期，b點(diǎn)電位高于a點(diǎn)電位，VT1和VT3由于受反向電壓而關(guān)斷，這時(shí)VT1VT4都不導(dǎo)通，各晶閘管承受u2/2的電壓，但VT1和VT3承受的事反向電壓，VT2和VT4承受的是正向電壓，負(fù)載沒有電流通過，ud=0，id=i2=0。 第4階段（t2 ）：在t2 時(shí)，

9、u2電壓為負(fù)，VT2和VT4受正向電壓，觸發(fā)VT2和VT4導(dǎo)通，有電流經(jīng)過b點(diǎn)VT2RVT4a點(diǎn)，在這段區(qū)間里，ud=u2，id=iVT2=iVT4=i2=ud/R。由于VT2和VT4導(dǎo)通，VT2和VT4承受u2的負(fù)半周期電壓，至此一個(gè)周期工作完畢，下一個(gè)周期，充復(fù)上述過程，單項(xiàng)橋式整流電路兩次脈沖間隔為180°。2.2逆變部分主電路設(shè)計(jì)如圖所示，它有兩個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂由一個(gè)全控器件和一個(gè)二極管反并聯(lián)而成。在直流側(cè)有兩個(gè)相互串聯(lián)的大電容，兩個(gè)電容的中點(diǎn)為直流電源中點(diǎn)。負(fù)載接在直流電源中點(diǎn)和兩個(gè)橋臂連接點(diǎn)之間。開關(guān)器件設(shè)為V1和V2，當(dāng)負(fù)載為感性時(shí)，輸出為矩形波，Um=Ud/2.剛開始

10、V1為通態(tài)，V2為斷態(tài)，給V1關(guān)斷信號，V2開通信號后，V1關(guān)斷，但由于感性負(fù)載，電流方向不能立即改變，就沿著VD2續(xù)流，直到電流為零時(shí)VD2截止，V2開通，電流開始反向。依此原理，V1和V2交替導(dǎo)通，VD1和VD2交替續(xù)流。此電路優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單，使用器件少，缺點(diǎn)是輸出交流電壓幅值僅為Ud/2。圖2.22.3控制電路的設(shè)計(jì)控制電路需要實(shí)現(xiàn)的功能是產(chǎn)生控制信號，用于逆變電路中功率器件的通斷，通過對逆變角的調(diào)節(jié)而達(dá)到對逆變后的交流電壓的調(diào)節(jié)。我們采用PWM控制方法，進(jìn)行連續(xù)控制，我們采用了SG3525芯片，它是一款專用的PWM控制集成芯片，它采用恒頻調(diào)寬控制方案，內(nèi)部包括精密基準(zhǔn)源，鋸齒波振蕩器

11、，誤差放大器，比較器，分頻器和保護(hù)電路等。SG3525是電流控制型PWM控制器，所謂電流控制型脈寬調(diào)制器是按照接反饋電流來調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感線圈的信號與誤差放大器輸出信號進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)和電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng)，因此，無論開關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高，是目前比較理想的新型控制器。 SG3525的結(jié)構(gòu)和工作原理: 圖2.3圖2.41.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(bǔ)償信號輸入端（引腳9）相連，可構(gòu)成跟隨器

12、。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(jù)需要，在該端與補(bǔ)償信號輸入端（引腳9）之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型的調(diào)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(shí)現(xiàn)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(shí)電容接入端。6.RT（引腳6）：振蕩器定時(shí)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(gòu)成放電回路。8.Soft-Start(引腳8)：軟啟動(dòng)電容接入端。該端通

13、常接一只5 的軟啟動(dòng)電容。9.Compensation(引腳9)：PWM比較器補(bǔ)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(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型調(diào)節(jié)器。10.Shutdown(引腳10)：外部關(guān)斷信號輸入端。該端接高電平時(shí)控制器輸出被禁止。該端可與保護(hù)電路相連，以實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)。11.Output A（引腳11）：輸出端A。引腳11和引腳14是兩路互補(bǔ)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(bǔ)輸出端。15.Vcc（引腳15）：偏置電源接入端。16

14、.Vref(引腳16)：基準(zhǔn)電源輸出端。該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極好的基準(zhǔn)其中，腳16 為SG3525 的基準(zhǔn)電壓源輸出，精度可以達(dá)到（5.1±1）V，采用了溫度補(bǔ)償，而且設(shè)有過流保護(hù)電路。腳5，腳6，腳7 內(nèi)有一個(gè)雙門限比較器，內(nèi)電容充放電電路，加上外接的電阻電容電路共同構(gòu)成SG3525 的振蕩器。振蕩器還設(shè)有外同步輸入端(腳3)。腳1 及腳2 分別為芯片內(nèi)誤差放大器的反相輸入端、同相輸入端。該放大器是一個(gè)兩級差分放大器，直流開環(huán)增益為70dB 左右。SG3525的特點(diǎn)如下：（1）工作電壓范圍寬：835V。（2）5.1（1 1.0%）V微調(diào)基準(zhǔn)電源。（3）振蕩器工作頻率范圍寬：100

15、Hz400KHz.（4）具有振蕩器外部同步功能。（5）死區(qū)時(shí)間可調(diào)。（6）內(nèi)置軟啟動(dòng)電路。（7）具有輸入欠電壓鎖定功能。（8）具有PWM瑣存功能，禁止多脈沖。（9）逐個(gè)脈沖關(guān)斷。（10）雙路輸出（灌電流/拉電流）： mA(峰值)。 a 基準(zhǔn)電壓源: 基準(zhǔn)電壓源是一個(gè)三端穩(wěn)壓電路，其輸入電壓VCC 可在（835）V 內(nèi)變化，通常采用+15V，其輸出電壓VST5.1V，精度±1%，采用溫度補(bǔ)償，作為芯片內(nèi)部電路的電源，也可為芯片外圍電路提供標(biāo)準(zhǔn)電源，向外輸出電流可達(dá)400mA，沒有過流保護(hù)電路。b 振蕩電路： 由一個(gè)雙門限電壓均從基準(zhǔn)電源取得，其高門限電壓VH=3.9 V，低門限電壓VL

16、=0.9,內(nèi)部橫流源向CT 充電，其端壓VC 線性上升，構(gòu)成鋸齒波的上升沿，當(dāng)VC=VH時(shí)比較器動(dòng)作，充電過程結(jié)束，上升時(shí)間t1 為：t1= 0.67RTCT 2.1 比較器動(dòng)作時(shí)使放電電路接通，CT 放電，VC 下降并形成鋸齒波的下降沿，當(dāng)VC=VL時(shí)比較器動(dòng)作，放電過程結(jié)束，完成一個(gè)工作循環(huán)，下降時(shí)間間t2 為：t2=1.3RDCT 2.2注意：此時(shí)間即為死區(qū)時(shí)間 鋸齒波的基本周期T 為:T=t1+t2=(0.67RT+1.3RD)CT 振蕩頻率：f=1/T 2.3CT和RT是連接腳5和腳6的振蕩器的電阻和電容，RD是于腳7相連的放電電阻的阻值?？刂齐娐穲D：圖2.5（1） 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)：

17、 圖2.6如圖2.6，我們采用了電氣隔離的光耦合方式。光耦合器（optical coupler，英文縮寫為OC）亦稱光電隔離器，簡稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電光電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗

18、干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時(shí)控制中作為信號隔離的接口器件，可以大大增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性。光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是：信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無觸點(diǎn)，使用壽命長，傳輸效率高。光耦合器是70年代發(fā)展起來產(chǎn)新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級間耦合、驅(qū)動(dòng)電路、開關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號隔離、級間隔離 、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離信號傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀

19、器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。在單片開關(guān)電源中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過調(diào)節(jié)控制端電流來改變占空比，達(dá)到精密穩(wěn)壓目的。我們在末端加一個(gè)推挽式放大結(jié)構(gòu)進(jìn)行電壓電流放大，達(dá)到高輸出電壓，高速，高共模抑制。保護(hù)電路的設(shè)計(jì)： 相對于電機(jī)和繼電器，接觸器等控制器而言，電力電子器件承受過電流和過電壓的能力較差，短時(shí)間的過電流和過電壓就會把器件損壞。但又不能完全根據(jù)裝置運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的暫時(shí)過電流和過電壓的數(shù)值來確定器件參數(shù)，必須充分發(fā)揮器件應(yīng)有的過載能力。因此，保護(hù)就成為提高電力電子裝置運(yùn)行可靠性必不可少的重要環(huán)節(jié)。3主電路過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)3.1保護(hù)電路選擇所謂過壓保護(hù)，即指流過晶閘管兩端的電

20、壓值超過晶閘管在正常工作時(shí)所能承受的最大峰值電壓Um都稱為過電壓，其電路圖見圖2.1圖3.1產(chǎn)生過電壓的原因一般由靜電感應(yīng)、雷擊或突然切斷電感回路電流時(shí)電磁感應(yīng)所引起。其中，對雷擊產(chǎn)生的過電壓，需在變壓器的初級側(cè)接上避雷器，以保護(hù)變壓器本身的安全；而對突然切斷電感回路電流時(shí)電磁感應(yīng)所引起的過電壓，一般發(fā)生在交流側(cè)、直流側(cè)和器件上，因而，下面介紹單相橋式全控整流主電路的電壓保護(hù)方法。交流側(cè)過電壓保護(hù)過電壓產(chǎn)生過程：電源變壓器初級側(cè)突然拉閘，使變壓器的勵(lì)磁電流突然切斷，鐵芯中的磁通在短時(shí)間內(nèi)變化很大，因而在變壓器的次級感應(yīng)出很高的瞬時(shí)電壓。保護(hù)方法：阻容保護(hù)直流側(cè)過電壓保護(hù) 過電壓產(chǎn)生過程：當(dāng)某一

21、橋臂的晶閘管在導(dǎo)通狀態(tài)突然因果載使快速熔斷器熔斷時(shí)，由于直流住電路電感中儲存能量的釋放，會在電路的輸出端產(chǎn)生過電壓。保護(hù)方法：阻容保護(hù)如圖2.2圖3.23.2過電流保護(hù)電路第一種是采用電子保護(hù)電路，檢測設(shè)備的輸出電壓或輸入電流，當(dāng)輸出電壓或輸入電流超過允許值時(shí)，借助整流觸發(fā)控制系統(tǒng)使整流橋短時(shí)內(nèi)工作于有源逆變工作狀態(tài)，從而抑制過電壓或過電流的數(shù)值。第二種是在適當(dāng)?shù)牡胤桨惭b保護(hù)器件，例如，R-C阻容吸收回路、限流電感、快速熔斷器、壓敏電阻或硒堆等。我們這次的課程設(shè)計(jì)采用的是第二種保護(hù)電路。（1）晶閘管變流裝置的過電流保護(hù)晶閘管變流裝置運(yùn)行不正?；蛘甙l(fā)生故障時(shí)，可能會發(fā)生過電流，過電流分過載和短路

22、兩種情況，由于晶閘管的熱容量較小，以及從管心到散熱器的傳導(dǎo)途徑中要遭受到一系列熱阻，所以一旦過電流，結(jié)溫上升很快，特別在瞬時(shí)短路電流通過時(shí)，內(nèi)部熱量來不及傳導(dǎo)，結(jié)溫上升更快，晶閘管承受過載或短路電流的能力主要受結(jié)溫的限制。可用作過電流保護(hù)電路的主要有快速熔斷器，直流快速熔斷器和過電流繼電器等。在此我們采用快速熔斷器措施來進(jìn)行過電流保護(hù)。圖3.3采用快速熔斷器是電力電子裝置中最有效、應(yīng)用最廣的一種過電流保護(hù)措施。在選擇快熔時(shí)應(yīng)考慮：（1）電壓等級應(yīng)根據(jù)熔斷后快熔實(shí)際承受的電壓來確定。（2）電流容量應(yīng)按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結(jié)形式確定?？烊垡话闩c電力半導(dǎo)體器件串聯(lián)連接，在小容量裝置中也可

23、串接于閥側(cè)交流母線或直流母線中。（3）快熔的值應(yīng)小于被保護(hù)器件的允許值、（4）為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時(shí)間電流特性。因?yàn)榫чl管的額定電流為10A,快速熔斷器的熔斷電流大于1.5倍的晶閘管額定電流，所以快速熔斷器的熔斷電流為15A。3.3晶閘管變流過電壓保護(hù)電力電子裝置中可能發(fā)生的過電壓分為外因過電壓和內(nèi)因過電壓兩類。外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原因，內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程，過電壓保護(hù)有避雷器保護(hù)，利用非線性過電壓保護(hù)元件保護(hù)，利用儲能元件保護(hù)，利用引入電壓檢測的電子保護(hù)電路作過電壓保護(hù)。在此我們采用儲能元件保護(hù)即阻容保護(hù)。圖3.4單

24、相阻容保護(hù)的計(jì)算公式如下： 3.1 3.2S:變壓器每相平均計(jì)算容量（VA）U：變壓器副邊相電壓有效值 （V）i%:變壓器激磁電流百分值U%：變壓器的短路電壓百分值。當(dāng)變壓器的容量 在（10-1000）KVA里面取值時(shí)i%=（4-10）在里面取值，U%=（5-10）里面取值。電容C的單位為F，電阻的單位為歐姆，電容C的交流耐壓1.5UU：正常工作時(shí)阻容兩端交流電壓有效值。根據(jù)公式算得電容值為4.8F,交流耐壓為165V，電阻值為12.86，在設(shè)計(jì)中我們?nèi)‰娙轂?F，電阻值為13。晶閘管初開通時(shí)電流集中在靠近門極的陰極表面較小的區(qū)域，局部電流密很大，然后以0.1mm/s的擴(kuò)展速度將電流擴(kuò)展到整個(gè)

25、陰極面，若晶閘管開通時(shí)電流上升率di/dt過大，會導(dǎo)致PN結(jié)擊穿，必須限制晶閘管的電流上升率使其在合適的范圍內(nèi)。其有效辦法是在晶閘管的陽極回路串聯(lián)入電感。如圖3.5:圖3.5加在晶閘管上的正向電壓上升率du/dt也應(yīng)有所限制,如果du/dt過大由于晶閘管結(jié)電容的存在而產(chǎn)生較大的位移電流，該電流可以實(shí)際上起到觸發(fā)電流的作用，使晶閘管正向阻斷能力下降，嚴(yán)重時(shí)引起晶閘管誤導(dǎo)通。為抑制du/dt的作用，可以在晶閘管兩端并聯(lián)R-C阻容吸收回路。如圖3.6： 圖3.64元器件參數(shù)計(jì)算與選取4.1參數(shù)計(jì)算（1）整流輸出電壓的平均值可按下式計(jì)算= 4.1當(dāng)=0時(shí)，取得最大值100V即= 0.9 =100V從而

26、得出=111V，=90o時(shí)，=0。角的移相范圍為90o。（2）整流輸出電壓的有效值為= =111V 4.2（3）整流電流的平均值和有效值分別為 4.3 4.4（4)在一個(gè)周期內(nèi)每組晶閘管各導(dǎo)通180°，兩組輪流導(dǎo)通，變壓器二次電流是正、負(fù)對稱的方波，電流的平均值和有效值相等，其波形系數(shù)為1。流過每個(gè)晶閘管的電流平均值和有效值分別為： 4.5 4.6（5)晶閘管在導(dǎo)通時(shí)管壓降=0,故其波形為與橫軸重合的直線段；VT1和VT2加正向電壓但觸發(fā)脈沖沒到時(shí)，VT3、VT4已導(dǎo)通，把整個(gè)電壓加到VT1或VT2上，則每個(gè)元件承受的最大可能的正向電壓等于;VT1和VT2反向截止時(shí)漏電流為零，只要另

27、一組晶閘管導(dǎo)通，也就把整 個(gè)電壓加到VT1或VT2上，故兩個(gè)晶閘管承受的最大反向電壓也為。4.2元器件的選取由于單相橋式全控整流帶電感性負(fù)載主電路主要元件是晶閘管，所以選取元件時(shí)主要考慮晶閘管的參數(shù)及其選取原則。（1).晶閘管的主要參數(shù)如下：額定電壓UTn通常取UDRM和URRM中較小的，再取靠近標(biāo)準(zhǔn)的電壓等級作為晶閘管型的額定電壓。在選用管子時(shí)，額定電壓應(yīng)為正常工作峰值電壓的23倍，以保證電路的工作安全。晶閘管的額定電壓 UTn （23）UTM 4.7 UTM ：工作電路中加在管子上的最大瞬時(shí)電壓 額定電流IT(AV) IT(AV) 又稱為額定通態(tài)平均電流。其定義是在室溫40°和規(guī)

28、定的冷卻條件下，元件在電阻性負(fù)載流過正弦半波、導(dǎo)通角不小于170°的電路中，結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時(shí)，所允許的最大通態(tài)平均電流值。將此電流按晶閘管標(biāo)準(zhǔn)電流取相近的電流等級即為晶閘管的額定電流。要注意的是若晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間遠(yuǎn)小于正弦波的半個(gè)周期，即使正向電流值沒超過額定值，但峰值電流將非常大，可能會超過管子所能提供的極限，使管子由于過熱而損壞。在實(shí)際使用時(shí)不論流過管子的電流波形如何、導(dǎo)通角多大，只要其最大電流有效值ITM ITn ,散熱冷卻符合規(guī)定，則晶閘管的發(fā)熱、溫升就能限制在允許的范圍。ITn ：額定電流有效值，根據(jù)管子的IT(AV) 換算出，IT(AV) 、ITM ITn 三者之間的

29、關(guān)系： 4.8 4.9波形系數(shù)：有直流分量的電流波形，其有效值與平均值之比稱為該波形的波形系數(shù)，用Kf表示。 4.10額定狀態(tài)下， 晶閘管的電流波形系數(shù) = 4.11當(dāng)=0時(shí)，取得最大值100V即= 0.9 =100V從而得出=111V，=90o時(shí)，=0。角的移相范圍為90o。晶閘管承受最大電壓為考慮到2倍裕量，取400V.晶閘管的選擇原則： 所選晶閘管電流有效值ITn 大于元件 在電路中可能流過的最大電流有效值 選擇時(shí)考慮（1.52）倍的安全余量。即ITn 0.707IT(AV) （1.52）ITM 4.12 因?yàn)?則晶閘管的額定電流為=10A(輸出電流的有效值為最小值，所以該額定電流也為最

30、小值)考慮到2倍裕量,取20A.即晶閘管的額定電流至應(yīng)大于20A.在本次設(shè)計(jì)中我選用2個(gè)MOS型晶閘管. 若散熱條件不符合規(guī)定要求時(shí)，則元件的額定電流應(yīng)降低使用。 通態(tài)平均管壓降 UT(AV) 。指在規(guī)定的工作溫度條件下，使晶閘管導(dǎo)通的正弦波半個(gè)周期內(nèi)陽極與陰極電壓的平均值，一般在0.41.2V。 維持電流IH 。指在常溫門極開路時(shí)，晶閘管從較大的通態(tài)電流降到剛好能保持通態(tài)所需要的最小通態(tài)電流。一般IH值從幾十到幾百毫安，由晶閘管電流容量大小而定。 門極觸發(fā)電流Ig 。在常溫下，陽極電壓為6V時(shí)，使晶閘管能完全導(dǎo)通所需的門極電流，一般為毫安級。 斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt。在額定結(jié)溫和門極開路的情況下，不會導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的最大正向電壓上升率。一般為每微秒幾十伏。 通態(tài)電流臨界上升率di/dt。在規(guī)定條件下，晶閘管能承受的最大通態(tài)電流上升率。若晶閘管導(dǎo)通時(shí)電流上升太快，則會在晶閘管剛開通時(shí)，有很大的電流集中在門極附近的小區(qū)域內(nèi)，從而造成局部過熱而損壞晶閘管。（2)變壓器的選取