電力電子裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用09匯編

1、開關(guān)(kigun)式直流電源電路設(shè)計(jì)共十八頁(yè) 直流電源的使用范圍很廣，許多(xdu)用電設(shè)備都需要直流電源。例如：直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電鍍，電子設(shè)備等。 得到直流電源的方法也很多，可以使用直流發(fā)電，蓄電池等。但最常用的還是使用整流電路將交流變?yōu)橹绷鳌?為了得到穩(wěn)定的電壓，直流電源一般也需要調(diào)壓能力，因此出現(xiàn)了各種具有穩(wěn)壓功能的直流電源電路。如：晶閘管移相整流電路，不控整流加線性穩(wěn)壓電路等。 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，在功率較大，要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合，開關(guān)式直流電源得到了廣泛的應(yīng)用。該電源技術(shù)也是當(dāng)前發(fā)展最快的電力電子技術(shù)之一。共十八頁(yè)1、典型開關(guān)(kigun)式直流電源電路AC/DC變 換 DC濾 波D

2、C/AC變 換隔 離變 壓AC/DC變 換 DC濾 波 控制、保護(hù)電路低壓電源輸入(shr)電源負(fù)載具有AC/DCDC/ACAC/DC環(huán)節(jié)的開關(guān)式直流電源共十八頁(yè)2、本例設(shè)計(jì)(shj)主要技術(shù)指標(biāo)：2.1輸出額定電壓：28V2.2輸出電壓調(diào)整范圍：282V；2630V2.3輸出電壓穩(wěn)定度：0.5%（穩(wěn)態(tài)負(fù)載從0100%時(shí)， 27.86V28V28.14V）2.4輸出電壓紋波：300mV 因電路中有交流環(huán)節(jié)，在變幻為直流時(shí)存在脈動(dòng)電壓，由于濾波電路不可能理想，因此(ync)輸出直流電壓中總含有交流成份。輸出電壓紋波的大小表示了所含交流成份大小的允許值。這里特別要注意穩(wěn)定度和紋波的區(qū)別。27.86

3、V28V28.14V共十八頁(yè)2.5輸出額定電流：150A。短時(shí)過(guò)載電流：225A（5分鐘）。峰值過(guò)載電流：300A（5秒鐘）。2.6動(dòng)態(tài)特性：負(fù)載(fzi)在050%，50%100%，100%50%，50%0突變時(shí)，輸出電壓變化不超過(guò)額定值的20%，且在0.1秒時(shí)間內(nèi)恢復(fù)至額定電壓的2%以內(nèi)。2.7輸入電源：380V 10%，50HZ 5HZ，三相(sn xin)三線制。2.8保護(hù)要求：2.9操控功能：VoIo共十八頁(yè)3、輸出(shch)電路 典型開關(guān)電源輸出電路如圖V IViVoLCR1R2R3VfIf L，C為輸出電路濾波元件。R1、R2、R3為輸出電壓電流檢測(cè)電阻。V和I是輸出電壓電流表

4、，也可使用數(shù)字(shz)顯示。 R3一般是專業(yè)生產(chǎn)的分流器（電阻），需和電流表配合使用，如：電流表為DC300A，則選用75mV/300A的分流器。 R1、R2可自己設(shè)定，原則是輸出電壓取樣值Vf需在控制電路適應(yīng)范圍內(nèi)。共十八頁(yè)Vi是輸出電路(dinl)的輸入電壓，一般情況下Vi的波形如圖所示：VpT1Ts其中：EL為逆變橋輸入最低電壓 m為同一電流支路中串連的開關(guān)(kigun)器件個(gè)數(shù)，本例中m=2 VCE(SET)開關(guān)器件，通態(tài)壓降 N隔離變壓器變比 K隔離變壓器內(nèi)阻降壓引入的系數(shù)共十八頁(yè) VD是整流(zhngli)二極管正向壓降是開關(guān)(kigun)器件工作頻率（占空比） VL是濾波電感L

5、的直流壓降，VR是R3等的等效電阻壓降，他們的數(shù)值一般較小。D的選取原則：輸出最大功率和輸入最低電壓時(shí)，選D的最大值。例如：0.850.9 高（功率較小的電源）， D最大值時(shí)，要注意“死區(qū)”時(shí)間不能小于開關(guān)器件關(guān)斷時(shí)間，且要有余量。 本例中：如果 選20KHZ（功率較大，用IGBT） 共十八頁(yè)(死區(qū)時(shí)間(shjin) 如果開關(guān)器件(qjin)關(guān)斷時(shí)間小于TD，且有余量，D可選0.9。否則D要減小，同時(shí)電壓利用率也將下降。 當(dāng)輸出電壓VO最高，輸入電壓VP最低時(shí)，如果D已達(dá)到最大值，是一種滿足技術(shù)指標(biāo)的最低要求。此時(shí)，動(dòng)態(tài)性能必然下降，因?yàn)榇藭r(shí)電源出現(xiàn)突加負(fù)載，電路已無(wú)超調(diào)能力共十八頁(yè)使輸出電壓

6、快速上升。因此一般應(yīng)留有一定余量。 如：VP選用(xunyng)35V，VO=30V時(shí)，D=30/35=0.85714 突加負(fù)載時(shí)，控制電路可將D調(diào)至0.9，Vi出現(xiàn)超調(diào)使VO快速上升，保證快速恢復(fù)能力。 如果超調(diào)能力(nngl)保留太多，電壓利用率將下降太多，也不利，因此要綜合考慮。濾波電容C的計(jì)算： C和輸出電壓中的交流分量關(guān)系很大。由于C和負(fù)載并聯(lián)，再加上容抗的頻率特性，頻率較高的電流成分主要通過(guò)C，負(fù)載中流過(guò)的很少。 C兩端的電壓VC除直流分量VO外,還有交流分量，與輸出電壓紋波大小對(duì)應(yīng)。為了減小紋波，加大C是有好處的，但過(guò)份加大沒(méi)有必要。共十八頁(yè)T1T2VhVLTsVCC兩端電壓波形

7、(b xn)如圖： T1時(shí)間段逆變電路輸出能量，使C上能量得到補(bǔ)充(bchng)，電壓上升。 T2時(shí)間段逆變電路無(wú)能量輸出，C通過(guò)負(fù)載放電,電壓下降。 在極端情況下，T1可以很小,T2相對(duì)較大（輸入電壓高或需要使輸出電壓快速下降）時(shí)，則基本由IO、C、TS來(lái)決定。共十八頁(yè)工程(gngchng)中可用來(lái)計(jì)算(j sun)。在本例中，如果額定時(shí)可算出 實(shí)際可選1520個(gè)50V1000F的電解電容并聯(lián)構(gòu)成。大于計(jì)算值時(shí)，輸出電壓紋波將小于要求值，大太多沒(méi)有必要。共十八頁(yè) 有關(guān)C的討論：紋波電壓的大小與負(fù)載電流IO有關(guān)，當(dāng)IO加大時(shí)，紋波也相應(yīng)增加。例如：本例中如果選用20個(gè)1000F的電容(dinr

8、ng)并聯(lián)，則C為20000F。當(dāng)IO=150安時(shí)(n sh)，當(dāng)IO=225安時(shí)，當(dāng)IO=300安時(shí)， 峰值電流時(shí)已不能滿足技術(shù)指標(biāo)要求，因此要看技術(shù)指標(biāo)的具體要求。如技術(shù)指標(biāo)中明確紋波和輸出電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系，則應(yīng)按技術(shù)要求計(jì)算C，如沒(méi)有明確說(shuō)明，則滿足額定電流時(shí)的紋波電壓要求就算合格。共十八頁(yè)濾波(lb)電感L的計(jì)算： L的阻抗具有頻率特性，Vi中的高次諧波電壓主要降落在L兩端，而直流分量(fn ling)理論值為零。L的作用限制了經(jīng)過(guò)L的輸出電流的脈動(dòng)。 設(shè)輸出電壓（C兩端的電壓）恒定，L兩端的電壓和IL的關(guān)系如圖所示：ViVLILT1TSVPIL共十八頁(yè)在T1時(shí)間內(nèi)，L中的電流(dinl

9、i)增加。其增量(zn lin)對(duì)其求極值可得：當(dāng)D=0.5時(shí) 在穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感中的正增量和負(fù)增量相等，所以只用上述公式即可看出，當(dāng)VP，fs為定值時(shí)，ILm僅與L有關(guān)，為了減小電流波動(dòng)，必須加大L，過(guò)分追求減小ILm，共十八頁(yè)使L的體積重量成本上升也不一定有利。 一般情況下： K的大小可根據(jù)電源技術(shù)狀態(tài)決定：輸出電流較小為經(jīng)常(jngchng)工作狀態(tài)時(shí)，K選小一點(diǎn)（L大一些）；輸出電流較大為經(jīng)常(jngchng)工作狀態(tài)時(shí)，K選大一點(diǎn)。本例中：D=0.5時(shí)額定電流時(shí)選K=10%則共十八頁(yè) 開關(guān)電源輸出(shch)電路中的L、C元件有些特殊要求。因工作頻率較高，分布參數(shù)的影響不能忽略。 電容器

10、在前述用多個(gè)電容并聯(lián)工作的前提下，安裝時(shí)還應(yīng)考慮的基本原則是：電容的引線要短，靠近電源(dinyun)輸出端口安裝。 電感L中的諧波電流頻率較高，為減少銅損，應(yīng)用多股絕緣導(dǎo)線或截面寬厚比大的銅皮繞制，增加導(dǎo)線有效截面積，減少趨膚效應(yīng)的影響。為減少鐵損，L的鐵心應(yīng)選用高頻導(dǎo)磁材料，如鐵氧體磁性材料等。共十八頁(yè)內(nèi)容摘要開關(guān)式直流電源電路設(shè)計(jì)。直流電源的使用范圍很廣，許多用電設(shè)備都需要直流電源。如：晶閘管移相整流電路，不控整流加線性穩(wěn)壓電路等。該電源技術(shù)也是當(dāng)前發(fā)展最快的電力電子技術(shù)之一。具有AC/DCDC/ACAC/DC環(huán)節(jié)的開關(guān)式直流電源。R1、R2、R3為輸出電壓電流檢測(cè)電阻。m為同一電流支路中串連的開關(guān)器件個(gè)數(shù)，本例中m=2