中频电源电路设计--电力电子装置及系统课程设计.docx

太原理工大学课程设计用纸 第 页摘要随着科学技术的发展以及提高我国国防能力的需要，对军事设施的技术改造已被列为军事技术改造中的重点。中频电源指输出频率为400Hz的电源，它可以为动力系统及导航与武备系统供电。传统的400Hz中频电源体积大，输出波形不稳定。本文所设计的400Hz中频电源通过整流电路、逆变电路、积分电路、放大电路和检波电路及控制其最后的输出电压，实现了电压的稳定输出，具有体积小、功率大和波形无失真等优点，有着广泛的用途和良好的发展前景。关键词：中频电源，PWM调制，输出变压器电力电子装置及系统课程设计任务书一、课程设计的目的通过电力电子装置及系统的课程设计达到以下几个目的：1、培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。4、培养学生运用仿真工具的能力和方法。5、提高学生课程设计报告撰写水平。二、课程设计的要求1. 题目题目：中频电源电路设计主要技术数据l 输入电压：三相360V400V，50Hz5%l 输出电压：单相，220V2%，400Hz0.5%l 输出功率：4kWl 输出电流：22Al 功率因数：0.8二、课程设计的要求1. 题目题目：中频电源电路设计主要技术数据l 输入电压：三相360V400V，50Hz5%l 输出电压：单相，220V2%，400Hz0.5%l 输出功率：4kWl 输出电流：22Al 功率因数：0.8l 效率：85%设计内容：l 主电路设计和参数选择l 控制系统及辅助电源电路设计l 电路仿真分析和仿真结果要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的系统主电路、控制电路等详细的设计（包括计算和器件选型）。严禁抄袭，严禁两篇设计报告基本相同，甚至完全一样。设计报告最后给出设计中所查阅的参考文献最少不能少于5篇，且文中有引用说明，否则也不能得优）。三、课程设计报告基本格式目录内容：1. 设计的基本要求所要设计的装置的主要技术数据设计装置要达到的要求最好简述所设计装置的主要用途2. 系统主电路设计与计算电路结构设计开关器件选型与计算缓冲电路选型与计算输入输出滤波电路选型与计算3. 控制电路路设计控制单片机选型（说明单片机的特点）检测电路设计驱动电路设计保护电路设计控制方法设计4. 总结参考文献 目录摘要1第一章绪论5第二章滤波器6第三章变压器8第五章缓冲电路10第六章主电路12第七章控制电路17第八章控制系统及辅助电源设计20第九章电磁兼容技术和措施24电路原理图28参考文献30第一章绪论一、中频稳压电源简介稳压电源（stabilized voltage supply）是能为负载提供稳定交流电源或直流电源的电子装置。按照电源的类型可分为交流稳压电源和直流稳压电源两大类；按照开关频率的高低可分为工频稳压电源、中频稳压电源和高频稳压电源。二、稳压电源发展历史1955年美国的科学家罗那（G.H.Royer）首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器。此后，利用这一技术的各种形式的精益求精直流变换器不断地被研制和涌现出来，从而取代了早期采用的寿命短、可靠性差、转换效率低的旋转和机械振子式换流设备。由于晶体管直流变换器中的功率晶体管工作在开关状态，所以由此而制成的稳压电源输出的组数多、极性可变、效率高、体积小、重量轻，因而当时被广泛地应用于航天及军事电子设备。由于那时的微电子设备及技术十分落后，不能制作出耐压高、开关速度较高、功率较大的晶体管，所以这个时期的直流变换器只能采用低电压输入，并且转换的速度也不能太高。60年代，由于微电子技术的快速发展，高反压的晶体管出现了，从此直流变换器就可以直接由市电经整流、滤波后输入，不再需要工频变压器降压了，从而极大地扩大了它的应用范围，并在此基础上诞生了无工频降压变压器的开关电源。省掉了工频变压器，又使开关稳压电源的体积和重量大为减小，开关稳压电源才真正做到了效率高、体积小、重量轻。70年代以后，与这种技术有关的高频，高反压的功率晶体管、高频电容、开关二极管、开关变压器的铁芯等元件也不断地研制和生产出来，使无工频变压器开关稳压电源得到了飞速的发展，并且被广泛地应用于电子计算机、通信、航天、彩色电视机等领域，从而使无工频变压器开关稳压电源成为各种电源的佼佼者。第二章滤波器一、滤波器设计（1）输出滤波器输出滤波器的作用是减小输出电压中的谐波，并保证基波电压传输。因滤波电容和负载并联，它可以补偿感性电流，但是，滤波电容过大，反而会增加变压器的负担。因此，在设计滤波电路时，首先确定滤波电容的值。设计基本原则就是在额定负载时，使容性电流补偿一半的感性电流。IC=psin2U0cos=50000.622200.8=8.52AC=ICUow=8.521062202400F=11.79Ffi=218-1400=14000HzWo=2kHzf=12LCL=0.537mH折算到原边的电感为L1=1k2L=0.905mH（2）直流滤波电路本装置中直流滤波电路主要担负低通滤波的作用，滤除三相整流的6脉动波。为了保持母线电压为平稳直流，整流电路必须向滤波电容提供电能。三相全桥整流电路的输出电压和电流脉动频率为300Hz,整流电路向电容补充能量的间隔周期为3. 3ms。逆变电路的平均输入电流：Id=p0Uc=50000.85468=12.57A由UC=ItC可知：C=ItUC=123.3310-34.5=8880F(其中电容上电压UC取4.5V，电容的充电周期t=3.3ms)当用8只4700F/400电解电容串并联后组成800V，9400F的电容式，满足要求。对LC滤波电路：1/(2LC)/fm=1/5可以解得L=0.75mH。在设计滤波电路时要注意阻尼系数=12RLC，当阻尼系数小于1，在切除充电电阻或者负载突变时电路容易发生振荡，电容上将出现过高的浪涌电压，甚至使得装置无法正常运行。值得提出的是，如果逆变桥输人是直流也需要直流滤波电路，保证器件的开关过程中直流母线电压纹波比较小，滤波电路计算方法同上，只是脉动频率fm取开关频率，单极倍频取开关频率的两倍，L ,C的值会小得多。第三章变压器二、输出变压器设计变压器生产厂家可以设计并制作变压器，但必须给出以下参数：输出功率，原边电压、电流，副边电压、电流，基波频率和对磁密余量要求。从下面的设计过程可以了解它们的作用。1.铁芯的选择电源的输出功率为4kW,cos=0. 8，频率f为400Hz。根据变压器设计手册可以初步选择CD40 X 80 X 120mm的400Hz铁芯。采用CD型铁芯，每个绕组一般分成左、右两个相同的线圈组成，这样外形对称、重心合理。铁芯外形尺寸和绕法如图8. 4所示。手册给出的参数中视在功率为6. 4kVA，磁芯截面积SC = 28. 5cm2，窗口面积S0=6.4X12=76. 8cm2，最大磁密Bm=6550Gs，导线电流密度j=1. 45A/mm2。2.绕组计算1）副边绕组Uo=4.44fN2BrSc10-8=4.44400N2524028.510-8=220VN2=82.9匝（取为80匝）导线截面积：q=I0j=28.4A1.45Amm2=19.59mm2所以可以选择3根34.25mm2的玻璃丝包扁线并联绕制，左右各40匝，再串联，两根导线的截面为：q=234.25mm2=25.5mm219.59mm2（符合要求）2）原边绕组死区引起的电压损失：U=fStdUb=7.2103410-6331V=9.5V基波电流在滤波电感上压降为：UL=2fLI1=24000.90510-321.9=49.8V变压器原边电压：U1=331-4-9.5-49.8-12V=255.7V变压器变比：k=U2U1=220V255.7V=0.86N1=N2k=800.86=93匝q=21.91.36=16.10mm2选用3根3*4.25m2的并联绕制，左右各47匝k=N2N1=8094=0.853.窗口占空比如果简单地按照导线截面计算窗口占空比，应该在0. 5以内，控制用小变压器的窗口占空比应该在0. 3以内。本变压器的窗口占空比为：=qS0=16.194+19.5980/(76.8100)0.40第五章缓冲电路一二、开通缓冲电路在桥式电路中开通缓冲电感的设置还限制了二极管反向恢复期间的桥臂电流上升率，1200V IGBT的di/dt额定为200A/s，所以选择电感L0Uddidt=540V200As=2.7H电感应该是线性的，可以直接用导线绕制成空心电感，圆导线做成的单层圆柱形线圈电感的大小为：L=0N2Sl式中0为常系数12.57*10-7，N为线圈匝数，S为线圈截面积，l为线圈长度。可依次公式绕指线圈，并用电感表测量，且同时调整线圈至其值为2.7H即可。三、关断缓冲电路设IGBT的电流恢复时间是tfi=1.5s,又I1pm=28.7A,按照临界缓冲计算电容值Cs。Cs=Imtfi2VD=28.71.510-624680.046F可选用1200V/47nF的高频电容电阻Rs的取值应按以下条件:（1）使电容电荷在开关器件开通时放电完毕，即5RsCsTon(min),其中Ton(min)为调制过程的最小导通时间。这个时间在SPWM的调制方式中比较难估计，一般在满足另一个条件的情况下，将Rs取小。（2）产生的附加电流i2=UdRS不易过大。（3）Rs的功率PS=0.5CSUd2f=0.50.04710-654027.210349W实际选用的电阻功率至少增加一倍，否则，温升比较高。用20只5W/75金属膜电阻串、并联可以组成100W/1552的无感电阻。DS选用快恢复二极管MUR30100，它是1000V, 30A的二极管，其反向恢复时间约为35ns。第六章主电路一、电路结构与开关器件选择整流电压均值：1.31.35线电压最不利的情形：3601.3=468V 4001.35=540V整流后DC的波动：468540V逆变以后：Ub=4682=331V可得33110=298V的基波电压变压器的变化：k=220/298=0.74选额定电压1200V的半导体开关器件原边：电流有效值：21.9A 过载120有效值：26.28A电流幅值：30.95A 过载120幅值：37.114A副边：电流有效值：28.4A 过载120有效值：34.1A电流幅值：40.2A 过载120幅值：48.2A则原边有37.114A的冲击电流，选用100A的开关器件。二、整流电路“整流电路”（rectifying circuit）是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压。习惯上称单向脉动性直流电压。 在本次课程设计中，我们小组采用的是三相不可控整流，其原理图如上所示。习惯上将阴极链接在一起的三个二极管（VD1.VD3.VD5）称为共阴极组；阳极连接在一起的三个二极管（VD2,VD4,VD6）称为共阳极组。此外，习惯上希望二极管按照顺序从1至6的顺序导通。为此将二极管按图示的顺序编号，共阴极组中与a，b，c三相电源相接的三个二极管分别为VD1,VD3,VD5，共阳极组中与a，b，c三相电源相接的三个二极管分别为VD2.VD4.VD6。按此编号，二极管的导通顺序为VD1-VD2-VD3-VD4-VD5-VD6。将波形中的一个周期分为六段，每一段中导通的二极管及输出整流电压的波形如下表所示。从此可以看出，每个时刻需要两个二极管同时导通，形成向负载供电的回路，其中的二极管一个是共阳极组，一个是共阴极组，且不能为同一相的二极管。整流输出电压ud一周期波动六次，每次脉动的波形都一样，所以该电路为六脉波整流电路。 三、逆变电路逆变电路是与整流电路（Rectifier）相对应，把直流电变成交流电称为逆变。逆变电路可用于构成各种交流电源，在工业中得到广泛应用。逆变电路根据直流侧储能元件形式的不同，可划分为电压型逆变电路和电流型逆变电路。电流型逆变器给并联负载供电，故又称并联谐振逆变器。电压型逆变器给串联负载供电，故又称串联谐振逆变器。逆变电路是与整流电路（Rectifier）相对应，把直流电变成交流电称为逆变。当交流侧接在电网上，即交流侧接有电源时，称为有源逆变；当交流侧直接和负载链接时，称为无源逆变。逆变电路的应用非常广泛。在已有的各种电源中，蓄电池、干电池、太阳能电池等都是直流电源，当需要这些电源向交流负载供电时，就需要逆变电路。另外，交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置使用非常广泛，其电路的核心部分都是逆变电路。它的基本作用是在控制电路的控制下将中间直流电路输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源。如下图所示为一个具体的逆变电路，是一个采用IGBT座位开关器件的单相桥式PWM逆变电路。负载为阻感负载，工作时V1和V2的通断状态互补，V3和V4的通断状态互补。具体的控制规律如下：在输出电压的正半周，让V1宝石导通状态，V2保持关断状态；V3和V4交替导通。由于负载电流比电压滞后，因此在电压正半周，电流有一段区间为正，一段区间为负。在负载电流为正的区间，V1和V4导通时，负载电压等于直流电压Ud；V4关断时，负载电流通过V1和VD3续流，负载电压等于0。在负载电流为负的区间，仍为V1和V4导通时，因为I0为负，所以实际上从VD1和VD4流过，负载电压为Ud；V4关断，V3开通后，V3和VD1起续流作用，负载点烟等于0。这样负载电压可以得到Ud和0两种电平。同样，在敷在电压的负半周，让V2保持通态，V1保持断态,V3和V4交替导通，负载电压就可以得到-Ud和0两种电平。V3和V4的开断控制方法为PWM单极性控制方式。具体的控制方法见下一小节的PWM技术。四、PWM技术脉冲宽度调制（PWM）是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。PWM控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振波开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。脉宽调制（PWM）基本原理：控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。例如，把正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于/n ，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦等分的中点重合，且使矩形脉冲和相应正弦部分面积（即冲量）相等，就得到一组脉冲序列，这就是PWM波形。可以看出，各脉冲宽度是按正弦规律变化的。根据冲量相等效果相同的原理，PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。在PWM波形中，各脉冲的幅值是相等的，要改变等效输出正弦波的幅值时，只要按同一比例系数改变各脉冲的宽度即可，因此在交直交变频器中，PWM逆变电路输出的脉冲电压就是直流侧电压的幅值。根据上述原理，在给出了正弦波频率，幅值和半个周期内的脉冲数后，PWM波形各脉冲的宽度和间隔就可以准确计算出来。按照计算结果控制电路中各开关器件的通断，就可以得到所需要的PWM波形。总之，PWM既经济、节约空间、抗噪性能强，是一种值得广大工程师在许多设计应用中使用的有效技术。第七章控制电路该装置采用了一种数模结合的SPWM控制电路，它由数字分频电路、三角波形成电路、调节器、标准正弦波形成电路及PWM形成电路等组成。系统的电压调节是为了稳定电压，电流调节是为了限制输出电流。电源的正弦输出畸变率小于5，要求不是太高，逆变器的翰出功率1kW也不大。因此，系统仅采用电压平均值闭环控翻，稳定输出电压，对输出波形采用开环控制，即直接将幅值受控的标准正弦彼和三角波比软，下面分析各环节的实现电路，逐步了解装置的组成。（1）数字分频电路对于数字分频电路，Y是石英晶体振荡器，它有稳定的振荡频率，频率稳定度可以达到万分之一。该电路选用振荡频率为1. 8432MHz的晶振，它和R1、C1、C2组成频率信号产生电路，得到1. 8432MHz频率信号，再经过数字电路CD4017 , CD404。处理，输出两路频率信号。CD4017是十进制计数器，第7脚的Q3计数端引至第15脚的复位端可以实现3分频。CD4040是串行二进制计数器，9脚Ql可以得到2分频，2脚的Q6可以得到2的6次方既64分频。1. 8432MHz的频率，分频后三角波频率为9. 6kHz，标准正弦的扫描频率为102. 4kHz。（2）标准正弦波形成电路标准正弦波的产生是利用数字电路实现的。在EPROM中存放的数据(十六进制)是这样得到的:将一个周期的单位正弦波分成N等分，每一点的数据在计算机上事先离散算好再存放进去，计算这些数据的BASIC程序略。由于写人的数据只能是正值，单位正弦波是和图中的波形一致，幅值为1的正弦波。本例中将一个周期的正弦波分成N=2048份。正弦扫描频率引入数字电路CD4040 ,CD404。的输出是一组地址扫描信号送到EPROM的地址线上，EPROM2732中存放的数据便依次送到D/A转换器DAC0832,DAC0832将这些数据转换成断续的模拟信号，经过一个小电容C, (0. 1eF以内)滤波，得到连续模拟信号Uer，峰峰值由IOl端引人的给定电压U决定，电路中Uc来自调节器的输出。经运放LF3 5 6处理，可以获得正负对称、幅值为UC的标准正弦波SINE。要产生的标准正弦波的频率f, = 50Hz，那么扫描频率应为:fh=f1N=502048=102.4kHz，和前面分频电路得到的频率一致。正弦波的频率由稳定度相当高的晶振分频得到，故正弦波的频率稳定度很高;一个周期的正弦波分成2048份计算，故正弦波的波形畸变率很低;正弦波的幅值受控于给定电压。因此，该电路是一个高精度的正弦波发生器。上述电路具有通用性，对一个已经写好数据的EPROM，若改变正弦扫描频率，可以改变标准正弦波频率;若改变EPROM中的数据，可实现不同的PWM调制策略，如梯形波调制、注人特定次谐波;若再增加两套电路，在3个EPROM中存放相位互差120o的数据，就可实现三相SPWM控制。（3）三角波形成电路分频电路提供了三角波频率信号，即为9. 6kHz的脉冲信号; 应用隔直、比例和积分电路即可得到幅值适当，正负对称的三角波，其频率为9. 6kHz。（4）SPWM形成电路本装置SPWM形成电路原理如下，正弦信号SINE和三角载波信号TR来自前级电路;TL084是运算放大器，-TR由它接成的反向器得到。电路中大量使用了芯片LM311，它是DIP8封装的快速电压比较器，不仅可以作为比较器，还可以利用它的特点作脉冲封锁。下面介绍它的应用:8脚、4脚分别接芯片电源的正、负端;2脚,3脚分别是同相、反相输人:1脚是低电平设定(可接电源负或地)，它的电压值决定了LM31 I输出的低电平值;7脚为输出端，逻辑判断为“高电平”时，集电极开路(OC门特性)，因此，7脚必须有上拉电阻同正电源连接.否则，没有高电平输出，图中的R1、R2、R3、R4等都是上拉电阻;5、6脚用来调节输入平衡（可不用），6脚还可以用作选通，如果LM311的6脚接低电平，其输出恒为高电平，这个特点往往用来设置脉冲封锁。该系统设置PWM信号低电平有效，即PWM信号为低电平时，驱动电路产生驱动脉冲，IGBT导通。LOCK为保护电路输出的脉冲封锁信号;在电路出现故障时，LOCK的低电平送到后级各个LM311的6脚，使所有PWM为高电平，封锁驱动脉冲。如果不利用LM311封锁驱动，也可以设置PWM高电平有效，取消后级的LM311。电路中R1R4、C1C4和RP还组成了死区形成电路，参数大小决定死区时间，RP可以调节死区大小;IGBT的开关时间为2s左右，死区时间设为4s。电路中各个比较器的输人信号和比较器性能，不难得出单极倍频电压波形，利用两个反相的三角载波与一个正弦调制波比较，同样实现了单极倍频的SPWM调制。如上图所示为我们组的控制电路组控制电路的参数如下：变压器变比为：10:1正常工作时控制回路电压有效值U2=22V整流之后的平均值：U0=26.4V调制波频率：400Hz三角波频率：3.2KHz分压电阻R1=1,R2=25.4,RL=R1+R2=26.4滤波电容C=35T2RL=(35)800264=230Uf比较器电压：U3=1.2V, U4=0.8V工作过程如下：当输出端过电压时，控制电路通过变压器采集信号，经过整流滤波电路和比例分压电路之后与标准给定值一起接到比较器输入端。此时比较器输出U4，将输出的U4与调制波共同接到乘法器当中，实现恒频调整调制波幅值使其变大，通过PWM原理可知总体占空比下降，从而控制IGBT，使输出电压减小。当输出欠压时同理。第八章控制系统及辅助电源设计一、抗冲击负荷的电路设计1.冲击负荷的类型1）变压器一般负荷都通过变压器从电源吸取电功率以实现变压和隔离，即使合闸的时候变压器副边为开路，由于变压器铁芯存在饱和现象，也可能出现很大的冲击电流。最不利情况下合闸电流可达额定电流的58倍。2）整流负载许多负载实际需要的是直流电源，它们将交流电经变压器隔离后整流、滤波以得到直流电，在负载合闸瞬间，由于滤波电容未经充电，直流输出电压Ud=0且滤波电感一般很小甚至没有，由于电容两端电压不能突变，因此对这种负载合闸时存在短路冲击电流，这种负载是最常见且最恶劣的冲击负荷。以上冲击负荷虽然出现的时间不长，但是都可能损坏器件。如果直接采用记忆封锁脉冲的办法，那么，这类负载始终无法投人;如果加大开关管的电流定额，装置的成本太高。下面介绍的滞环瞬时限流电路是解决冲击负荷的措施之一。2.滞环瞬时限流电路瞬时滚流电路原理是利用逆变器主电路处于续流状态时输出电流自然减小这一特点。当输出电流的峰值达到事先设置的限流值时，立即封锁正在导通的功率开关管，强迫电路进人续流状态，使输出电流减小。当电流减小到低于限流值的某一设定值时，撤除封锁信号，让电路中原有的控制信号重新发挥作用。若电流又上升到限流值，则重复上述过程，直到电流不再达到限流值为止。此电路的优点是，在负荷产生冲击电流时，装置始终在自己的极限电流附近工作，冲击电流一旦衰减到限流值以下，控制系统原有的控制信号立即发挥作用，恢复时间相当短。此电路对于不同大小的冲击负荷甚至输出短路，均能有效地限制输出电流而不会停机，当冲击电流衰减之后或短路点被熔断器断开之后，逆变电源自动恢复正常。实现瞬时值限流方法可用如图8. 5所示滞环比较器实现，当检测出的电流信号电压Uf大于比较器上限UL时，UL变为低电平，该信号通过封锁电路将主电路的4个开关管全部关断，强迫输出电流走续流通道，使它减小。一旦电流下降到比较器的下限值U1时，UL变为高电平，控制电路恢复正常运行控制。滞环比较器的低电平可设为0V，比较器的上限值UL和下限值UL可以用下面方法计算:U1=UCCR23R1+R23Uh=UCCR2R13+R2R23表示R2和R3并联值，R13表示R1和R3并联值。上限值Uh和下限值U1差别不能太小，否则开关管频率过高，影响运行可靠性。装置选用LP-100的霍耳电流传感器，采样电阻RM=33，当母线电流为100A时，采样电压为3.3V。UCC=12V,R1=36k,R2 =8.2k,R3=100k，则滞环比较器的上限值Uh是2. 8 V，下限值U,是2. 1 V，分别对应85A和64A的电流。电流达到85A瞬时封锁脉冲，电流下降到64A时，开放脉冲，如此反复，可以达到限制电流的目的。该电路对各种PWM电路都适用，有较大的实用价值。3.短路保护如果瞬时封锁环节能够正常工作，即使负载短路，瞬时电流也会被迫限制在85A以内，但瞬时封锁时，开关频率会超过载波频率，开关损耗大，属于非正常状态。因此，应该设置一个过电流延时电路，该状态出现数秒，就记忆性封锁脉冲。此外，为了防止瞬时封锁环节有故障，应该设置一个大电流记忆性脉冲封锁的保护环节，本例按120A设计，保护延时3s。过流判断环节包括滞环比较器和一般的比较器，根据情况采取不同的保护方。二、调压环节为了提高调压精度，并且减小波形畸变，输出电压的调节分二级完成。第一级由给定电压和平均值反馈电压的误差信号通过PI调节器调节产生正弦波的控制电压UC，以改变标准正弦波的幅值，使得输出电压数值稳定;第二级是标准正弦波与电压反馈信号通过P调节器产生调制正弦波，完成电压波形调节。设置给定电压在逆变器启动过程中逐渐增加，从而使系统具有软启动功能。三、过温保护当电源过载、风机损坏等都会使设备温度升高，如果不及时解决，可能使半导体器件损坏。尽管用户没有提出过温保护的要求，但是从电源的安全考虑，过温保护功能是有必要的。温度开关起到温度检测和比较的作用，装置选用70的温度开关，一旦温度到达70 ,温度开关改变状态，系统报警，因为装置的热容量较大，温度上升有一个过程。设计延时5分钟再封锁脉冲，保护装置，使用户有足够的时间处理相关问题。四、辅助电源本装置输入是交流电能，辅助电源可以直接通过小功率变压器将三相380V交流变换为多路低压.分别经过整流、滤波、集成稳压器(如7812,7912,7820等)，便能够得到相互隔离的多路低压直流电能。本装置辅助电源提供+12V,-12V和三路20V相互隔离的直流电压。五、驱动电路驱动电路(Drive Circuit)，位于主电路和控制电路之间，用来对控制电路的信号进行放大的中间电路（即放大控制电路的信号使其能够驱动功率晶体管），称为驱动电路。驱动电路的基本任务，就是将信息电子电路传来的信号按照其控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号。对半控型器件只需提供开通控制信号，对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号，以保证器件按要求可靠导通或关断。驱动电路为什么要采取隔离措施，驱动电路副边与主电路有耦合关系，而驱动原边是与控制电路连在一起，主电路是一次电路，控制电路是ELV电路，一次电路和ELV电路之间要做加强绝缘，实现绝缘要求一般就采取变压器光耦等隔离措施。第九章电磁兼容技术和措施没备的电磁兼容性能是它能否“生存，的必要条件之一，设计人员必须具备一定的电磁兼容常识。一、电磁兼容性概念所谓电磁兼容性简称EMC，俗称抗干扰，是指干扰可以在不损害信息的前提下与有用信号共存。电力电子装置的电磁兼容性应从两个方血考核，一是不干扰其他设备，不影响其他设备的正常运行；二是自身不受其他设备的干扰，对于电磁兼容容许的干扰信号，装置应该能够正常工作。国际电工委员会（IEC）对此制定了一系列电磁兼容标准(（EMC），如IEC 555、IEC 917,IEC 1000等。我国电磁兼容问题目前已广泛受刊政府、企业和消费者的关注，国家政府已采用相关国际标准，制定了GB/T465-1995等100多项电磁兼容国家标准,FMC认证工作也于1999年正式展开。为了解决电磁兼容性问题，下面简单分析形成电磁干扰的原因和抑制原则。1.形成电磁干扰的条件（1）向外发送电磁卜扰的源一噪声源。（2）传递电磁干扰的途径-一噪声耦合和辐射。（3）承受电磁干扰的客体一受扰设备。2.抑制电磁干扰的原则（1）抑制噪声源，直接消除干扰原困。这就需要采用合适的电路结构和缓冲技术，使装置输人、输出电流波形好，并使di/dt和du/dt尽可能小。（2）消除噪声源和受扰设备之间的噪声耦合和辐射，切断电磁干扰的传递途径，或者提高传递途径对电磁干扰的衰减作用。（3）加强受扰设备抵抗电磁干扰的能力，降低其对噪声的敏感度。使系统抵抗电磁干扰的能力与其所处的电磁环境相适应，并且不影响其他设备正常工作而进行的设计，称为电磁兼容性设计。申磁兼容设计的任务应从上述3个方面采取相应措施。二、常用的抑制电磁干扰的措施有关电磁兼容的理论至今并不完善，往往通过一些电噪声抑制措施宋作电磁兼容设计电噪声是指，叠加于有用信号上，扰乱信号传输，使原来的有用信号发生畸变的变化电量，简称噪声。经验性的常用措施如下。1.用电路和器件抑制电磁干扰电压尖峰的出现，很容易引起荀滋干扰信号，抑制电压尖峰是抑制噪声源的方法之一。抑制电压尖峰的措施比较多，例如电路中继电器、线圈等感性负载在断电时产生的反电势引起的电压尖峰可采用并联二极管续流，或接入RC电路等办法加以抑制。还有浪涌吸收器、压敏电阻、瞬态抑制二极管等都可以抑制电压尖峰。为了防止干扰信号通过电路传递，在一些电路中可以利用光电锅合器、变压器等进行电路的电隔离。用电路和器件抑制电磁干扰的方法比较多，可以根据情况采用。2.滤波开关模式的各种电源接在线路上，不仅要受到线路中的各种干扰，而它本身又是一个大的干扰源.会通过传导和辐射方式向交流电源和空间传播，不仅污染电网，而且还可能对通信备咬电子仪器的丁几作造成影响。干扰主要是由于电源的开关管、二极管、储能电感、变压器等器件上的电压、电流急剧的上升、下降而产生的。通常应用线路滤波器克服这种干扰。滤波器是由电阻、电感和电容构成的电路网络，它利用电感和电容的阻抗和频率的关系.将叠加在有用信号上的噪声分离出来。用无损耗的电抗元件构成的滤波器能阻止噪声通过工作电路，井使它旁路流通;用有损耗元件构成的滤波器能将不期望的频率成分吸收掉，在抗干扰措施中用得最多的是低通滤波器。滤波电路中很多专用的滤波器件，如穿心电容器、三端电容器、铁氧体磁环，它们能够改善电路的滤波特性。恰当地设计或选择滤波器，并正确地安装和使用滤波器，是抗十扰技术的重要组成部分。按照于扰信号的流通路径不同，分为差模和共模干扰。差镇是指两线间的差值干扰信号.共模是指两线对壳地的于扰信号。差模滤波与共模滤波分别是对上述两个信号的阻止或吸收。共模滤波电容（又称Y电容）跨接在线路与机壳地之间，对共模电流起旁路作用，电容值不能过大.否则会超过安全标准中对漏电电流(3. 5mA)的限制要求，一般在10000pF以下。医疗设备中对漏电流的要求更严，在医疗设备中，这个电容的容量更小，甚至不用。共模扼流圈的结构是:将传输电流的两根导线（例如直线供电的电源线和地线，或交流供电的火线和零线）按照图示的方法绕制，两根导线中流进和流出的电流在磁芯中产生的磁力线方同相反、强度相同，磁芯中总的磁感应强度为零，磁芯不会饱和。而对于两根导线上方间相同的共模干扰电流，在磁芯中产生的磁力线方向相同，呈现较大的电感。因而这种电感只对共模干扰电流有抑制作用，而对差模电流没有影晌因此叫共模扼流圈。共模扼流圈的电感景范围为1毫亨到数十毫亨，取决于要滤除的干扰的频率，频率越低，需要的电感量越大。在要求比较高的电力电子装置中，往往不仅安装共模电感.还应认该有差模电感，起到对差模电流的抑斜作用。L是在一个铁芯上的两个线圈，两根导线中流进和流出的电流在磁芯中产生的傲力线方向相同，它们组成差模电感，由1、2端引入的差模干抚信号由于L的阻止和C2的回路作用，到达3、4端就被大大衰减;由3、4端引入的干扰信号由于L的阻止和C1的回路作用.到达1、2端也被大大衰减。L也是在一个铁芯上的两个线圈，但是，两根导线中流进和流出的电流在磁芯中产生的磁力线方向相反，它们组成共模电感，由1、2端引人的共模干扰信号由于L的阻止和C3、C4的对地旁路作用，到达3、4端就被大大衰减。对于低频差模干扰用陷波器滤波比较合理，陷波器是利用L、C对需要滤除的谐波发生串联谐振(等效阻抗为零)，谐波电流会“陷人”该L、C电路。3.屏蔽屏蔽是指通过各种屏蔽物体对外来电磁干扰的吸收或反射作用来防止噪声侵入;或相反，将设备内部产生的辐射电磁能量限制在设备内部，以防止干扰其他设备。用良导休制成的屏蔽体适用于电场屏蔽，用导磁材料制成的屏蔽体适用于磁场屏蔽。屏蔽体分为电磁屏蔽体和静电屏蔽体，电磁屏蔽体主要用来抑制高频开关于扰，它利用电磁场在屏蔽体内产生涡流而起屏蔽作用，两者使用的材料相同，只是后者接地才有效:而对于电磁屏蔽体，即使不接地，对抑制高频电磁干扰也是有效的，但由于导体没有接地，因静电耦合效应，也增加了对于扰电压的感应。所以为防止磁路藕合，应用高磁导率的材料将相关部分隔离-。对抑制电磁干扰，屏蔽起着和滤波同等重要的作用，并且一屏蔽、滤波和下面将叙述的接地技术紧密相关。4.布线合理布线是抗于扰措施中的又一重要方面。导线的种类、线径的粗细、走线的方式线间的距离、布线的对称性、屏蔽方法以及导线的长短、捆扎或绞合方式等都对导线的电感