交直流通用型调压器设计报告浙江理工大学样本.doc

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大型电气课程设计
报告书

题 目: 交直流通用型调压器设计
专 业: 电气工程及其自动化XX( X) 班
姓 名: XXX
学 号: XXXXXXXX
指导老师: XXX XXX

浙江理工大学本科大型电气课程设计任务书

课题名称

交直流调压( 调速) 器设计

主要任务

一、 主要任务
1、 设计出通用型交直流调压器, 可用于直流电机及单相交流电机的调速。
2、 输入电源: 220V, 50Hz单相交流电源。
3、 输出: 交流调压: 0~220V AC
直流调压: 0~220V DC
功率: 大于或等于500W
4、 能经过简单的改变接线实现交、 直流调压器输出的切换。
5、 具有过流保护功能。

主要内容

本课题主要研究交直流调压器的工作原理与设计, 采用单向桥式全波整流, 同步信号获取, 锯齿波信号获取, 利用反相器放大电路方向, 与控制电压经过电压比较器比较, 经推挽电路放大驱动信号功率, 调节控制电压控制MOSFET导通角, 从而实现调压目的。该同学主要工作是各模块控制电路的设计, 实际电路的焊接、 测试与实现。

基本内容:
1、 设计交直流调压器总体方案;
2、 主回路设计;
3、 同步信号、 锯齿波发生电路设计;
4、 调压控制驱动信号产生电路设计;
5、 MOSFET驱动电路与过流保护电路设计;
6、 记录波形分析数据。
主要参
考资料
及文献
阅读任务

一、 主要参考文献
1、 电力电子技术, 王兆安, 机械工业出版社;
2、 计算机控制技术及工程应用 , 林敏, 国防工业出版社;
3、 Protel DXP 电路设计与制版;

目录

1.设计指标 1

2.设计要求分析 1

3.电路设计 2
3.1主回路 2
3.2同步信号获取 2
3.3锯齿波发生电路设计 3
3.4调压控制驱动信号产生电路 3
3.5 MOSFET驱动电路 4
3.6过电流保护电路 4

4.实验性电路试验 5

5.PCB版设计 5

6.焊接 5

7.结束语 6

交直流通用型调压器设计

1. 设计指标
1、 设计出通用型交直流调压器, 可用于直流电机及单相交流电机的调速。
2、 输入电源: 220V, 50Hz单相交流电源。
3、 输出: 交流调压: 0~220V AC
直流调压: 0~220V DC
功率: 大于或等于500W
4、 能经过简单的改变接线实现交、 直流调压器输出的切换。
5、 具有过流保护功能。

2.设计要求分析

1、 主回路能够采用但功率MOSFET控制的交、 直流通用型调压电路, 经过简单的变换接线方式, 实现输出的交流、 直流变化。
2、 设计合理的同步电路, 解决导通控制信号与主电路的同步问题。导通控制信号为MOSFET驱动信号, 不能采用原用于可控硅SCR的触发脉冲信号。
3、 设计合理的MOSFET驱动电路, 实现对主电路的控制, 要简单, 低耗。
4、 由于要与主电源同步, 驱动信号应与同步电路协调, 输出与电源同步的信号。
5、 由于是可关断的MOSFET器件, 应能设计出更好的过流保护电。

整体的电路框图设计如下:

调压电路

输出
电源电路

驱动信号

锯齿波发生器
同步信号

3．电路设计
3.1 主回路
采用通用型交、 直流调压电路作为主回路, 具体电路如下:

D1~D4作为不可控整流电路, 控制环节由Q1来实现, D5为直流输出时的续流元件, 防止Q1受反电势冲击损坏。

工作原理:
（1） 作为直流调压器使用时, 短路1、 2端子, 负载接入3、 4端子。控制MOSFET的通断, 实现调压。
（2） 作为交流调压器使用时, 短路3、 4端子, 负载接入1、 2端子。

3.2 同步信号获取
同步信号的目的就是与主电源的过零点同步起来。同步获取电路与电源电路结合, 省掉同步信号的变压器绕组, 直接经过主电源电路的整流电路来获取。电路设计如下:

D5起隔离作用, 这样UA的波形为全波整流波形, 不受后级的滤波电容影响。R1, R2, C3为滤波电路, 由于回路工作模式为波形切块运行, 会引入很多的谐波分量, 如不加滤波电路易受干扰, 特别是输出电压低时。工作时。能够得到C点的与主回路过零点同步的短路信号, 每次主回路过零时, C点均受到短路, 保持与主回路的同步关系。

3.3 锯齿波发生电路设计
有了同步信号后, 需产生一个锯齿波信号, 又锯齿波信号来获取调压控制信号就相对简单了, 因此需要利用同步信号来产生一个锯齿波波形。具体电路如下:

锯齿波发生电路是由同步信号与恒流充电电路组成, 其中, R5、 R6、 R7、 T3构成一个恒流充电电路, 给C4电容充电, 恒流电流计算公式:

I充=(12-0.7-12*R6/(R5+R6))/R7

由于后级比较电路采用运放单电源工作方式构成, 因此输入电压不能到0, 为此电路中能够垫入一个二极管D6, 使锯齿波波形最低电压变为0.7V, 为后级电路正常工作做准备。

3.4 调压控制驱动信号产生电路
为了得到调压控制信号, 将Uc4电压波形进行处理, 运用运放的反相放大电路。与控制电压Uk作比较时能够得到不同导通角度的驱动信号, 实现调压控制的目的。反相放大电路如下所示:

3.5 MOSFET驱动电路
驱动MOSFET能够选用专用的驱动电路, 但对于本店路而言, 由于工作频率降低而且没有调制的高频, 因此驱动电路能够选用简单的推完电路来实现。具体电路如下:

3.6过电流保护电路
由于主回路有电流采样电阻获得了电流信号, 利用这个信号设计一个可靠的过流保护电路, 实现对电路的可靠保护。

4.实验性电路实验
4.1同步信号的获取
同信号获取电路采用与电源供电电路同一变压器绕组, 节省了一个绕组, 这样的设计能取得同步信号, 对电源电路有影响, 电源电路的电压会变小了, 同类型的电路能够采用半波整流电路。

4.2锯齿波信号发生电路
设计合理的参数使锯齿波波形达到设计要求, 在锯齿波发生电路上的C4、 R5、 R6、 R7都会影响锯齿波波形。设计时要注意电阻的合理取值、 T3型号的选取。

4.3驱动信号的获取
驱动信号采用比较器电路, 而比较器由运放组成, 运放为单电源供电。这样在输入控制电压UK从0上升时, 在低数值0时会造成比较器失控, 为了克服这一问题, 能够在电源输入的电路前加一个二极管D6, 使得UK最低电位从0.7V开始。

4.4测试点的选择
为了调试方便, 在设计时需要考虑设置测试信号, 能够利用测试板构建上述相关电路进行实验性电路的实验, 确定可用性。有问题的电路需重新设计, 重新试验, 直

5.PCB板设计
根据实际系统允许安装尺寸, 设计相应PCB板, 尽量减少板的面积以节省成本。面积受限时, 宜采用双面封装制版。需注意双面焊接封装电路板设计时, 贴片元件宜集中于其中一面。为提高焊接质量, 降低焊接难度, 贴片元件PCB封装均比实物封装大一个等级。电阻电容等均以1206型号PCB封装对应实物0805型号。

6.焊接
初次接触贴片元件焊接的同学, 在焊接时宜先用焊锡点一下焊盘一端, 用镊子摆正元件, 先完成一边的焊接, 再完成另一边。掌握一定技巧后, 能够用焊锡点焊盘两端, 再用焊枪蘸点焊锡直接吸附元件放置在焊盘之上。焊接时还需注意先低后高的原则, 同时对于有方向
的元器件一定注意不能弄错方向。

7.结束语

此次课程设计相当的有意义, 具有非常高的实用价值, 不但使我们对常见的电路诸如全控整流、 锯齿波发生电路运算放大电路、 过流保护电路、 推挽电路等的实际应用有了更加形象具体的认识。而且对于整个交直流系统设计的过程和相关模块的设计都有了更加深刻的了解。使自身的动手能力、 理论结合实际的能力、 综合能力等都有了很大提高。非常感谢此次课程设计, 感谢雷老师和王老师以及同学们的帮助。

参考文献

[1] 电力电子技术, 王兆安, 机械工业出版社;
[2] 计算机控制技术及工程应用 , 林敏, 国防工业出版社;
[3] Protel DXP 电路设计与制版;