蓄電池充電畢業(yè)設(shè)計論文.doc

華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第1頁共52頁目錄綜述.4Summary.6第1章蓄電池充電特性及充電技術(shù)現(xiàn)狀.91.1蓄電池充電特性.91.2蓄電池充電過程.9第二章IGBT特性.102.1IGBT的基本結(jié)構(gòu).102.2IGBT的工作原理.132.3IGBT的工作特性.132.3.1靜態(tài)特性.132.3.2動態(tài)特性.142.4IGBT的擎住效應(yīng)與安全工作區(qū).152.4.1擎住效應(yīng).152.4.2安全工作區(qū).162.5柵極特性.172.6柵極串聯(lián)電阻及柵極驅(qū)動波形的上升、下降速率.192.7IGBT的驅(qū)動電路.212.7.1IGBT的驅(qū)動與保護技術(shù).212.7.2驅(qū)動電路的要求.222.7.3模塊驅(qū)動中對電源的要求.232.8驅(qū)動電路的種類.232.8.1采用脈沖變壓器隔離驅(qū)動IGBT.232.8.2采用光耦合器等分立元器件驅(qū)動IGBT.242.8.3專用光耦合器等分立元器件驅(qū)動IGBT.242.9IGBT模塊保護.252.9.1IGBT的過電流保護.25礦用鉛酸蓄電池組高頻智能充電器主電路的研究設(shè)計第2頁共52頁2.9.2IGBT的過壓保護.252.9.3IGBT的關(guān)斷緩沖吸收電路.252.9.4緩沖電路的基本結(jié)構(gòu).26第3章高頻變壓器特性.28第4章DC/DC變換原理.294.1一般情況.294.2工作周期.29第5章元器件的選擇及參數(shù)計算.305.1關(guān)鍵元器件的選擇.305.2IGBT的選擇.305.3次級快恢復(fù)整流二極管的選擇.315.4緩沖電路的計算.325.5高頻變壓器的設(shè)計.325.5.1AP法公式推倒.325.5.2變壓器視在功率的TP確定.345.5.3窗口使用系數(shù)0K的確定.355.5.4磁心結(jié)構(gòu)常數(shù).355.5.5AP的計算.365.6三相全控橋整流電路的計算.385.7濾波電容、電感的計算.395.7.1支撐電容C1的計算.395.7.2濾波LC的計算.39第6章散熱計算.396.1開關(guān)管IGBT散熱計算.406.1.1功率器件熱性能的主要參數(shù).406.1.2功率器件熱設(shè)計.406.1.3散熱計算.406.2快恢復(fù)二極管散熱計算.426.3散熱器的選取.42第7章充電器原理及硬件設(shè)計.43華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第3頁共52頁7.1充電器主電路硬件設(shè)計.437.1充電器工作原理.43第8章MATLAB仿真.448.1MATLAB的概況.448.2MATLAB產(chǎn)生的歷史背景.458.3MATLAB的語言特點.468.4SIMULINK概況.478.5SIMULINK仿真.48結(jié)論.51參考文獻.51致謝.52礦用鉛酸蓄電池組高頻智能充電器主電路的研究設(shè)計第4頁共52頁礦用鉛酸蓄電池組高頻智能充電器主電路的研究設(shè)計綜述：本課題以礦用鉛酸蓄電池組高頻智能充電器實際科研課題為背景，可以作為實際科研項目的一個功能模塊。蓄電池是礦廠在井下必不可少的能源，省去電纜的傳輸，減少危險的發(fā)生，方便生產(chǎn)，保障安全。高頻智能充電器縮小了體積，運輸方便，可以隨時給蓄電池補充能量。并對充電電壓和充電電流及電池溫度進行著檢測，判斷蓄電池是否充滿，是否發(fā)生故障，保證充電安全?；谶@些優(yōu)點，智能充電器廣泛應(yīng)用于礦廠、現(xiàn)代工業(yè)的各個行業(yè)。因此，設(shè)計礦用鉛酸蓄電池組高頻智能充電器是十分必要的。鉛酸蓄電池具有維護簡單、價格低廉、供電可靠、電壓穩(wěn)定、使用壽命長等優(yōu)點，因此廣泛應(yīng)用在礦廠、國防、通信、鐵路、交通、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門；還可以作為汽車、飛機、輪船等機動車輛或發(fā)電機組的啟動電源；也在各類需要不間斷供電的電子設(shè)備和便攜式儀器儀表中用作一些電器及控制回路的工作電源。尤其在環(huán)境惡劣的礦廠，蓄電池是必需品，它不僅能保證人身安全，還很方便省去了電纜運輸帶來的不便。如果蓄電池沒電，那么人們最先想到的就是蓄電池充電器。充電器是蓄電池的源泉，基于此，本文提出了一種礦用鉛酸蓄電池組充電器主電路的設(shè)計方案，采用先進的三段式充電控制方法，有效地提高充電效率，延長電池壽命。隨著電力電子變換技術(shù)的發(fā)展，使得各種各樣的電力電子器件得到了迅速的發(fā)展。20世紀80年代，為了給高電壓應(yīng)用環(huán)境提供一種高輸入阻抗的器件，有人提出了絕緣門極雙極型晶體管（IGBT）。在IGBT中，用一個MOS門極區(qū)來控制寬基區(qū)的高電壓雙極型晶體管的電流傳輸，這就產(chǎn)生了一種具有功率MOSFET的高輸入阻抗與雙極型器件優(yōu)越通態(tài)特性相結(jié)合的非常誘人的器件。它既有MOSFET易驅(qū)動的特點，又具有功率晶體管電壓、電流容量大的優(yōu)點。其頻率特性介于MOSFET與功率晶體管間，可正常工作于幾十kHz頻率范圍內(nèi)，故在較高頻率的大、中功率應(yīng)用占據(jù)了主要地位。IGBT是電壓控制型器件，在它的柵射極間施加十幾伏直流電壓時，只會有毫微安級的漏電流流過，基本上不消耗功率。但IGBT的柵射極間存在著較大的電華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第5頁共52頁容量（幾千至上萬pF），在驅(qū)動脈沖電壓的上升及下降沿需提供數(shù)安培的沖放電電流，才能滿足它開通和關(guān)斷的動態(tài)要求，使得它的驅(qū)動電路也必需輸出一定的峰值電流。電路的設(shè)計標準為輸入電壓380V，輸出電壓100V250V連續(xù)可調(diào)，輸出最大電流80A，工作頻率：20kHz，溫升：25，工作環(huán)境條件:2570。本文首先介紹了蓄電池充電特性、IGBT特性及高頻變壓器特性，緊接著分析了DC/DC變換的工作原理，然后介紹了元器件的選型及參數(shù)計算，分析電路原理設(shè)計出原理圖，并且闡述了蓄電池工作原理，最后用MATLAB中的SIMULINK進行結(jié)果的仿真。對于蓄電池充電的原理問題，本文采用了三段式充電的原理即快速充電、補足充電、涓流充電三個階段區(qū)別于傳統(tǒng)定電壓充電和定電流充電方式，這種方式提高電池的充電效率，縮短充電時間，并能有效延長電池壽命。這種三段式的充電方式通過C8051單片機進行智能控制。充電器主電路具體控制方法為首先采用三項全橋整流電路將380V交流電變成直流電，經(jīng)過支撐電容濾波后送入逆變電路，逆變電路采用單項全橋逆變電路，逆變器件選用IGBT開關(guān)管，逆變后的電壓送入高頻變壓器的輸入端，然后高頻變壓器的輸出端經(jīng)過全波整流電路，LC濾波電路后給蓄電池充電。高頻變壓器的參數(shù)設(shè)計方法有兩種即AP法和KG法，本文采用AP法設(shè)計，并詳細的介紹了AP法的公式推倒和實際計算方法。最后，主電路的仿真采用MATLAB中的SIMULINK進行仿真實驗，仿真實驗結(jié)果表明，本文設(shè)計的蓄電池充電器主電路達到了預(yù)期的目標。關(guān)鍵詞:IGBT；DC/DC變換；高頻變壓器；MATLAB礦用鉛酸蓄電池組高頻智能充電器主電路的研究設(shè)計第6頁共52頁MineralproductplumbousacidbatteryunithighfrequencyintelligencebatterychargermaincircuitresearchdesignSummary:Thistopictakethemineralproductplumbousacidbatteryunithighfrequencyintelligencebatterychargeractualscientificresearchtopicasabackground,cantaketheac-tualscientificresearchitemafunctionmodule.Theaccumulatorcellisthemineinthemi-neshaftessentialenergy,omitstheelectriccablethetransmission,reducesthedangeroustheoccurrence,facilitatestheproduction,thesafeguardsecurity.Thehighfrequencyintel-ligentbatterychargerreducedthevolume,thetransportationhasbeenconvenient,mightgivetheaccumulatorcellsupplementaryenergyasnecessary.Andiscarryingontheexam-inationtothechargingvoltageandthechargingcurrentandthebatterytemperature,judgestheaccumulatorcellwhetherfills,whetherbreaksdown,guaranteechargesecurity.Basedonthesemerits,theintelligentbatterychargerwidelyappliesinthemine,modernindustryeachprofession.Therefore,thedesignmineralproductplumbousacidbatteryunithighfrequencyintelligencebatterychargerisextremelyessential.Thelead-acidbatteryhasthemaintenancesimply,thepriceinexpensive,thepowers-upplyreliable,voltageregulation,theservicelifelongandsoonthemerits,thereforewide-lyappliesinthemine,thenationaldefense,thecorrespondence,therailroad,thetransport-ation,theindustryandagricultureproductiondepartment；Alsomaytaketheautomobile,t-heairplane,thesteamboatandsoonthemotorvehicleorpowersetsstartpowersource；A-lsoservesassomeelectricappliancesandthecontrolloopworkpowersourceineachkindofneeduninterruptedpowersupplyelectronicinstallationandintheportableinstrumentmeasuringappliance.Intheenvironmentbadmine,theaccumulatorcellisespeciallytheessentialitem,notonlyitcanguaranteethepersonalsafety,butalsohasveryconvenientlyomittedinconvenientwhichtheelectriccabletransportationbrings.Iftheaccumulatorcelldoesnothavetheelectricity,thenthepeoplethinkarethebatterychargersfirst.Thebatterychargeristheaccumulatorcellfountainhead,basedonthis,thisarticleproposedonekind華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第7頁共52頁ofmineralproductplumbousacidbatteryunitbatterychargermaincircuitdesignproposal,usestheadvancedtriadicchargecontrolmethod,enhancesthechargeefficiencyeffectively,lengthensthebatterylife.Alongwiththeelectricpowerelectrontransformationtechnologydevelopment,enabl-edvariouselectricpowerelectronicdevicetoobtaintherapiddevelopment.1980s,inordertoprovidesonekindofhighinputimpedancetothehighvoltageusingtheenvironmentthecomponent,somepeopleproposedinsulationgateextremelydoublepoletransistor(IGBT).InIGBT,controlsthewidthbaseextremelywithaMOSgateareathehighvoltagedoublepoletransistorelectriccurrenttransmission,thisproducedonekindtohavethepowerMO-SFEThighinputimpedanceandthedoublepolecomponentsuperiorlypassestheextreme-lyattractivecomponentwhichconditionthecharacteristicunified.Itbothhasthecharacter-isticwhichMOSFETeasytoactuate,andhasthepowertransistorvoltage,thecurrentcap-acitybigmerit.ItsfrequencycharacteristicissituatedbetweenMOSFETandbetweenthepowertransistor,butnormalworkinseveraldozenskHzfrequencyrange,thereforeinthehighfrequencybig,themiddleapplicationofpoweroccupiedthemainstatus.IGBTisthevoltagecontrolcomponent,exertsseveralvoltDCvoltageswhenbetweenitsgrid-emitter,onlycanhavethenanoampereleveltoleaktheelectriccurrenttoflow,basicallyconsumedpower.ButbetweentheIGBTgrid-emitterhasthegreatelectriccapacity(severalthousandtouptotenthousandpF),alongmustprovideseveralamperesintheactuationpulsevolta-geriseandthed