光調(diào)制器設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文論文) 題目：光調(diào)制器設(shè)計(jì)題目：光調(diào)制器設(shè)計(jì) 系 別： 光電信息系 專(zhuān) 業(yè)： 光電信息工程 班 級(jí)： b090104 學(xué) 生： 學(xué) 號(hào)： b09010424 指導(dǎo)教師： 2013年5月 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 系（部） 光電信息系 專(zhuān)業(yè) 光電信息工程 姓名 學(xué)號(hào) b09010424 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 光調(diào)制器設(shè)計(jì) 2.題目背景和意義：在光電系統(tǒng)中，獲取的有效光強(qiáng)信息往往受到背景噪聲的影響，如 何從背景噪聲中提取有用信號(hào)，一直是人們不斷研究的課題之一，目前，鎖相相關(guān)技 術(shù)是提取

2、有用信號(hào)的有效方法，此技術(shù)要求對(duì)入射光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，本課題基于此提 出，對(duì)光波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。 3.設(shè)計(jì)(論文)的主要內(nèi)容（理工科含技術(shù)指標(biāo)）： 1、了解光調(diào)制器的用途；2、提出 機(jī)械調(diào)制方法，設(shè)計(jì)光調(diào)制器結(jié)構(gòu)及相應(yīng)電路，對(duì)相關(guān)器件進(jìn)行選型；3、給出相關(guān)標(biāo) 定方法；4、查閱一篇與設(shè)計(jì)相關(guān)的外文文獻(xiàn)，并進(jìn)行翻譯。 4.設(shè)計(jì)的基本要求及進(jìn)度安排（含起始時(shí)間、設(shè)計(jì)地點(diǎn)）： 2012.11.262012.12.17 查閱相關(guān)書(shū)籍，搜集資料，了解光調(diào)制器的用途，和它的基 本原理；完成開(kāi)題報(bào)告。 2012.12.182013.2.10 對(duì)光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行器件選型； 2013.2.112013.

3、3.15 對(duì)光調(diào)制器電路進(jìn)行設(shè)計(jì)；完成中期報(bào)告。 2013.3.162013.4.12 撰寫(xiě)論文，并準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。 5.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的工作量要求 實(shí)驗(yàn)（時(shí)數(shù)）*或?qū)嵙?xí)（天數(shù)）： 無(wú) 圖紙（幅面和張數(shù)）*：不少于 8 張； 其他要求：論文（字?jǐn)?shù)）：1.5 萬(wàn)字；外文翻譯（字?jǐn)?shù)）：30005000 字； 參考 文獻(xiàn)：不少于 15 篇。 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 學(xué)生簽名： 年 月 日 系主任審批： 年 月 日 說(shuō)明：1 本表一式二份，一份由各系集中歸檔保存，一份學(xué)生留存。 2 帶*項(xiàng)可根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)選填。 光調(diào)制器設(shè)計(jì)光調(diào)制器設(shè)計(jì) 摘要摘要 在光電系統(tǒng)中，獲取的有效光強(qiáng)信息往往受到背景噪聲的影

4、響，鎖相 相關(guān)技術(shù)是提取有用信號(hào)的有效方法，此技術(shù)要求對(duì)入射光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。 斬波器的作用其實(shí)是為鎖相放大器提供一個(gè)參比信號(hào)，以便于鎖相能夠識(shí)別 出微弱的光電流。斬波器葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)周期性的阻斷照到研究電極的光路， 因而導(dǎo)致研究電極產(chǎn)生周期性的光電流，此時(shí)斬波器的頻率輸入給鎖相，由 鎖相計(jì)算出光電流的大小。 光學(xué)斬波器的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括主電路，控制電路，驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電 路的設(shè)計(jì)，器件選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。深入了解各個(gè)模塊的工作原理和功能，使 各部分正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 本文對(duì)光學(xué)斬波器的設(shè)計(jì)原理，電路設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：光學(xué)斬波器；電路設(shè)計(jì)；器件選型；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； the light mo

5、dulator design abstract in photovoltaic system,the effective intensity information is often influenced by background noise，phase locked technology is an effective method to extract the useful signal, the technical requirements of the incident light signal modulation. the role of chopper is actually

6、providing a phase-locked amplifier with a reference signal, so that the phase locking can identify weak photocurrent. chopper blade rotation periodically block electrode according to the research of optical path, thus leads the electrode photocurrent cyclical, the chopper to phase locked frequency i

7、nput, the size of the photocurrent is calculated from phase locked. optical chopper design content mainly includes the main circuit, control circuit, drive circuit and protection circuit design, device selection and structure design. insight into the working principle and function of each module, ea

8、ch part of the normal operation. in this paper, the optical chopper design principle, circuit design and structure design are introduced. key words：optical chopper; wiring design; device type selection; structure design 目目 錄錄 1 緒論緒論.1 1.1 課題研究的背景和意義.1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀.1 1.3 論文的組織結(jié)構(gòu).2 1.4 本課題研究的主要內(nèi)容.2 2

9、 光學(xué)斬波器簡(jiǎn)介光學(xué)斬波器簡(jiǎn)介.2 2.1 直流斬波器簡(jiǎn)介.3 2.2 直流斬波器原理.4 2.2.1 直流斬波電路包括三個(gè)部分電路模塊。.4 2.2.2 全控器件 igbt 簡(jiǎn)介 .4 2.2.3 直流斬波器的基本原理圖.5 3 直流降壓斬波器設(shè)計(jì)直流降壓斬波器設(shè)計(jì).6 3.1 主電路設(shè)計(jì)方案.6 3.1.1 主電路基本電路圖.6 3.1.2 主電路電流電壓分析.6 3.2 控制電路模塊設(shè)計(jì).7 3.2.1 斬波電路控制方式：.7 3.2.2 sg3525 原理及功能.8 3.2.3 sg3535 內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介.9 3.2.4 sg3525 芯片引腳.10 3.2.5 控制電路圖.11 3.

10、3 驅(qū)動(dòng)電路模塊設(shè)計(jì).11 3.3.1 驅(qū)動(dòng)電路模塊功能.11 3.3.2 驅(qū)動(dòng)電路的隔離方式.12 3.3.3 exb841 的驅(qū)動(dòng)原理.13 3.4 保護(hù)電路設(shè)計(jì).13 3.4.1 主電路器件保護(hù).14 3.4.2 負(fù)載過(guò)壓保護(hù).14 3.4.3 過(guò)電流保護(hù).15 3.5 直流降壓斬波電路整體電路圖.16 4 直流斬波器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直流斬波器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).18 4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求.18 4.2 斬波調(diào)速原理.18 4.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總結(jié).19 5 總結(jié)總結(jié).20 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).21 致謝致謝.23 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明.24 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明畢業(yè)設(shè)

11、計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明.25 附錄附錄.26 1 緒論緒論 1.1 課題研究的背景和意義課題研究的背景和意義 在光電系統(tǒng)中，獲取的有效光強(qiáng)信息往往受到背景噪聲的影響，如何從 背景噪聲中提取有用信號(hào)，一直是人們不斷研究的課題之一，目前，鎖相相 關(guān)技術(shù)是提取有用信號(hào)的有效方法，此技術(shù)要求對(duì)入射光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，本 課題基于此提出，對(duì)光波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀 光調(diào)制技術(shù)雖然早在四十年代就已有不少研究和報(bào)導(dǎo)，但具有實(shí)用價(jià)值 的光調(diào)制器卻是在七十年代前后才發(fā)展成熟的。近一二十年來(lái),光學(xué)和光電 子學(xué)中的光調(diào)制器的研究和應(yīng)用迅速地發(fā)展。隨著微電子和光電子集成技術(shù) 的進(jìn)步以

12、及兩者的緊密結(jié)合,大大地促進(jìn)了光調(diào)制器的發(fā)展。而光調(diào)制器所 具有的能調(diào)制光束的重要功能,使其成為構(gòu)成實(shí)時(shí)光學(xué)信息處理、光計(jì)算等 系統(tǒng)的關(guān)鍵器件。正因?yàn)槿绱?光調(diào)制器在現(xiàn)代光學(xué)領(lǐng)域中具有越來(lái)越重要 的地位和價(jià)值,它是光學(xué)、光電混合系統(tǒng)進(jìn)行光互連、光學(xué)相關(guān)、光計(jì)算、 模式識(shí)別、光學(xué)控制、光學(xué)檢測(cè)、圖象處理、顯示技術(shù)等中的基本構(gòu)件和關(guān) 鍵器件1。世界上有許多國(guó)家在從事光調(diào)制器的研究,其中,美國(guó)是起步最早、 技術(shù)最先進(jìn)的國(guó)家,其研究機(jī)構(gòu)有空軍實(shí)驗(yàn)室、波斯頓大學(xué)及其微機(jī)械公司、 斯坦福大學(xué)、加州大學(xué) berkeley 分校傳感器與執(zhí)行器中心、加州大學(xué)圣克魯 斯分校、勞倫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、朗訊(lucent)

13、公司、iris ao 公司以及德州儀器 (ti)公司等。荷蘭 delft 大學(xué)及其商業(yè)合作伙伴 oko technology 公司在薄膜 光調(diào)制器研究方面是最先進(jìn)的,已經(jīng)有了許多商業(yè)化產(chǎn)品。此外,法國(guó)、德國(guó) 和日本的科學(xué)家也在進(jìn)行研究2。我國(guó)也在這方面取得了一定的成績(jī)，其中 北京卓立漢光公司生產(chǎn)的 model 300cd 型光學(xué)斬波器代表了國(guó)內(nèi)光調(diào)制器 的先進(jìn)水平。 1.3 論文的組織結(jié)構(gòu)論文的組織結(jié)構(gòu) 本論文的組織結(jié)構(gòu)如下： 第一章：介紹關(guān)于光學(xué)斬波器的研究背景、研究意義以及開(kāi)發(fā)者的主要 工作。 第二章：介紹光學(xué)斬波器的功能及工作原理。 第三章：介紹直流降壓斬波器的電路設(shè)計(jì)，包括主電路、控制

14、電路、驅(qū) 動(dòng)電路和保護(hù)電路。 第四章：介紹直流降壓斬波器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 第五章：對(duì)直流降壓斬波器的器件進(jìn)行選型。 1.4 本課題研究的主要內(nèi)容本課題研究的主要內(nèi)容 在直流降壓斬波器的課題研究中主要的研究?jī)?nèi)容如下： 了解直流降壓斬波器的功能及工作原理，畫(huà)出其工作原理圖，對(duì)電壓和 電流波形進(jìn)行有深入的認(rèn)識(shí)。 熟悉直流降壓斬波電路的各個(gè)電路模塊，了解 sg3525 芯片和 exb841 芯片的結(jié)構(gòu)和工作原理，畫(huà)出主電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路的電 路圖，并對(duì)其工作原理進(jìn)行了解。 對(duì)光調(diào)制器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，畫(huà)出電機(jī)支撐座，外殼和斬波片的機(jī)械結(jié)構(gòu) 圖。 對(duì)光調(diào)制器進(jìn)行器件選型。 2 光學(xué)斬波器簡(jiǎn)介光學(xué)

15、斬波器簡(jiǎn)介 2.1 直流斬波器簡(jiǎn)介直流斬波器簡(jiǎn)介 電力電子技術(shù)的發(fā)展方向,是從以低頻技術(shù)處理問(wèn)題為主的傳統(tǒng)電力電 子學(xué),向以高頻技術(shù)處理問(wèn)題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技 術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí) 代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代,并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。 八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來(lái)的、以功率 mosfet 和 igbt 為代 表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件,表明傳統(tǒng)電力 電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時(shí)代。 直流斬波器(d.c. chopper)又稱(chēng)為截波器，它是將電壓值固定的直流電， 轉(zhuǎn)換為電壓值可變

16、的直流電源裝置，是一種直流對(duì)直流的轉(zhuǎn)換器(dc to dc converter)已被被廣泛使用，如直流電機(jī)的速度控制和直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)、直 流調(diào)壓、直流電源的驅(qū)動(dòng)和交換式電源供應(yīng)器(switching-power-supply)等3。 直流斬波器（dc chopper）是一種把恒定直流電壓變換成為另一固定電 壓或可調(diào)電壓的直流電壓，從而滿足負(fù)載所需的直流電壓的變流裝置。它通 過(guò)周期性地快速通、斷，把恒定直流電壓斬成一系列的脈沖電壓，而改變這 一脈沖列的脈沖寬度或頻率就可實(shí)現(xiàn)輸出電壓平均值的調(diào)節(jié)。全控型器件選 擇絕緣柵雙極晶體管（igbt）具有良好的特性，目前已取代了原來(lái) gtr 和 一部分電力

17、mosfet 的市場(chǎng)，應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)展，成為中小功率電力電子 設(shè)備的主導(dǎo)器件。直流斬波器根據(jù)其輸入和輸出電壓的大小可以分為降壓式 直流斬波器和升壓式直流斬波器的兩類(lèi)。若直流斬波器的輸出電壓較輸入之 電源電壓低，則稱(chēng)為降壓式(buck )直流斬波器，若其輸出電壓較輸入之電源 電壓高，則稱(chēng)為升壓式(boost) 直流斬波器4。因此本課題選擇的設(shè)計(jì)方案 是直流降壓斬波電路。 2.2 直流斬波器原理直流斬波器原理 直流斬波電路（dc chopper）的功能是將直流電變?yōu)榱硪环N固定的或可 調(diào)的直流電，也稱(chēng)為直流-直流變換器（dc/dc converter） ，直流斬波電路 （dc chopper）一般是

18、指直接將直流變成直流的情況，不包括直流-交流-直 流的情況。 2.2.12.2.1 直流斬波電路包括三個(gè)部分電路模塊。直流斬波電路包括三個(gè)部分電路模塊。 a. 主電路模塊。主電路模塊。主要由全控器件 igbt 的開(kāi)通與關(guān)斷的時(shí)間占空比來(lái)決定 輸出電壓 u。的大小。 。 b. 控制電路模塊?？刂齐娐纺K?？刂齐娐纺K，可用 sg3525 來(lái)控制 igbt 的開(kāi)通與關(guān) 斷。驅(qū)動(dòng)電路模塊，用來(lái)驅(qū)動(dòng) igbt 控制電路是用來(lái)產(chǎn)生降壓斬波電路的控 制信號(hào)，控制電路產(chǎn)生的控制信號(hào)傳到驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路把控制信號(hào)轉(zhuǎn)換 為加在開(kāi)關(guān)控制端，可以使其開(kāi)通或關(guān)斷的信號(hào)。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)通和關(guān) 斷來(lái)控制降壓斬波電路的

19、主電路工作。 c. 驅(qū)動(dòng)電路模塊。驅(qū)動(dòng)電路模塊。exb841 驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)也可以直接用光耦電路進(jìn)行驅(qū) 動(dòng)。主電路模塊由全控器件 igbt 的開(kāi)通與關(guān)斷的時(shí)間占空比來(lái)決定輸出電 壓 u。的大小?？刂齐娐纺K， ，它簡(jiǎn)單可靠及使用方便靈活。 2.2.2 全控器件全控器件 igbtigbt 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 igbt 是新一代的電力電子器件，兼有功率 mos-met 的高速度和功率 晶體管飽和壓降低、功率大的優(yōu)點(diǎn)。由 igbt 構(gòu)成的斬波器具有電路簡(jiǎn)單、 易于調(diào)試和設(shè)計(jì)，成本低，可靠性高，容量范圍大，頻率高，無(wú)靜態(tài)噪音， 輸出電流(電壓)調(diào)節(jié)精度高等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中有非常廣泛的應(yīng)用，特別 是在需要用電池

20、等直流電源進(jìn)行調(diào)節(jié)的時(shí)候，有著不可替代的作用5。 2.2.3 直流斬波器的基本直流斬波器的基本原理原理 直流斬波器乃利用功率組件對(duì)固定電壓之電源做適當(dāng)之切割以達(dá)成負(fù)載 端電壓改變之目的。若其輸出電壓較輸入之電源電壓低，則稱(chēng)為降壓式 (buck )直流斬波器，若其輸出電壓較輸入之電源電壓高，則稱(chēng)為升壓式 (boost)直流斬波器；本方案選擇的是直流降壓斬波器圖 2.1 所示為直流斬波 器基本電路圖，圖 2.2 所示為負(fù)載電壓波形， 圖 2.1 直流斬波器基本原理圖 圖 2.2 直流斬波器負(fù)載電壓波形圖 可看出當(dāng)直流斬波器導(dǎo)通(ton )時(shí)，負(fù)載端之電壓 vo 等于電源電壓 vs；當(dāng)直流斬波器截止

21、(toff)時(shí)，負(fù)載端之電壓 vo 為 0。如此適當(dāng)?shù)目刂浦?流斬波器可使直流電源斷續(xù)的出現(xiàn)在負(fù)載側(cè)，只要控制直流斬波器的導(dǎo)通時(shí) 間，即可改變負(fù)載的平均電壓6。 3 直流降壓斬波器設(shè)計(jì)直流降壓斬波器設(shè)計(jì) 3.1 主電路設(shè)計(jì)方案主電路設(shè)計(jì)方案 根據(jù)所選課題設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)降壓斬波電路，可運(yùn)用電力電子開(kāi)關(guān)來(lái) 控制電路的通斷即改變占空比，從而獲得我們所想要的電壓。這就可以根據(jù) 所學(xué)的 buck 降壓電路作為主電路，這個(gè)方案是較為簡(jiǎn)單的方案，直接進(jìn)行 直直變換簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)。而另一種方案是先把直流變交流降壓，再把交流 變直流，這種方案把本該簡(jiǎn)單的電路復(fù)雜化，不可取。至于開(kāi)關(guān)的選擇，選 用比較熟悉的全控

22、型的 igbt 管，而不選半控型的晶閘管，因?yàn)?igbt 控制較 為簡(jiǎn)單，且它既具有輸入阻抗高、開(kāi)關(guān)速度快、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，又用 通態(tài)壓降小、耐壓高、電流大等優(yōu)點(diǎn)。 3.1.1 主電路基本電路圖主電路基本電路圖 主電路基本電路圖如圖 3.1 所示 圖 3.1 主電路基本電路圖 直流降壓斬波主電路使用一個(gè)全控器件 igbt 控制導(dǎo)通。用控制電路和 驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制 igbt 的通斷，當(dāng) t=0 時(shí)，驅(qū)動(dòng) igbt 導(dǎo)通，電源 e 向負(fù)載供 電，負(fù)載電壓 u0=e，負(fù)載電流 io按指數(shù)曲線上升。 3.1.2 主電路電流電壓分析主電路電流電壓分析 直流降壓斬波主電路使用一個(gè)全控器件 igbt 控制

23、導(dǎo)通。用控制電路和 驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制 igbt 的通斷，當(dāng) t=0 時(shí)，驅(qū)動(dòng) igbt 導(dǎo)通，電源 e 向負(fù)載 供電，負(fù)載電壓=e，負(fù)載電流按指數(shù)曲線上升。電路工作時(shí)波形圖如 0 u 0 i 圖 3.2 所示 圖 3.2 主電路電壓電流波形圖 當(dāng) t=t1時(shí)刻，控制 igbt 關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)二極管 vd續(xù)流，負(fù)載電壓 近似為零，負(fù)載電流指數(shù)曲線下降。為了使負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小，故 0 u 串聯(lián) l 值較大的電感。 至一個(gè)周期 t 結(jié)束，再驅(qū)動(dòng) igbt 導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過(guò)程。當(dāng)電力 工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)負(fù)載電流在一個(gè)周期的初值和終值相等，負(fù)載電壓的平均值為 u0t1e/t=t1e/（t1+t2）e

24、 ton為 igbt 處于通態(tài)的時(shí)間；toff為處于斷態(tài)的時(shí)間；t 為開(kāi)關(guān)周期； 為導(dǎo)通占空比。 通過(guò)調(diào)節(jié)占空比 使輸出到負(fù)載的電壓平均值 u0 最大為 e，若減小占 空比 ，則 u0隨之減小。由此可知，輸出到負(fù)載的電壓平均值 uo 最大為 ui，若減小占空比 ，則 uo 隨之減小，由于輸出電壓低于輸入電壓，故 稱(chēng)該電路為降壓斬波電路7。 3.2 控制電路模塊設(shè)計(jì)控制電路模塊設(shè)計(jì) 控制電路需要實(shí)現(xiàn)的功能是產(chǎn)生控制信號(hào)，用于控制斬波電路中主功率 器件的通斷，通過(guò)對(duì)占空比的調(diào)節(jié)達(dá)到控制輸出電壓大小的目的。 3.2.1 斬波電路控制方式：斬波電路控制方式： 斬波電路有三種控制方式: a. 保持開(kāi)關(guān)周

25、期 t 不變，調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間 ton，稱(chēng)為脈沖寬度調(diào)制或 脈沖調(diào)寬型； b. 保持導(dǎo)通時(shí)間不變，改變開(kāi)關(guān)周期 t，成為頻率調(diào)制或調(diào)頻型； c.導(dǎo)通時(shí)間和周期 t 都可調(diào)，是占空比改變，稱(chēng)為混合型8。 因?yàn)閿夭娐酚羞@三種控制方式，又因?yàn)?pwm 控制技術(shù)應(yīng)用最為廣泛， 所以采用 pwm 控制方式來(lái)控制 igbt 的通斷。pwm 控制就是對(duì)脈沖寬度 進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。這種電路把直流電壓“斬”成一系列脈沖，改變脈沖的占 空比來(lái)獲得所需的輸出電壓。改變脈沖的占空比就是對(duì)脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制， 只是因?yàn)檩斎腚妷汉退枰妮敵鲭妷憾际侵绷麟妷?，因此脈沖既是等幅的， 也是等寬的，僅僅是對(duì)脈沖的占空比進(jìn)行控制。

26、 對(duì)于控制電路的設(shè)計(jì)其實(shí)可以有很多種方法，可以通過(guò)一些數(shù)字運(yùn)算芯 片如單片機(jī)、cpld 等等來(lái)輸出 pwm 波，也可以通過(guò)特定的 pwm 發(fā)生芯 片來(lái)控制9。因?yàn)轭}目要求輸出電壓連續(xù)可調(diào)，所以我選用一般的 pwm 發(fā) 生芯片來(lái)進(jìn)行連續(xù)控制。 3.2.2 sg3525 原理及功能原理及功能 控制電路是以 sg3525 為核心構(gòu)成,sg3525 為美國(guó) silicon general 公司 生產(chǎn)的，它集成了 pwm 控制電路,采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案,內(nèi)部包含有 精密基準(zhǔn)源,鋸齒波振蕩器,誤差放大器,比較器,分頻器和保護(hù)電路等.調(diào)節(jié) ur 的大小,在 11,14 兩端可輸出兩個(gè)幅度相等,頻率相等,

27、相位相差, 占空比可調(diào) 的矩形波(即 pwm 信號(hào)).然后，將脈沖信號(hào)送往芯片 hl402，對(duì)微信號(hào)進(jìn)行 升壓處理，再把經(jīng)過(guò)處理的電平信號(hào)送往 igbt，對(duì)其觸發(fā)，以滿足主電路 的要求10。其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖 3.3 所示 圖 3.3 sg3525 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 3.2.3sg3525 內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 a. 基準(zhǔn)電壓調(diào)整器 基準(zhǔn)電壓調(diào)整器是輸出為 5.1v，50ma，有短路電流保護(hù)的電壓調(diào)整器。 它供電給所有內(nèi)部電路，同時(shí)又可作為外部基準(zhǔn)參考電壓。若輸入電壓低于 6v 時(shí)，可把 15、16 腳短接，這時(shí) 5v 電壓調(diào)整器不起作用。 b. 振蕩器 3525a 的振蕩器，除 ct、rt 端外，增加了放

28、電 7、同步端 3。rt 阻值 決定了內(nèi)部恒流值對(duì) ct 充電，ct 的放電則由 5、7 端之間外接的電阻值 rd 決定。把充電和放電回路分開(kāi)，有利于通過(guò) rd 來(lái)調(diào)節(jié)死區(qū)的時(shí)間，因 此是重大改進(jìn)。在 3525a 中增加了同步端 3 專(zhuān)為外同步用，為多個(gè) 3525a 的聯(lián)用提供了方便。同步脈沖的頻率應(yīng)比振蕩頻率 fs 要低一些。 c. 誤差放大器 誤差放大器是差動(dòng)輸入的放大器。它的增益標(biāo)稱(chēng)值為 80db，其大小由 反饋或輸出負(fù)載決定，輸出負(fù)載可以是純電阻，也可以是電阻性元件和電容 的元件組合。該放大器共模輸入電壓范圍在 1.83.4v，需要將基準(zhǔn)電壓分壓 送至誤差放大器 1 腳（正電壓輸出）或

29、 2 腳（負(fù)電阻輸出） 。 3524 的誤差放大器、電流控制器和關(guān)閉控制三個(gè)信號(hào)共用一個(gè)反相輸 入端，3525a 改為增加一個(gè)反相輸入端，誤差放大器與關(guān)閉電路各自送至比 較器的反相端。這樣避免了彼此相互影響。有利于誤差放大器和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)工 作精度的提高。 d. 閉鎖控制端 10 利用外部電路控制 10 腳電位，當(dāng) 10 腳有高電平時(shí)，可關(guān)閉誤差放大器 的輸出，因此，可作為軟起動(dòng)和過(guò)電壓保護(hù)等。 e. pwm 鎖存器 比較器（脈沖寬度調(diào)制）輸出送到 pwm 鎖存器。鎖存器由關(guān)閉電路置 位，由振蕩器輸出時(shí)間脈沖復(fù)位。這樣，當(dāng)關(guān)閉電路動(dòng)作，即使過(guò)流信號(hào)立 即消失，鎖存器也可維持一個(gè)周期的關(guān)閉控制，直到

30、下一周期時(shí)鐘信號(hào)使倘 存器復(fù)位為止。 另外，由于 pwm 鎖存器對(duì)比較器來(lái)的置位信號(hào)鎖存，將誤差放大器上 的噪音、振鈴及系統(tǒng)所有的跳動(dòng)和振蕩信號(hào)消除了。只有在下一個(gè)時(shí)鐘周期 才能重新置位，有利于可靠性提高。 f. 增設(shè)欠壓鎖定電路 電路主要作用是當(dāng) ic 塊輸入電壓小于 8v 時(shí)，集成塊內(nèi)部電路鎖定， 停止工作（其準(zhǔn)源及必要電路除外） ，使之消耗電流降到很?。s 2ma） 。 g. 輸出級(jí) 由兩個(gè)中功率 npn 管構(gòu)成，每管有抗飽和電路和過(guò)流保護(hù)電路，每組 可輸出 100ma。組間是相互隔離的。電路結(jié)構(gòu)改為確保其輸出電平或者是 高電平或者是低電平的一個(gè)電平狀態(tài)中。為了能適應(yīng)驅(qū)動(dòng)快速的場(chǎng)效應(yīng)功率

31、 管的需要，末級(jí)采用推拉式電路，使關(guān)斷速度更快。 11 端（或 14 端）的拉電流和灌電流，達(dá) 100ma。在狀態(tài)轉(zhuǎn)換中，由于 存在開(kāi)閉滯后，使流出和吸收間出現(xiàn)重迭導(dǎo)通。在重迭處有一個(gè)電流尖脈沖， 其持續(xù)時(shí)間約 100ns。使用時(shí) vc 接一個(gè) 0.1f 電容可以濾去尖峰。 另一個(gè)不足處是吸電流時(shí)，如負(fù)載電流達(dá)到 50ma 以上時(shí)，管飽和壓降 較高（約 1v）11。 3.2.4 sg3525 芯片引腳 sg3525是一款專(zhuān)用的 pwm 控制集成電路芯片，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、誤差放大器、比較器、分頻器和 保護(hù)電路等，其引腳圖如圖 3.4 所示 圖 3.4

32、sg3525 芯片引腳圖 sg3525a 系列脈寬調(diào)制器控制電路可以改進(jìn)為各種類(lèi)型的開(kāi)關(guān)電源的 控制性能和使用較少的外部零件。在芯片上的 5.1v 基準(zhǔn)電壓調(diào)定在1， 誤差放大器有一個(gè)輸入共模電壓范圍。它包括基準(zhǔn)電壓，這樣就不需要外接 的分壓電阻器了。一個(gè)到振蕩器的同步輸入可以使多個(gè)單元成為從電路或一 個(gè)單元和外部系統(tǒng)時(shí)鐘同步。在 ct 和放電腳之間用單個(gè)電阻器連接即可對(duì) 死區(qū)時(shí)間進(jìn)行大范圍的編程。在這些器件內(nèi)部還有軟起動(dòng)電路，它只需要一 個(gè)外部的定時(shí)電容器，一只斷路腳同時(shí)控制軟起動(dòng)電路和輸出級(jí)12。只要用 脈沖關(guān)斷，通過(guò) pwm（脈寬調(diào)制）鎖存器瞬時(shí)切斷和具有較長(zhǎng)關(guān)斷命令的 軟起動(dòng)再循環(huán)。當(dāng)

33、 vcc 低于標(biāo)稱(chēng)值時(shí)欠電壓鎖定禁止輸出和改變軟起動(dòng)電 容器。輸出級(jí)是推挽式的可以提供超過(guò) 200ma 的源和漏電流。sg3525a 系 列的 nor（或非）邏輯在斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)輸出為低。 3.2.5 控制電路圖 直流斬波電路的控制電路用 sg3525 來(lái)實(shí)現(xiàn)，其電路圖如圖 3.5 所示 圖 3.5 控制電路電路圖 sg3525 有過(guò)流保護(hù)的功能，可以通過(guò)改變 10 腳電壓的高低來(lái)控制脈沖 波的輸出。因此可以將驅(qū)動(dòng)電路輸出的過(guò)流保護(hù)電流信號(hào)經(jīng)一電阻作用，轉(zhuǎn) 換成電壓信號(hào)來(lái)進(jìn)行過(guò)流保護(hù)，同理也可以用 10 端進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)。 當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路檢測(cè)到過(guò)流時(shí)發(fā)出電流信號(hào)，由于電阻的作用將 10 腳的電 位抬高，

34、從而 11、14 腳輸出低電平，而當(dāng)其沒(méi)有過(guò)流時(shí)，10 腳一直處于低 電平，從而正常的輸出 pwm 波13。 3.33.3 驅(qū)動(dòng)電路模塊設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路模塊設(shè)計(jì) igbt 是電力電子器件，控制電路產(chǎn)生的控制信號(hào)一般難以以直接驅(qū)動(dòng) igbt。因此需要信號(hào)放大的電路。另外直流斬波電路會(huì)產(chǎn)生很大的電磁干 擾，會(huì)影響控制電路的正常工作，甚至導(dǎo)致電力電子器件的損壞。因而還設(shè) 計(jì)中還學(xué)要有帶電氣隔離的部分。 3.3.13.3.1 驅(qū)動(dòng)電路模塊功能驅(qū)動(dòng)電路模塊功能 驅(qū)動(dòng)部分是連接控制部分和主電路的橋梁，該部分主要完成以下幾個(gè)功 能： a. 提供適當(dāng)?shù)恼蚝头聪蜉敵鲭妷?，?igbt 可靠的開(kāi)通和關(guān)斷； b. 提

35、供足夠大的瞬態(tài)功率或瞬時(shí)電流，使 igbt 能迅速建立柵控電場(chǎng)而 導(dǎo)通； c. 盡可能小的輸入輸出延遲時(shí)間，以提高工作效率； d. 足夠高的輸入輸出電氣隔離性能，使信號(hào)電路與柵極驅(qū)動(dòng)電路絕緣； e. 具有靈敏的過(guò)流保護(hù)能力14。 針對(duì)以上幾個(gè)要求，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行以下設(shè)計(jì)。針對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的隔離方 式，有以下 2 種驅(qū)動(dòng)電路，下面對(duì)其進(jìn)行比較選擇。 方案 1：采用驅(qū)動(dòng)芯片式驅(qū)動(dòng)電路，該電路雙側(cè)都有源。其提供的脈沖 寬度不受限制，較易檢測(cè) igbt 的電壓和電流的狀態(tài)，對(duì)外送出過(guò)流信號(hào)。 另外它使用比較方便，穩(wěn)定性比較好。但是它需要較多的工作電源，其對(duì)脈 沖信號(hào)有時(shí)間滯后，不適應(yīng)于某些要求比較高的場(chǎng)合

36、。 方案 2：采用變壓器耦合驅(qū)動(dòng)器，其輸入輸出耐壓高，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 延遲小。但是它不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)過(guò)流保護(hù)，不能實(shí)現(xiàn)任意脈寬輸出，而且其對(duì) 變壓器的繞制要求嚴(yán)格。 通過(guò)以上比較，結(jié)合本系統(tǒng)中，對(duì)電壓要求不高，而且只有一個(gè)全控器 件需要控制，使用驅(qū)動(dòng)芯片，使用方便，所以選擇方案 1。 對(duì)于方案 1 可以用 exb841 驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)也可以直接用光耦電路進(jìn)行 主電路與控制電路隔離，再把驅(qū)動(dòng)信號(hào)加一級(jí)推挽電路進(jìn)行放大使得驅(qū)動(dòng)信 號(hào)足以驅(qū)動(dòng) igbt 管。由于我所設(shè)計(jì)的過(guò)流保護(hù)電路是利用控制芯片 10 端 來(lái)設(shè)計(jì)的，且直接用光耦電路比較復(fù)雜，所以我采用驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行方案設(shè)計(jì) 15。 3.3.2 驅(qū)動(dòng)電路

37、的隔離方式：驅(qū)動(dòng)電路的隔離方式： 針對(duì)以上分析，我選取了 exb841 驅(qū)動(dòng)芯片。它具有單電源、正負(fù)偏壓、 過(guò)流檢測(cè)、保護(hù)、軟關(guān)斷等主要特性，其功能完善，控制簡(jiǎn)便可靠 16。 exb841 驅(qū)動(dòng)電路圖如圖 3.6 所示。 圖 3.6 exb841 驅(qū)動(dòng)電路圖 直流降壓斬波電路主要是通過(guò)調(diào)節(jié)控制電路中 sg3525 芯片 2 號(hào)腳外接 的滑動(dòng)變阻器的阻值，使電壓發(fā)生變化，從而改變 pwm 的占空比，在將輸 出波形輸入由 exb841 組成的驅(qū)動(dòng)電路傳遞給 igbt，控制 igbt 的關(guān)斷來(lái) 實(shí)現(xiàn)輸出電壓 u。的調(diào)節(jié)。所以在使用時(shí)只需調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器阻值大小就可 以了。 3.3.3exb8413.3

38、.3exb841 的驅(qū)動(dòng)原理的驅(qū)動(dòng)原理 exb841 主要有三個(gè)工作過(guò)程：正常開(kāi)通過(guò)程、正常關(guān)斷過(guò)程和過(guò)流保 護(hù)動(dòng)作過(guò)程。14 和 15 兩腳間外加 pwm 控制信號(hào)，當(dāng)觸發(fā)脈沖信號(hào)施加于 14 和 15 引腳時(shí)，在 ge 兩端產(chǎn)生約 16v 的 igbt 開(kāi)通電壓；當(dāng)觸發(fā)控制脈 沖撤銷(xiāo)時(shí)，在 ge 兩端產(chǎn)生-5.1v 的 igbt 關(guān)斷電壓。過(guò)流保護(hù)動(dòng)作過(guò)程是 根據(jù) igbt 的 ce 極間電壓 uce 的大小判定是否過(guò)流而進(jìn)行保護(hù)的，uce 由 二極管 vd7 檢測(cè)。當(dāng) igbt 開(kāi)通時(shí)，若發(fā)生負(fù)載短路等發(fā)生大電流的故障， uce 會(huì)上升很多，使得 vd7 截止，exb841 的 6 腳“

39、懸空”，b 點(diǎn)和 c 點(diǎn)電位 開(kāi)始由約 6v 上升，當(dāng)上升至 13v 時(shí)，vz1 被擊穿，v3 導(dǎo)通，c4 通過(guò) r7 和 v3 放電，e 點(diǎn)的電壓逐漸下降，v6 導(dǎo)通，從而使 igbt 的 ge 間電壓 uce 下降，實(shí)現(xiàn)軟關(guān)斷，完成 exb841 對(duì) igbt 的保護(hù)。射極電位為-5.1v， 由 exb841 內(nèi)部的穩(wěn)壓二極管 vz2 決定17。 3.4 保護(hù)電路設(shè)計(jì)保護(hù)電路設(shè)計(jì) 過(guò)壓保護(hù)要根據(jù)電路中過(guò)壓產(chǎn)生的不同部位，加入不同的保護(hù)電路，當(dāng) 達(dá)到定電壓值時(shí)，自動(dòng)開(kāi)通保護(hù)電路，所以可分為主電路器件保護(hù)和負(fù)載 保護(hù)。 3.4.13.4.1 主電路器件保護(hù)主電路器件保護(hù) 當(dāng)達(dá)到定電壓值時(shí)，自動(dòng)

40、開(kāi)通保護(hù)電路，使過(guò)壓通過(guò)保護(hù)電路形成通 路，消耗過(guò)壓儲(chǔ)存的電磁能量，從而使過(guò)壓的能量不會(huì)加到主開(kāi)關(guān)器件上， 保護(hù)了電力電子器件。 為了達(dá)到保護(hù)效果，可以使用阻容保護(hù)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。將電容并聯(lián)在回路 中，當(dāng)電路中出現(xiàn)電壓尖峰電壓時(shí)，電容兩端電壓不能突變的特性，可以有 效地抑制電路中的過(guò)壓。與電容串聯(lián)的電阻能消耗掉部分過(guò)壓能量，同時(shí)抑 制電路中的電感與電容產(chǎn)生振蕩，過(guò)電壓保護(hù)電路如圖 3.7 所示。 圖 3.7 過(guò)電壓保護(hù)電路 3.4.2 負(fù)載過(guò)壓保護(hù)負(fù)載過(guò)壓保護(hù) 如圖 3.8 所示比較器同相端接到負(fù)載端，反相端接到一個(gè)基準(zhǔn)電壓上， 輸出端接控制芯片 10 端，當(dāng)負(fù)載端電壓達(dá)到一定的值，比較器輸出 u

41、om 抬 高 10 端電位，從而使 10 端上的信號(hào)為高電平時(shí)，pwm 瑣存器將立即動(dòng)作， 禁止 sg3525 的輸出，同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開(kāi)始放電。如果該高電平持續(xù)， 軟啟動(dòng)電容將充分放電，直到關(guān)斷信號(hào)結(jié)束，才重新進(jìn)入軟啟動(dòng)過(guò)程，從而 實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)18。 電阻的取值，比較器反相端接 5.1v 電源經(jīng)變位器后為可調(diào)基準(zhǔn)電壓， 比較器同相端電壓應(yīng)在 5v 以內(nèi)，取負(fù)載輸出電壓最大值 80v 來(lái)算 r20/r18=80/3 左右，所以 r20=100k,r18=4k,r17=10k,r19=2k. 圖 3.8 負(fù)載過(guò)壓保護(hù)電路 3.4.3 過(guò)電流保護(hù)過(guò)電流保護(hù) 當(dāng)電力電子電路運(yùn)行不正?；蛘甙l(fā)生故障時(shí)

42、，可能會(huì)發(fā)生過(guò)電流。當(dāng)器 件擊穿或短路、觸發(fā)電路或控制電路發(fā)生故障、出現(xiàn)過(guò)載、直流側(cè)短路、可 逆?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生環(huán)流或逆變失敗，以及交流電源電壓過(guò)高或過(guò)低、缺相等， 均可引起過(guò)流。器件允許的過(guò)載時(shí)間較長(zhǎng)，而允許的短路時(shí)間極短，一般在 若干微秒之內(nèi)。對(duì)于負(fù)載過(guò)大產(chǎn)生的過(guò)載電流一般可用反饋控制的方法進(jìn)行 調(diào)整和保護(hù)。在這里采用了兩中過(guò)電流保護(hù)措施，一是加限流電阻，主要對(duì) 電流過(guò)載起保護(hù)作用，其二是在電路中串熔斷器，對(duì)短路起保護(hù)作用。在斬 波電路中對(duì)斬波器的保護(hù)，實(shí)際上就是對(duì) igbt 的保護(hù)。所以重要的是怎么 設(shè)計(jì)好對(duì)開(kāi)關(guān)管 igbt 的保護(hù)方案19。 過(guò)電流保護(hù)電路如圖所示，其中交流側(cè)接快速熔斷器能

43、對(duì)晶閘管元件短 路及直流側(cè)短路起保護(hù)作用。器件直接串接快速熔斷器才對(duì)元件的保護(hù)作用 最好，因?yàn)樗鼈兞鬟^(guò)同個(gè)電流因而被廣泛使用。電子電路作為第一保護(hù) 措施，快熔僅作為短路時(shí)的部分區(qū)段的保護(hù)，直流快速斷路器整定在電子電 路動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過(guò)電流繼電器整定在過(guò)載時(shí)動(dòng)作。 由于電力電子器件的電流過(guò)載能力相對(duì)較差，必須對(duì)變換器進(jìn)行適當(dāng)?shù)?過(guò)流保護(hù)。采用快速熔斷器是電力電子裝置中最有效、應(yīng)用最廣的一種的過(guò) 流保護(hù)措施。負(fù)載過(guò)流保護(hù)電路圖如圖 3.9 所示 圖 3.9 負(fù)載過(guò)流保護(hù)電路 3.5 直流降壓斬波電路整體電路圖直流降壓斬波電路整體電路圖 綜上所述，直流降壓斬波電路包含主電路，控制電路，驅(qū)動(dòng)電路和

44、保護(hù) 電路四個(gè)模塊，直流降壓斬波主電路使用一個(gè)全控器件 igbt 控制導(dǎo)通，用 控制電路和驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制 igbt 的通斷。 電力電子器件在實(shí)際應(yīng)用中，一般是由控制電路，驅(qū)動(dòng)電路，保護(hù)電路 和以電力電子器件為核心的主電路組成一個(gè)系統(tǒng)。由信息電子電路組成的控 制電路按照系統(tǒng)的工作要求形成控制信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路去控制主電路中電 力電子器件的導(dǎo)通或者關(guān)斷來(lái)完成整個(gè)系統(tǒng)的功能， 控制電路是用來(lái)產(chǎn)生降壓斬波電路的控制信號(hào)，控制電路產(chǎn)生的控制信 號(hào)傳到驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路把控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為加在開(kāi)關(guān)控制端，可以使其開(kāi) 通或關(guān)斷的信號(hào)。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)通和關(guān)斷來(lái)控制降壓斬波電路的主電路 工作?？刂齐娐分械谋Ｗo(hù)電路

45、是用來(lái)保護(hù)電路的，防止電路產(chǎn)生過(guò)電流現(xiàn)象 損害電路設(shè)備。 直流降壓斬波電路整體電路圖如圖 3.10 所示 圖 3.10 直流降壓斬波電路整體電路圖 控制電路是用來(lái)產(chǎn)生降壓斬波電路的控制信號(hào)，控制電路產(chǎn)生的控制信 號(hào)傳到驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路把控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為加在開(kāi)關(guān)控制端，可以使其開(kāi) 通或關(guān)斷的信號(hào)。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)通和關(guān)斷來(lái)控制降壓斬波電路的主電路 工作?？刂齐娐分械谋Ｗo(hù)電路是用來(lái)保護(hù)電路的，防止電路產(chǎn)生過(guò)電流現(xiàn)象 損害電路設(shè)備。 4 直流斬波器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直流斬波器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 直流斬波器是利用功率組件對(duì)固定電源產(chǎn)生的光束進(jìn)行適當(dāng)切割以產(chǎn)生 有規(guī)律交替變化的光束的目的。當(dāng)工作的時(shí)候，電機(jī)帶動(dòng)斬波片轉(zhuǎn)動(dòng)，

46、斬波 片前端放著光源對(duì)著葉片部分，就會(huì)產(chǎn)生交替變化的光束。光學(xué)斬波器主要 是由控制單元、斬波裝置、斬波片組成。將斬波片固定在輪盤(pán)上，由直流電 機(jī)帶動(dòng)袖珍軸承轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)斬波片轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)光束進(jìn)行切割。 4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 斬波片由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，接收光源產(chǎn)生的光束，因此，斬波輪的設(shè)計(jì) 要確保穩(wěn)定和精確地性能，應(yīng)做到以下幾點(diǎn)： 1、為使系統(tǒng)穩(wěn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確保部件重心與旋轉(zhuǎn)軸重合，避 免由于偏心產(chǎn)生的脈動(dòng)負(fù)荷。 2、為降低斬波輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)外載荷對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的影響，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)做 到在盡量降低部件重量的前提下，使部件具有較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 3、為減低軸承負(fù)荷，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能使部件重

47、位于兩軸承支承點(diǎn) 的中部。 4、合理設(shè)計(jì)加工精度的裝配精度要求，保證良好的工藝性和較低的生 產(chǎn)成本。 為了確保精確性，應(yīng)對(duì)斬波片進(jìn)行化學(xué)和消磁處理。本方案中斬波片采 用的材質(zhì)是半硬度的黃銅，并進(jìn)行化學(xué)發(fā)黑處理20。 斬波輪主要組成零部件：輪盤(pán)，斬波片，袖珍軸承，直流電機(jī)。器件選 型：電機(jī)蓋，電機(jī)座， 電機(jī)：11 極直流電機(jī) rs775-3568-12v 螺母：m6 螺絲：1/420 斬波片：直徑 102mm,厚度 0.5mm 袖珍軸承：f 625-z，轉(zhuǎn)速 06000rpm 4.2 斬波調(diào)速原理斬波調(diào)速原理 斬波調(diào)速裝置是由軟啟動(dòng)器，整流器，斬波器和有源逆差變器組成的。 此外，裝置內(nèi)還有旁路開(kāi)

48、關(guān)及輸入濾波器，輸出濾波器和功率因數(shù)電容補(bǔ)償。 斬波調(diào)速裝置中整流器、斬波器、逆變器均采用模塊結(jié)構(gòu)，而且斬波器和逆 變器都采用 igbt 元件。下面對(duì)調(diào)速原理作簡(jiǎn)單分析。 轉(zhuǎn)子電流經(jīng)整流器整流后，變換成脈動(dòng)直流電流后，再經(jīng)過(guò)限流電抗 器送到斬波器，斬波器是由 igbt 元件和二極管，電容器，芯片等組成的， 其 中 igbt 作周期性導(dǎo)通和關(guān)斷動(dòng)作。 當(dāng) igbt 導(dǎo)通時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流被 igbt 經(jīng)由限流電抗器短路(電抗 器串聯(lián)在整流器的輸出端)，其回路電流隨時(shí)間上升，此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也趨 向于上升。當(dāng) igbt 關(guān)斷時(shí)，儲(chǔ)藏在電抗器中的能量使 igbt 兩端的電壓升 高并經(jīng)過(guò)二極管使電容器充

49、電。由于斬波器后邊的阻抗較大，所以轉(zhuǎn)子電流 將隨時(shí)間下降，此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也趨向于下降。電容器上的能量加到由 igbt 組成的逆變器，將電流重新變換成交流電并經(jīng)過(guò) lc 濾波器濾波后反 饋到電動(dòng)機(jī)定子的附加繞組。當(dāng) igbt 不斷地導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)，轉(zhuǎn)子電流平均 值是一定的，由此確定了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速21。 當(dāng)改變 igbt 的關(guān)斷時(shí)，轉(zhuǎn)子電流的平均值將會(huì)發(fā)生改變，電動(dòng)機(jī)的對(duì) 應(yīng)轉(zhuǎn)速為隨之改變。將 igbt 導(dǎo)通時(shí)間與導(dǎo)通關(guān)斷周期時(shí)間的比用 k 來(lái)表示， 并稱(chēng) k 為占空比，可見(jiàn)當(dāng)改變斬波器的占空比 k 時(shí)，可以改變通過(guò)斬波器 回路的電流大小，從而改變了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 如果斬波器 igbt 持續(xù)導(dǎo)通，

50、則轉(zhuǎn)子電流達(dá)到最大值（其大小決定于負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大?。?，電機(jī)轉(zhuǎn)速為最高； 如果斬波器 igbt 持續(xù)關(guān)斷，轉(zhuǎn)子電流被整流后全部加到逆變器并反饋到電 動(dòng)機(jī)附加繞組，這時(shí)電動(dòng)機(jī)將具有最低的轉(zhuǎn)速（最低的轉(zhuǎn)速數(shù)值由轉(zhuǎn)子繞組 電壓，反饋電壓以及逆變器的逆變角等數(shù)據(jù)確定） ；這種方法，一方面當(dāng)改 變斬波器輸出電壓時(shí)，改變了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，另一方面，通過(guò)逆變器將電動(dòng) 機(jī)的轉(zhuǎn)差能量反饋到電動(dòng)機(jī)的反饋繞組，從而提高了機(jī)組的效率22。 4.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總結(jié) 本方案設(shè)計(jì)的光學(xué)斬波器，是一個(gè)旋轉(zhuǎn)斬波器，包括一個(gè)控制平臺(tái)， 馬達(dá)頭組合和帶槽斬波輪。用鎖相回路電動(dòng)機(jī)速度控制的設(shè)計(jì)來(lái)精確保持?jǐn)?波速率和參考信號(hào)的相

51、位。不像傳統(tǒng)的開(kāi)環(huán)速度控制設(shè)計(jì)，速度控制電路可 以將斬波器和參考信號(hào)同步化，包括斬波器和其它類(lèi)似于鎖定放大器的參考 信號(hào)的同化。設(shè)計(jì)成高質(zhì)量，加帶磁體，直流電機(jī)和高精度的光刻的光學(xué)斬 波輪。小型的光學(xué)頭有寬的底座，這使其特別穩(wěn)定。底座上的槽在 2 英寸的 中心，可以安裝兩個(gè) 1/4 英寸-20 的螺絲。 5 總結(jié)總結(jié) 通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)了電力電子技術(shù)的重要性，它里面的器 件如 igbt 之類(lèi)的還可以對(duì)我們實(shí)際的電路起到提高效率和保護(hù)作用，可以 通過(guò)控制它的觸發(fā)脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)它的關(guān)斷，這都是非常常見(jiàn)但是卻非常有實(shí)際 意義的。課程設(shè)計(jì)并沒(méi)有想象中的那么順利，其間我們也遇到了很多的困難， 但是在

52、大家的討論和老師的幫助下我們還是完成了，這讓我意識(shí)到只要我們 努力了，就沒(méi)有攻不過(guò)的難關(guān)，而且，對(duì)于電力電子技術(shù)的思考，讓我的邏 輯思維能力大大提高，思維更加敏捷。同時(shí)讓我培養(yǎng)了一種透過(guò)部分聯(lián)系全 篇的思路，鍛煉了我辦事的能力，做事效率提高了很多。通過(guò)這次設(shè)計(jì)加深 了我對(duì)這門(mén)課程的了解，也大大提高了我們的實(shí)踐能力。我認(rèn)識(shí)到無(wú)論在什 么設(shè)計(jì)中，都要有一定的耐心和毅力，不要遇到問(wèn)題就退縮，要不畏困難， 勇于創(chuàng)新。以前總是覺(jué)得理論結(jié)合不了實(shí)際，但通過(guò)這次設(shè)計(jì)使我認(rèn)識(shí)到了 理論結(jié)合實(shí)際的重要性。但由于我知識(shí)的限制，設(shè)計(jì)還有很多不足之處，希 望老師指出并教導(dǎo)。通過(guò)對(duì)電路圖的研究，也增強(qiáng)了我們的思考能力。

53、課程 設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐 能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程。 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 宋菲君.近代光學(xué)信息處理m .北京: 北京大學(xué)出版社，1 9 9 9;167169. 2 趙達(dá)尊，張懷玉.空間光調(diào)制器m . 北京: 北京理工大學(xué)出版社, 1 9 9 2. 3 陳家璧，蘇顯渝. 光學(xué)信息技術(shù)原理及應(yīng)用m . 北京: 高等教育出版社, 4 西田信夫. 大屏幕顯示m . 北京: 科學(xué)出版社, 2003. 5 宋菲君. 空間光調(diào)制器物理和大屏幕投影電視產(chǎn)業(yè) j .上海：復(fù)旦大學(xué)出版社， 2001.6 6 steier w h. recent advances in low voltage, high frequency polymer electro-optic modulatorsa.ofc2001c. anaheim:2001. mj1. 7 takagi k. highly reliable 40 gbit electroabsorption modulatora.