第六章 系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計(jì)

1、指向顯示段碼緩沖區(qū)首地址顯示位數(shù)計(jì)數(shù)單元置4將顯示段碼寫入8279顯示RAM指向顯示段碼緩沖區(qū)下一地址返回計(jì)數(shù)-1=0？開始設(shè)置寫顯示RAM命令字為自動(dòng)增量方式e) 無鍵按下時(shí)顯示輸出程序框圖YN第六章 系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計(jì)由于實(shí)際的功率電路線路中總有寄生漏電感，當(dāng)IGBT被關(guān)斷時(shí)感性負(fù)載中的電流不可能立即發(fā)生變化，該負(fù)載電感兩端產(chǎn)生阻止母線電流減小的電壓V(v=di/dt)，它與電源電壓相疊加并以浪涌電壓的形式加在IGTB的兩端。在極端情況下，該浪涌電壓會(huì)超過IGBT的額定值VCES，并導(dǎo)致它損壞。在IGBT功率回路中引起浪涌電壓的能量與1/2LPI2成比例，LP是母線的寄生電感，I是工作電流。因此

2、可見，在使用大電流的器件時(shí)更需要降低功率回路的電感。因此為了得到一種適合大電流工作的低母線電感電路，就需要特殊的母線結(jié)構(gòu)。有交錯(cuò)鍍銅層和絕緣層構(gòu)成的迭層母線設(shè)計(jì)，可以上電感量降低。迭層母線中被絕緣層隔離的寬板用于正極和負(fù)極母線的連接，這種寬板起到了防止功率回路中寄生電感的作用。其次，好的緩沖電路可以有效控制浪涌電壓的關(guān)斷和用續(xù)流二極管恢復(fù)浪涌電壓，用以減小功率器件的損耗。IGBT緩沖電路與傳統(tǒng)的雙極晶體管緩沖電路存在兩個(gè)方面的區(qū)別：一是IGBT具有強(qiáng)大的開關(guān)工作區(qū)，緩沖電路只需控制瞬態(tài)電壓而并不需要保護(hù)就可抑制達(dá)林頓二極管二次擊穿極限；二是IGBT常工作在比達(dá)林頓高得多的頻率范圍。緩沖電路使用

3、快恢復(fù)二極管可箝住瞬變電壓，從而抑制振蕩的發(fā)生，緩沖電路的RC時(shí)間常數(shù)，應(yīng)該設(shè)為該開關(guān)周期的約1/3。但對(duì)于大功率級(jí)別的IGBT工作，緩沖電路的回路寄生電感將變得很大，以至不能有效地控制瞬變電壓。由于大功率IGBT電路需要極低電感量的緩沖電路，而且緩沖電路必須盡可能地連到IGBT上，設(shè)計(jì)緩沖電路時(shí)，得考慮二極管封裝內(nèi)的寄生電感和緩沖電容引線的寄生電感。通常小電容并聯(lián)或二極管并聯(lián)產(chǎn)生的電感量比大的單電容或單二極管產(chǎn)生的電感量更低。IGBT在運(yùn)行中會(huì)有導(dǎo)通功耗和開關(guān)功耗發(fā)生。這些功耗通常表現(xiàn)為熱，所以必須采用散熱器把這些熱量從功率芯片傳導(dǎo)到外部環(huán)境中去。如熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)，功率器件將過熱并導(dǎo)致器件損

4、壞。導(dǎo)通損耗伴隨IGBT處于通態(tài)并傳導(dǎo)電流而發(fā)生。導(dǎo)通期間的的總功耗是由通態(tài)飽和電壓與通態(tài)電流的乘積來計(jì)算的。在PWM的應(yīng)用中，導(dǎo)通損耗須與占空比因子相乘，從而得到平均功率。導(dǎo)通損耗的一次近似可通過IGBT的額定VCE(sat)值與期待的器件平均電流值的乘積來得到，即PSS=VCE(sat)*IC，開關(guān)損耗是在IGBT開通與關(guān)斷過程期間的功率損耗。當(dāng)PWM信號(hào)頻率高于5KHZ時(shí)，開關(guān)損耗會(huì)非常顯著，一定要在熱設(shè)計(jì)中予以考慮。得到開關(guān)損耗的最精確的方法是測(cè)量在開關(guān)過渡過與VCE的波形，將此波形逐點(diǎn)相乘，從而得到功率的瞬時(shí)波形，此功率波形下面的面積就是以焦耳/脈沖為單位的開關(guān)能量，這一面積通常通過

5、作圖積分來計(jì)算?？偤氖怯蓡蚊}沖總開關(guān)能量與PWM頻率相乘得到，即：平均功耗 PSW=Fpwm(ESW(on)+ESW(off)而總功耗為導(dǎo)通功耗與開關(guān)功耗之和，即：PC=PSS+PSW綜上所述，在所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，采用的保護(hù)措施有：1、迭層母線結(jié)構(gòu)； 2、緩沖電路； 3、散熱器；4、光電隔離； 5、故障指示； 7、充電指示。第七章 系統(tǒng)主回路主要器件參數(shù)計(jì)算及選用一個(gè)系統(tǒng)能否正確運(yùn)行，其主要器件的參數(shù)計(jì)算及選擇起著非常重要的作用。下面就系統(tǒng)主回路主要器件的參數(shù)計(jì)算及選擇作一個(gè)簡(jiǎn)要介紹。在該系統(tǒng)中，所提供電源為DC 380V，電流KA級(jí)；充電電池容量為6KAh，電壓為110V。系統(tǒng)主回路用IGBT

6、作為開關(guān)器件，通過斬波型PWM控制方式，實(shí)現(xiàn)充電要求。系統(tǒng)充電電流為0.3C=0.36000=1800 A；放電脈沖采用2000A。第二章 緣柵雙極晶體管IGBT的選擇在電力電子電路中，由于過電壓、過電流的存在，為避免器件的損壞，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，在選擇IGBT時(shí)應(yīng)考慮一定的安全裕量。IGBT及續(xù)流二極管的電流裕量為（1.21.4）IN；電壓裕量為（1.21.3）Uia) IGBT1的選擇取電壓安全裕量1.3，則Uceo1.2Ui=1.3380=494V取電流安全裕量為1.4，則I=1.4IN=1.41800=2520Ab) IGBT2的選擇取電壓安全裕量1.3，則Uceo1.2Ui=1.33

7、80=494V取電流安全裕量為1.4，則I=1.4IN=1.42000=2800A IGBT1、IGBT2選GP3000ESM12，均可滿足要求。 GP3000ESM12的主要參數(shù)： 名稱VI電路結(jié)構(gòu)峰值電流飽和壓降開關(guān)損耗絕緣電壓1200V3000A一單元6000A2.7V1600W2.5kV 2、續(xù)流二極管VT的選擇在此系統(tǒng)中，VT的作用是為電流提供續(xù)流回路，以消除電感儲(chǔ)能對(duì)開關(guān)器件造成的不利影響。在工作過程中，當(dāng)控制脈沖使IGBT1導(dǎo)通后，蓄電池開始充電，平波電抗器Ld的電流逐漸增加，續(xù)流二極管VT因反向偏置而截止。即VT承受反向偏置電壓為380V，考慮到裕量，U1.4Ui=1.4380

8、=494V；經(jīng)過ton時(shí)間以后，控制信號(hào)使IGBT1截止，Ld中的電流減小，Ld兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)使VT導(dǎo)通，以最大電流考慮，則VT的正向電流IF=(1.21.4) 1800=(21602520)A續(xù)流二極管VT的參數(shù)選擇計(jì)算如下：IF=1.4IN=1.41800=2520A； V1.4Ui=1.4380=494V3、平波電抗器Ld在此系統(tǒng)中，Ld的作用是消除充電電流的脈動(dòng)，以提供較平穩(wěn)的充電電流。經(jīng)過平波電抗器的電流由平均直流電流IN和電流波動(dòng)量組成，在導(dǎo)通比=0.5時(shí)，該脈動(dòng)量最大。當(dāng)給定電流流動(dòng)量和工作頻率時(shí)，可由下式求出必要的電感量：Ld= ； 考慮到系統(tǒng)充電電流較大，取=20%Id,

9、 4、 傳感器的選擇信號(hào)的檢測(cè)用傳感器實(shí)現(xiàn)，傳感器性能的好壞直接影響到系統(tǒng)運(yùn)行的好壞。在此系統(tǒng)中，溫度傳感器選用AD590（見5.1.1）。電壓、電流的檢測(cè)選用LEM模塊。所選電壓、電流傳感器的型號(hào)及參數(shù)見下表。名稱電壓傳感器電流傳感器型號(hào)TV3000-TTA3000-T額定電流IN20mA3000A測(cè)量范圍()600V05000A精度1.5%UN0.2%IN匝數(shù)比1：1000額定原邊電壓400V額定測(cè)量電流80mA300mA內(nèi)阻()4035電源()15 2415 24LEM模塊的工作原理是磁場(chǎng)平衡式，即主電流回路所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，通過一個(gè)次級(jí)線圈的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償，使霍爾器件始終處于檢測(cè)

10、零磁通的工作狀態(tài)。電流、電壓傳感器只需外接正、負(fù)直流電源，被測(cè)電流母線從傳感器中穿過或接于原邊端子，副邊端子再做簡(jiǎn)單連接，即可完成主電路與控制電路的隔離檢測(cè)。所選2個(gè)型號(hào)的傳感器為磁補(bǔ)償型電流傳感器，輸出信號(hào)為電流方式。因需要連接到單片機(jī)模擬量輸入引腳上，所以需要取電壓輸出方式，則在M端與電源地之間根據(jù)所取電壓的大小外接取樣電阻Rm，一般為幾十到幾百歐。取電壓傳感器輸出電壓為4V，則Rm=取電流傳感器輸出電壓為9V，則Rm=5、放電電阻的計(jì)算鉛酸蓄電池的工作電壓為2.0V；電動(dòng)勢(shì)E為2.1V；放電終止電壓為1.8V。由于給定充電蓄電池組的電壓為110V 串聯(lián)電池個(gè)數(shù) N=110/2=55個(gè)；

11、I放=I2=2000A； 結(jié) 束 語緊張的畢業(yè)設(shè)計(jì)暫告一段落，通過這段時(shí)間的設(shè)計(jì)，無論是在學(xué)習(xí)上，還是在思想上，我都獲益菲淺。首先，在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)候，我嚴(yán)格要求自己，通過查資料，設(shè)計(jì)方案，理論分析，極大地提高了自己的動(dòng)手能力、分析解決問題的能力。同時(shí)，通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，把自己所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去，學(xué)到了許多與實(shí)際應(yīng)用有關(guān)的知識(shí)，擴(kuò)展了自己的知識(shí)面，為以后的工作打下了一定的基礎(chǔ)。其次，譚國俊、何風(fēng)有兩位老師的悉心指導(dǎo)給了我深刻的印象。當(dāng)我在設(shè)計(jì)中遇到疑難問題的時(shí)候，是兩位老師精辟、準(zhǔn)確的講解，讓我的設(shè)計(jì)思路豁然明朗，使我的設(shè)計(jì)得以順利進(jìn)行。在此向兩位老師表示衷心的敬佩和感謝。同時(shí)，在

12、我做設(shè)計(jì)的這段時(shí)間內(nèi)，也得到了科研樓的幾位老師和同學(xué)及技術(shù)開發(fā)室的同志的許多幫助，在此表示誠摯的感謝。最后，通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我也發(fā)現(xiàn)了自己的一些不足之處，這是以后要不斷改進(jìn)的。此外，由于時(shí)間關(guān)系沒有做實(shí)驗(yàn)，這是我在畢業(yè)設(shè)計(jì)中的不足之處，也是我的遺憾?？傊?，通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到了許多知識(shí)，鍛煉了自己的各方面的能力，為以后的工作打下了良好的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1、蓄電池快速充電的原理與實(shí)踐 朱小同趙桂先編 煤炭工業(yè)出版社2、鉛蓄電池 施錫林 編 人民郵電出版社3、新型化學(xué)電源導(dǎo)論 李國欣 主編 復(fù)旦大學(xué)出版社4、化學(xué)電源工藝學(xué) 宋文順 主編 中國輕工業(yè)出版社5、鉛蓄電池的運(yùn)行和維護(hù)王者恭 著

13、水利電力出版社6、鉛蓄電池實(shí)用手冊(cè) 朱松然 主編 機(jī)械工業(yè)出版社 7、電力電子器件及其應(yīng)用技術(shù) 王志良 主編 國防工業(yè)出版社8、現(xiàn)代電力電子技術(shù)基礎(chǔ) 張立 主編 高等教育出版社9、電力電子技術(shù) 王兆安 黃俊 主編 機(jī)械工業(yè)出版社10、電力電子技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)王汝文 張桂 編 西安交通大學(xué)出版社11、半導(dǎo)體電力電子技術(shù) 王兆安 黃俊 主編 西安交通大學(xué)出版社12、電力電子技術(shù)技術(shù) 徐以榮 冷增祥 主編 東南大學(xué)出版社13、采用IGBT占波控制新型充電機(jī)的研究 楊偉珍 劉振堅(jiān)煤礦機(jī)電2000/314、智能化變流充電控制系統(tǒng)的研究 文哲蓉 劉仰云 電源技術(shù)2000/615、電動(dòng)汽車鉛酸蓄電池快速充電方法

14、的研究 畢大成 周希德電源技術(shù)2000/816、低成本開關(guān)電源式大功率蓄電池充電機(jī)的研制 費(fèi)萬民 張艷莉 電工技術(shù)雜志2000/817、一種蓄電池快速充電裝置 賈英江 賈向英 電工技術(shù) 2000/318、單片機(jī)控制的蓄電池充電器林成武 高國強(qiáng) 沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)1999/619、智能蓄電池充電機(jī)陳紅衛(wèi) 虞平良 微計(jì)算機(jī)信息 1996/1220、電動(dòng)汽車用電池性能檢測(cè)系統(tǒng) 曾巍唐海波 電源技術(shù) 2001/221、80C196MC微控制器在中頻逆變電源中的應(yīng)用 周黨生 楊蔭福 電氣傳動(dòng)自動(dòng)化 2000/422、單片機(jī)快速充電系統(tǒng) 李貞 電子技術(shù) 1997/223、檢測(cè)技術(shù)與智能儀表 陳潤(rùn)泰 許琨 編著 中南大學(xué)出版社24、傳感器應(yīng)用技術(shù)薛文達(dá) 謝文和等 編 東南大學(xué)出版社25、電力電子場(chǎng)控器件及其應(yīng)用張立 黃兩一等 編 機(jī)械工業(yè)出版社26、MCS單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)用指南陳寶江等 編 機(jī)械工業(yè)出版社27、單片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全 王福瑞 等編 北京航空航天大學(xué)出