单相高功率因数整流器硬件设计 陈占军.ppt

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1、毕业设计单相高功率因数整流器硬件设计指导老师：郭丹制作人：陈占军所属院系：自动化工程系专业：自动化班级：07自动化1班学号：07010014目录一、整流技术的发展和应用二、设计内容三、设计的意义四、整流的定义及整流电路的分类五、单相高功率因数整流器硬件设计一、整流技术的发展和应用电力电子器件的发展对电力电子的发展起着决定性作用，因此不管是整流器还是电力电子技术的发展都是以电力电子器件的发展为纲要的，1947年美国贝尔实验室发明了晶体管。1957年美国通用公司研制了第一个晶体管。70年代后期，以门极可关断晶

2、闸管（GOT）、电力双极型晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展，把电力电子技术推上一个全新的阶段；80年代后期，以绝缘极双极型晶体管（IGBT）为代表的复合型器件异军突起，成为了现代电力电子技术的主导器件。随着全控型电力电子器件的发展，电力电电路的工作频率也不断提高。同时，电力电子器件的开关损耗也随之增大，为了减小开关损耗，软开关技术便应运而生，零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）把电力电子技术和整流电路的发展推向了新的高潮。二、设计内容虽然很多人

3、己在PFC电路的拓扑结构和控制策略方面作了大量的卓有成效的工作，并已取得了显著的成果。但是这些方法中，或多或少的存在这样或那样的缺陷。本论文在对这些拓扑结构和控制策略研究分析的基础上，设计了一种运用单周期控制技术的单相PFC整流器。运用该控制技术，可以在整流器的输入端得到很高的功率因数，且不受负载电流的影响。三、设计的意义首先谐波的危害十分严重。谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，

4、使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。抑制谐波和提高功率因数还在于其对电力电子技术自身发展的影响。电力电子技术是未来科学技术发展的重要支柱。有人预言，电力电子连同运动控制将和计算机技术一起成为21世纪最重要的两大技术。然而，电力电子装置所产生的谐波污染已成为阻碍电力电子技术发展的重大障碍，它迫使电力电子领域的研究人员必须对谐问题进行更为有效的研究。四、整流的定义及整流电路的分类在电力电子方面

5、，将交流电变换为直流电称为AC/DC变换，这正变换的功率流向是由电源传向负载，称之为整流。用于实现整流作用的电路称之为整流电路，按组成的器件整流电路可分为不可控电路、半控电路、全控电路三种；按电路结构整流电路可分为零式电路和桥式电路；按电网交流输入相数分为单相电路、三相电路和多相电路等等。(一)系统的电路设计系统硬件电路总结构图5.1所示，整个系统分为4个部分:中央处理单元、主电路，模拟信号检测与调理单元，驱动单元。中央单元由DSP以及构成数字控制系统所必需的晶振、复位及存储器扩展等外围电路组成;模拟信号

6、检测与调理单元完成多主电路中电压、电流及电网电压同步信号的检测及后期调理功能;驱动单元负责对DSP输出的PWM信号进行隔离、放大并产生驱动IGBT器件的驱动信号。五、单相高功率因数整流器硬件设计图5.1系统控制结构图（二）主电路设计系统主电路图如图5.2所示，系统给定参数:Ud=350v，Us=22Ov，fZ=50Hz，Rs=0.5，负载电阻RL=100，开关频率ft=10kHz，ri小于等于10%，rv大于等于l%。双极性调制方案，输入电压在器件Tl、T4导通时为+Ud，在T2、T3导通时为-Ud。如果

7、忽略电流电压纹波功率，则有交直两端功率大小相等。图5.2系统主电路（三）直流电压采样电路直流输出电压检测与调理单元是直流侧电压控制闭环的前端传感器，其目的是测量直流侧电容电压，由于电容含有一定的纹波，故需引入滤波环节。直流电压采样电路如图5.3。图5.3直流电压采样电路（四）交流电流采样电路LTS25-NP是LEM公司生产的闭环电流传感器，具有LEM闭环电流传感器的优良性能。单电源+5V供电，直接将被测双极性信号转换成单极性信号，无需另加电平转换电路，这使得采样电路简单且干扰小，采样电路如图5.4所示。图

8、5.4交流电流采样电路（五）IGBT的驱动电路IGBT控制时具有开关速度快，电压控制的特点，同时又具有电流、电压容量大，导通压降小的优点，因而具有良好的特性，是目前大中功率电子设备普遍使用的开关器件。本系统采用国际整流器公司生产的IRGB15B60KD型号的开关管，它的耐压为600V，允许通过的最大电流为15A，正常工作压降为1.8V;栅极驱动电压为15V，开通时间延迟为34ns，关断时间延迟为184ns。驱动电路如图5.4。