斩控式交流调压电路剖析
SG3525斩控式单相交流调压电路设计要点
目录第1章概述-------------------------------------------------------------------------------------------- 21.1 课题设计目的及意义 -------------------------------------------------------------------- 21.2 优势-------------------------------------------------------------------------------------------- 3 第２章设计总体思路 ------------------------------------------------------------------------------- 42.1 系统总体方案确定------------------------------------------------------------------------- 42.2 交流斩波调压的基本原理---------------------------------------------------------------- 8 第3章主电路设计与分析------------------------------------------------------------------------- 93.1主要技术条件及要求----------------------------------------------------------------------- 93.2 开关器件的选择 ---------------------------------------------------------------------------- 93.2.1开关管IGBT的选择--------------------------------------------------------------- 93.2.2续流二极管的选择 ---------------------------------------------------------------- 93.2.3具体参数计算--------------------------------------------------------------------- 103.3 主电路结构设计 ---------------------------------------------------------------------------113.5 主电路保护设计 -------------------------------------------------------------------------- 12 第4章控制及驱动电路设计-------------------------------------------------------------------- 144.1主控制芯片的详细说明 ----------------------------------------------------------------- 144.1.1芯片的选择------------------------------------------------------------------------ 144.1.2芯片的详细介绍 ----------------------------------------------------------------- 144.1.3 芯片的工作原理----------------------------------------------------------------- 164.2 驱动电路设计 ----------------------------------------------------------------------------- 17 第5章保护电路及设计---------------------------------------------------------------------------- 195.1 过零检测及续流触发电路-------------------------------------------------------------- 195.2 输出限流电路---------------------------------------------------------------------------- 205.3输入过压电路 ------------------------------------------------------------------------------ 205.4 结果分析 ----------------------------------------------------------------------------------- 21 第6章总结与体会---------------------------------------------------------------------------------- 24 附录----------------------------------------------------------------------------------------------------- 25 参考文献------------------------------------------------------------------------------------------------ 26第1章概述1.1 课题设计目的及意义单相交流电源的应用是非常广泛的。
斩波式交流调压电路工作原理
斩波式交流调压电路工作原理嘿，朋友们！今天咱来唠唠斩波式交流调压电路的工作原理。
你看啊，这斩波式交流调压电路就像是一个神奇的魔术师。
它能把普通的交流电变得不一样，就好比咱能把一块普通的布料变成一件漂亮的衣服。
想象一下，交流电就像一条流淌的小河，有高有低，有起有伏。
而斩波式交流调压电路呢，就是在这条小河上设置的一道道关卡。
它可以根据我们的需要，把小河里的水拦住一部分，或者放过去一部分。
在这个过程中，有个关键的元件叫晶闸管。
这晶闸管就像是个聪明的守门员，它能根据指令，准确地开关，控制电流的通过和阻断。
当晶闸管导通的时候，电流就可以顺畅地通过，就像打开了水龙头，水哗哗地流。
当晶闸管阻断的时候，电流就过不去啦，就像把水龙头给关上了。
那它是怎么实现调压的呢？嘿嘿，这就有意思了。
通过控制晶闸管的导通和阻断时间，就能改变输出电压的大小。
比如说，导通时间长一点，输出电压就高一点；导通时间短一点，输出电压就低一点。
这多神奇呀！就好像我们走路，走得快一点，就能在同样时间里走更远的路；走得慢一点，走的路就少一些。
斩波式交流调压电路就是这样巧妙地控制着电压。
而且啊，这种调压方式还有很多优点呢！它反应速度快，就像短跑运动员一样，能迅速做出反应。
而且效率高，不会浪费太多的能量，就跟咱过日子要精打细算一样。
在实际应用中，斩波式交流调压电路可厉害啦！像一些需要调节电压的设备，比如电动机的调速，它就能大显身手。
能让电动机跑得更快或者更慢，适应不同的工作需求。
你说这斩波式交流调压电路是不是很了不起？它就像一个默默工作的小英雄，在我们看不到的地方发挥着重要的作用。
让我们的生活变得更加方便、高效。
所以啊，咱可别小瞧了这小小的斩波式交流调压电路，它里面蕴含的学问可大着呢！咱得好好研究研究，让它为我们的生活创造更多的价值！这就是斩波式交流调压电路的工作原理啦，大家明白了吗？。
单相斩控式交流调压电路设计
单相斩控式交流调压电路设计概述单相斩控式交流调压电路的设计用于对交流电源进行调压控制，使输出电压能够稳定在需求范围内。
本文将对该调压电路的设计原理、电路构成、工作原理以及参数选取等进行全面详细的探讨。
设计原理单相斩控式交流调压电路的设计原理基于斩波调压技术，通过控制晶闸管的导通时间来改变输出电压的大小。
其基本思想是在每个交流周期的一定时刻截止半导体器件的导通，从而将源电压锯齿状的波形转换为脉宽调制形式，通过改变脉宽来调节输出电压。
电路构成单相斩控式交流调压电路主要由以下几个部分构成：输入滤波电路输入滤波电路主要用于对输入电压进行平滑滤波，降低谐波成分，获得稳定的直流电压。
常用的输入滤波电路包括电容滤波电路和电感滤波电路。
斩波电路斩波电路是单相斩控式交流调压电路的核心部分，用于将交流电压转换为可调的脉冲电压。
斩波电路一般由晶闸管、二极管以及继电器等组成。
控制电路控制电路用于生成脉宽调制信号，对晶闸管的导通时间进行控制，从而实现输出电压的调节。
一般采用微处理器或者模拟控制电路来生成控制信号。
输出滤波电路输出滤波电路主要用于对输出脉冲进行滤波平滑，得到稳定的直流输出电压。
常用的输出滤波电路包括电感滤波电路和电容滤波电路。
工作原理单相斩控式交流调压电路的工作原理如下：1.输入电压经过输入滤波电路进行滤波后，进入斩波电路。
2.斩波电路将交流电压转换为可调的脉冲电压，通过控制电路的控制信号对晶闸管进行导通和截止控制，改变输出脉冲的脉宽。
3.输出脉冲经过输出滤波电路进行滤波平滑后，得到稳定的直流输出电压。
参数选取在设计单相斩控式交流调压电路时，需要选取合适的参数来保证电路的稳定性和性能。
主要包括以下几个方面：输入电压范围根据实际应用情况选择合适的输入电压范围，通常是根据供电网络的标准电压范围来确定。
输出电压范围根据需求确定输出电压的范围，确保设计的电路可以满足实际需求。
控制信号频率控制信号频率越高，调压速度越快，但也会增加电路的复杂度和功耗。
单相斩控式交流调压电路设计
单相斩控式交流调压电路设计单相斩控式交流调压电路是一种常见的电路设计，它可以将交流电源的电压进行调节，使其符合特定的要求。
本文将介绍单相斩控式交流调压电路的原理、设计和应用。
一、原理单相斩控式交流调压电路的原理是利用斩波器对交流电源进行控制，从而实现电压的调节。
斩波器是一种电子元件，它可以将交流电源的正半周或负半周进行截取，从而得到一个脉冲信号。
这个脉冲信号的宽度可以通过控制斩波器的导通时间来进行调节，从而实现对电压的控制。
在单相斩控式交流调压电路中，斩波器通常采用晶闸管或场效应管。
当斩波器导通时，交流电源的电流会通过斩波器流入负载，从而使负载得到电源的供电。
当斩波器截止时，电源的电流就会被截断，负载也就不再得到电源的供电。
通过不断地重复这个过程，就可以实现对电压的调节。
二、设计单相斩控式交流调压电路的设计需要考虑多个因素，包括电源电压、负载电流、斩波器的选择和控制电路的设计等。
下面将分别介绍这些因素的设计要点。
1. 电源电压电源电压是单相斩控式交流调压电路设计的重要参数，它决定了电路的输出电压范围和负载能力。
一般来说，电源电压越高，输出电压范围就越大，负载能力也就越强。
但是，电源电压过高也会增加电路的复杂度和成本，因此需要根据实际需求进行选择。
2. 负载电流负载电流是单相斩控式交流调压电路设计的另一个重要参数，它决定了电路的输出功率和稳定性。
一般来说，负载电流越大，输出功率就越高，但是电路的稳定性也会受到影响。
因此，在设计电路时需要根据负载的实际需求进行选择。
3. 斩波器的选择斩波器是单相斩控式交流调压电路中最关键的元件之一，它的选择直接影响到电路的性能和稳定性。
一般来说，晶闸管和场效应管是常用的斩波器，它们具有导通压降低、响应速度快等优点。
但是，晶闸管的控制电路比较复杂，而场效应管的价格较高，因此需要根据实际需求进行选择。
4. 控制电路的设计控制电路是单相斩控式交流调压电路中另一个重要的设计要素，它负责控制斩波器的导通和截止。
斩控式交流调压电路实验报告
斩控式交流调压电路实验报告
一、实验目的
1.了解控制式交流调压原理；
2.掌握调压电路的模拟调试方法；
3.掌握扩展型被动式电压调节器回路的构成；
4.通过实验观察控制型调压电路的运行特性，在熟练掌握调压电路的控制方法。
二、实验仪器及内容
本实验的仪器设备主要有：电源，电表，交流控制系统，变压器，可调电阻和可调变压器。
实验内容主要有：
1.构建控制式交流调压电路；
2.根据已有参数设计控制回路；
3.调试控制回路，使其能够控制电压；
4.调试完成后，测量电压和电流上涨和下降的时间以及调压精度；
5.将电路的参数记录在实验报告中；
6.通过实验，观察控制式调压电路的运行特性；
7.熟练掌握调压电路的控制方法。
三、实验结果
实验中调试结束后，测量结果如下表所示：
电压（V），电流（A），上升时间（s），下降时间（s），调压精度----------，----------，--------------，--------------，----------
220，1.5，1.2，2.1，恒定
四、实验结论
1.通过实验，我们了解到控制式交流调压原理；
2.我们掌握了调压电路的模拟调试方法；
3.我们掌握了扩展型被动式电压调节器回路的构成；。
斩控式交流调压器
和 S3 同步动作，S2 与 S1、S3 互补。S1 和 S3 接通、S2 断开的时间为 Ton；S2 接通、S1 和 S3 断开的时间为 Toff。设高频变压器是理想的，那样漏磁，没有功耗，激磁电流可以忽略。在 S1 和 S3 接通、S2 断开时电源通过变压器供给负载以能量， ；S2 接通、S1 和 S3 断开时电源与 负载停止能量交换，S2 为负载提供续流通路。图 4-42 中的电压 u2 为
uO = D
N2 U m sin ω S t N1
（4.93）
假设电路的功耗为 0，根据功率平衡的原则负载电流和电源电流之间的关系为
i=D
由此可得出在电源侧的等效负载 ZS 为
N2 iO N1
（4.94）
N1 ZS = DN Z 2
2
（4.95）
4.3 .3 双向电力电子开关 在斩控式交流调压电路中电力电子开关必须满足：开关是全控的，可以控制导通也可 以控制关断，所以必须采用全控型器件；电力电子开关必须是双向导电的，因此单个器件 是无法满足要求的，必须用多个器件组合而成；开关频率较高，一般都在几十 KHz 以上。 图 4-43 列出了几种满足上述要求的电力电子开关的组成方案。虽图中的可控器件为晶 体管，但根据需要也可采用其它全控器件，如 MOSFET、IGBT 等。
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(a)
(b)
(c)
(d)
图 4-43 双向电力电子开关的组成
图 4-43（a）采用两个大功率晶体管，一个为 NPN 型，另一个为 PNP 型。不同的晶体 管导通电流的方向也随之不同。两个晶体管的发射极连接在一起，对驱动信号的接入提供 了方便， 但是一对同容量的大功率 PNP 和 NPN 晶体管要作到参数完全一致在实际应用中是 比较困难的。因此这一方案并不常用。 图 4-43（b）中的两个晶体管均为 NPN 型，实际应用中比较容易得到较好的对称性， 但两个发射极电位不可能相等，而且各发射极的电位并不固定，无法用具有公共参考电位 的两路驱动信号直接对其驱动，导致驱动电路变得复杂。图中二极管的作用是提高与之串 联的晶体管承受反向电压的能力。 图 4-43（c）所用的元件数量与图（b）相等，但这种接法使得两晶体管的发射极电位 相等，两路驱动信号具有公共端，可以使驱动电路相对简化。 图 4-43（d）只用了一个可控元件，同时由四个二极管组成桥式连接，使得无论外电路 电流方向如何总是流入晶体管的集电极。 在采用 MOSFET 作为可控元件时，应注意它的内部有一个反并联在源极和漏极之间的 寄生二极管，因此具有逆导特性，源极和漏极之间加反压时会形成反向电流，因此使用时 必须在其漏极或源极上串联一个二极管以消除逆导特性。
斩控式交流调压电路实验报告
斩控式沟通调压电路试验报告沟通调压的掌握方式有三种：①整周波通断掌握。
整周波掌握调压——适用于负载热时间常数较大的电热掌握系统。
晶闸管导通时间与关断时间之比，使沟通开关在某几个周波连续导通，某几个周波连续关断，如此反复循环地运行，其输出电压的波形如图 1-1 所示。
转变导通的周波数和掌握周期的周波数之比即可转变输出电压。
为了提高输出电压的区分率，必需增加掌握周期的周波数。
为了削减对四周通信设备的干扰，晶闸管在电源电压过零时开头导通。
但它也存在一些缺点那就是：在负载容量很大时，开关的通断将引起对电网的冲击，产生由掌握周期打算的奇数次谐波，这些谐波引起电网电压变化，造成对电网的污染。
图1-1 周期掌握的电压波形②相位掌握。
相位掌握调压——利用掌握触发滞后角α的方法,掌握输出电压。
晶闸管承受正向电压开头到触发点之间的电角度称为触发滞后角α。
在有效移相范围内转变触发滞后角，即能转变输出电压。
有效移相范围随负载功率因数不同而不同，电阻性负载最大,纯感性负载最小。
图 1-2 是阻性负载时相控方式的沟通调压电路的输出电压波形。
相控沟通调压电路输出电压包含较多的谐波重量，当负载是电动机时，会使电动机产脉动转矩和附加谐波损耗。
另外它还会引起电源电压畸变。
为减少对电源和负载的谐波影响，可在电源侧和负载侧分别加滤波网络。
③斩波掌握。
斩波掌握调压——使开关在一个电源周期中屡次通断，将输入电压切成几个小段，用转变段的宽度或开关通断的周期来调整输出电压。
斩控调压电路输出电压的质量较高,对电源的影响也较小。
图 1-2 为斩波掌握的沟通调压电路的输出电压波形。
图1-2 相位掌握的电压输出波形在斩波掌握的沟通调压电路中，为了在感性负载下供给续流通路，除了串联的双向开关 S1 外，还须与负载并联一只双向开关S2。
当开关 S1 导通，S2 关断时，输出电压等于输入电压；开关 S1 关断，S2 导通时,输出电压为零。
掌握开关导通时间与关断时间之比即能掌握沟通调压器的输出电压。
斩控式单相交流调压电路设计
斩控式单相交流调压电路设计一、电路结构1.调压变压器：调压变压器用于将输入电压调整为需要的输出电压。
其一次侧连接到交流电源，二次侧连接到斩波电路。
2.斩波电路：斩波电路由开关管和与之配套的电路组成。
开关管负责控制电源的通断，电路则根据开关管的导通状态，控制输出电压。
3.滤波电路：滤波电路用于对输出电压进行平滑处理，减小其峰值值波动。
4.负载：负载是电路的输出部分，可以是电阻、电感或电容等元件。
二、电路原理1.斩波原理斩波电路采用开关管控制输出电源通断，实现对交流电压的控制。
在正半周，开关管导通，电源输出；在负半周，开关管关断，电源不输出。
通过控制开关管的导通时间，可以实现对输出电压的控制。
2.滤波原理滤波电路主要通过电感、电容等元件，对输出电压进行平滑处理，减小其峰值值波动。
电感对交流信号有滤波作用，而电容则具有存储电荷的特性，可以增大负载电流。
三、设计步骤1.确定输出电压根据实际需求，确定所需的输出电压。
2.选择调压变压器根据所需的输出电压和电流，选择合适的调压变压器。
3.选择开关管根据输出电压和负载要求，选择合适的开关管。
常用的开关管有MOSFET和IGBT等。
4.设计斩波电路根据开关管的参数和工作原理，设计和优化斩波电路。
可以使用各种控制技术，如脉冲宽度调制(PWM)等。
5.设计滤波电路根据输出电压的波动情况，选择合适的滤波电路设计。
可以使用RC 滤波电路、LCL滤波电路等。
6.验证电路设计使用仿真软件对电路进行仿真验证，检查输出电压波形是否稳定、峰值值是否满足要求。
根据仿真结果进行优化调整。
7.电路实现与调试根据设计结果，搭建电路原型并进行实际调试。
检查输出电压是否符合要求，观察电路工作是否稳定。
8.性能评估与改进对实际搭建的电路进行性能评估，并进行必要的优化改进。
通过以上步骤，可以设计出符合实际要求的斩控式单相交流调压电路。
在实际应用中，还需要考虑电压变化范围、功率损耗、开关管和滤波元件的选取等问题。
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uO e(t)u
4.5.1 斩控式交流调压器的工作原理——基本结构
S1
1 0 t DT
uO
e(t) 0
DT t T
-
- uO e(t)u
4.5.1 斩控式交流调压器的工作原理——基本结构
e(t)
D
2
k 1
1 k
负载电压与电源电压有效值的关系为 U O DU
负载电压的相位、频率均与电源电压相同
4.5.1 斩控式交流调压器的工作原理——加入滤波器
如果负载阻抗的模为Z，幅角为φ，负载的电流iO为
iO
DU m Z
sin(S t
)
负载电流是连续的正弦波，无谐波成分
流过S1的电流iS1是脉冲列，表示为 iS1 e(t)iO
4.5 斩控式交流调压电路
斩控式交流调 压电路
4.5.1 斩控 式交流调 压器的工 作原理
<>
4.5.2电源 与负载端 的隔离
4.5.3 双 向电力 电子开
关
4.5.1 斩控式交流调压器的工作原理——基本结构
S1
+
+
ui
S2
z uO
-
-
S1和S2是双向电子开关； 控制规则：S1和S2的状态互补；假设一个周期中S1闭合、S2断开 的时间为Ton，S1断开S2闭合的时间为Toff，整个周期为T。则S1 闭合时，负载的端电压为u(t),S2闭合时负载的端电压为0.
4.5.2 电源与负载端的隔离——数量分析
仿照前边的分析方法，得到：
u2
D
N2 N1
Um
sin S t
uk
其中ΣuK是所有谐波成分的总和，经输出滤波器的滤波作用， 谐波成分均被滤除，负载电压为
假定u开O 关 D和NN滤12 波U m电s路in 耗S t能为0，输出功率与输入功率平
衡，则有：
i
D
S1、S2和S3都是双向电子开关；
控制规则：S1和S3同步动作，S2与S1和S3互补动作。假设一 个周期中S1和S3闭合、S2断开的时间为Ton，S1和S3断开、 S2闭合的时间为Toff，整个周期为T。
则S1和S3闭合、s2断开时，负载的端电压为u(t)=N2/N1*u1,S2 闭合、S1和S3断开时负载的端电压为0.
i
uO u
iO
DiO
而
iO
DU m Z
sin(S t
)
因此
i
Um (Z / D2)
sin(St
)
等效到交流侧的阻抗模为负载阻抗的1/D2，阻抗角相等， 与理想变压器类似
4.5.1 斩控式交流调压器的工作原理——波形图
各主要电量的波形图如下
4.5.2 电源与负载端的隔离——结构
带有输入、输出滤波器的斩控式交流调压器具有类似 于变压器的特性，但是，该电路的电源端和负载端有 一个公共端子，在要求电源和负载端电气隔离的情况 下是不能直接使用的。在需要电气隔离的场合，负载 和电源之间可接高频变压器来实现隔离功能。
N2 N1
iO
由此可得出在电源侧的等效负载ZS为
2
ZS
N1 DN2
Z
4.5.3 双向电力电子开关
采用两个大功率晶体管，一个为NPN型， 另一个为PNP型。不同的晶体管导通电流 的方向也不同。两个晶体管的发射极连接 在一起，对驱动信号的接入提供了方便 （有共同的参考点），但是一对同容量的 大功率PNP和NPN晶体管要作到参数完全 一致在实际应用中是比较困难的。因此这 一方案并不常用。
s in k
• cos(Ot
k
)
式中φk=kπD——为k次谐波的初相角； ω0=2π/T，为e（t）的基波频率。
如果
u U m sinSt
uO
DU m sin S t
Um
k 1
1 k
s
in
k
{s
in[(
k
O
t
S )t
k ] sin[(kO
S )t
k ]}
可以看出，负载电压中与电源电压同频率的基波成分的幅 度是电源电压的D倍，这与降压型直流斩波器是类似的，除 基波成分外，还含有与电源频率和电子开关频率相关的各 种谐波成分，通常这些成分的频率比基波频率高得多，因 此可以用简单的方法将其滤除。
4.5.1 斩控式交流调压器的工作原理——加入滤波器
实际应用i 的交流斩波器 S1
iO
输出滤波器 输入滤波器
+
+ iS1
+
+
ui
u1
S2
u2
z uO
-
-
-
-
输入滤波器：旁路斩波开关的高次谐波成分，使其不影响电源； 输出滤波器：使得负载得到工频的正弦电压。
负载电压为 uO DU m sin S t Du
两个晶体管均为NPN型，实际应用中比 较容易得到较好的对称性，但两个发射极 电位不可能相等，而且各发射极的电位并 不固定，无法用具有公共参考电位的两路 驱动信号直接对其驱动，导致驱动电路变 得复杂。二极管的作用是提高与之串联的 晶体管承受反向电压的能力。
4.5.3 双向电力电子开关
本电路所用的元件数量与图（b）相等， 但这种接法使得两晶体管的发射极电位 相等，两路驱动信号具有公共端，可以 使驱动电路相对简化。
i
S1
输
+
输 i1
ui -
输 输
N1
输
S3
u1 S2 N2
+输
u2
输 输
-输
输
iO
+ z uO
-
4.5.2 电源与负载端的隔离——结构
i
S1
输
+
输 i1
ui -
输 输
N1
输
S3
+输
u1 S2
u2
输 输
N2 - 输
输
iO
+ z uO
-
e(t)
1 0
0 t DT DT t T
uO
e(t)ui
N2 N1
含有谐波成分，但是由于输入滤波器的作用，使得电源i中的高频
成分被滤除，i电源电流为正弦波 S1
iO
输出滤波器 输入滤波器
+
+ iS1
+
+
ui
u1
S2
u2
z uO
-
-
-
-
4.5.1 斩控式交流调压器的工作原理——加入滤波器
假设滤波器部分和电子开关部分不耗能，输入和输出功率相等， 则得到：
uoio=ui
本电路只用了一个可控元件，同时由 四个二极管组成桥式连接，使得无论 外电路电流方向如何总是流入晶体管 的集电极。
采用MOSFET要串联一个二极管 （P148）