由IGBT构成的直流斩波调速系统(110V/10A)(3)

2018-12-27 17:32

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且稳定电流与峰值电流间大致为4倍关系,故应选用大于4倍额定负载电流的IGBT为宜,为此选用60A的IGBT,并配以相应的散热器即可。

2.3.5 保护元件的选择

(1)变压器二次侧熔断器选择

由于变压器最大二次电流I2=10A,故选用15A熔芯即可满足要求,应选用15A、250V熔断器,熔断器的结构形式可根据设备结构而定。 (2)IGBT 保护电路选择

1) 电容CS的选择 一般按布线电感磁场能量全部转化为电场能量计算。即

121=CS(Ucep?U0)2 LbI022得

2LbI0 CS≥2(Ucep?U0)式中 Lb——主回路布线电感μH ; I0——IGBT关断时集电极电流A ;

Ucep——缓冲电容器电压稳压定值,由IGBT安全工作区确定 V ; U0——直流电源电压 V ;

这里可按Lb=5~20μH估算。可取稍低于IGBTLb可由实测确定。Ucep为保证保护可靠,耐压值为宜,这里去Ucep=300V进行计算。取I0=Id、U0=123V,得

2LbI0=0.0319μF CS=2(Ucep?U0)取 CS=0.0319μF、耐压400V(略大于Ucep)。

2)缓冲电阻RS计算 要求IGBT关断信号到来之前,将缓冲电容器所积蓄的电荷放完,以关断信号之前放电90%为条件,其计算公式如下:

CS≤1/ (6fCS)

RS不能太小,过小会使IGBT开通时的集电极初始电流增大,因此,满足上式条件下,

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希望尽可能选取大的电阻值。

f为开关频率、IGBT最大开关频率为30kHz,实际使用在10kHz以内,这里取f=2kHz。则有 RS=

1≈2.6kΩ 6fCS取RS=1W,即RS选用1W、3.0kΩ电阻即可。

3)缓冲电路二极管VDS因VDS用于高频电路中,故选用快速恢复二极管,以保证IGBT导通时很快关断。

VDS电流定额可按IGBT通过电流的1/10试选,然后由调试决定。 2.3.6 反馈电路参数选择

(1)电压反馈电阻和滤波电容的确定

1) 电压反馈总电阻一般取几千欧至几十千欧为宜。RU过小损耗大,过大又会使电压反馈信号内阻加大。故取RU=11kΩ。考虑一定的功率裕量,可取一个10kΩ、3W固定电阻与一个1kΩ、1W电位器串取即可满足要求。电位器上分得10V电压,完全能满足反馈电压的需求。

2) 反馈电路滤波电容C2选择。放电时间常数为

RFC2=(3~5)

式中 T——u0 电压周期,取0.01s。

T 2因控制电路采用CW494,其锯齿波电压最大值为3.6V,故反馈电压最大为3.6V,对应电位器RP3电阻应为360Ω。则

C2=5×

T=69Μf 2RF取 C2=100μF。因控制电路电源电压为±15V,故取C2、耐压为50V。

3)电流反馈电阻RI及滤波电容C4的选择 因负载不大,可采用电阻取样。一般采

样电阻压降应小于3%Ud,即小于3.3V。取RI=0.25Ω。

2PRI=IdRI=102×0.25W=25W,取30W。

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电流截止反馈电位器RP5及过流继电器保护取样电位器RP4均取100Ω、1W实芯电位器即可。

2.3.7 控制电路参数选择

控制电路如图所示。

图5控制电路

1) 振荡器RT、CT的选择

RTCT=1.1/f=550μs

取RT=510Ω、

1W,CT=1μF、耐压30V。 42) R10、R11、R0电阻的选择

由于CW494内部有个放大器,其中右边一个不用,为防止干扰信号使该放大器饱和输出,而影响另一个放大器工作。可取R10=R11=20kΩ、W/4,并使输入端短接接地,反馈电阻R0取1KΩ、W/4。

3) 放大器的参数的选择

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取R8=R3=R4=R6=R7=20kΩ,W/4。为防止开环,可在2、3脚间再接一个3MΩ,W/4电阻。

取R5=5.1kΩ、W/4;C5=10μF、25V并在调试中最后确定。 取 R9=10kΩ。 4) R12及R13选择

R12一般取5~50Ω,IGBTD电流定额越大,R12值越小。IGBT选60A,取R12=33Ω,W/4。一般R13取值与R12相等即可。

2.4系统整体设计电路

根据对主电路、保护电路、控制电路、反馈电路等部分的设计与分析,可得直流斩波调速系统电气原理总图,如图5所示。

图6系统电气原理总图

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2.5系统调试与仿真

2.5.1 仿真模型及参数设置

由 IGB T 构成直流斩波电路的建模和参数设置

采用由 IGB T 组成的 Buck 直流变换器仿真模型 , IGB T按默认参数设置,并取消缓冲电路 ,由原件的计算可知, RS =20kΩ,CS =CS=0.0319μF ;电压源参数取 US = 110 V。

图7 由IGBT组成的直流斩波仿真模型图

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