光调制器毕业设计论文(编辑修改稿)

光调制器毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

扩展，成为中小功率电力电子设备的主导器件。 直流斩波器根据其输入和输出电压的大小可以分为降压式直流斩波器和升压式直流斩波器的两类。 若直流斩波器的输出电压较输入之电源电压低，则称为降压式 (Buck )直流斩波器，若其输出电压较输入之电源电压高，则称为升压式 (Boost) 直流斩波器 [4]。 因此本课题选择的设计方案是直流降压斩波电路。 直流 斩波器 原理 直流斩波电路 （ DC Chopper） 的功能是将直流电变为另一种固定的或可调的直流电，也称为直流 直流变换器 （ DC/DC Converter） ，直流斩波电路 （ DC Chopper）一般是指直接将直流变成直流的情况，不包括直流 交流 直流的情况。 西安工业大学北方信息工程学院 毕业设计 （论文） 4 直流 斩波电路包括三个部分电路模块。 a. 主电路模块。 主 要由全控器件 IGBT 的开通与关断的时间占空比来决定输出电压 u。 的大小。 b. 控制电路模块。 控制电路 模块，可用 SG3525 来控制 IGBT 的开通与关断。 驱动电路模块，用来驱动 IGBT 控制电路是用来产生 降压斩波电路 的控制信号，控制电路产生的控制信号传到驱动电路，驱动电路把控制信号转换为加在开关控制端，可以使其开通或关断的信号。 通过控制开关的开通和关断来控制 降压斩波电路 的主电路工作。 c. 驱动电路模块。 EXB841 驱动芯片来实现也可以直接用光耦电路进行 驱动。 主电路模块由全控器件 IGBT 的开通与关断的时间占空比来决定输出电压 u。 的大小。 控制电路模块， ，它简单可靠及使用方便灵 活。 全控 器件 IGBT 简介 IGBT 是新一代的电力电子器件，兼有功率 MOSMET 的高速度和功率晶体管饱和压降低、功率大的优点。 由 IGBT 构成的斩波器具有电路简单 、易于调试和设计，成本低，可靠性高，容量范围大，频率高，无静态噪音，输出电流 (电压 )调节精度高等优点，在实际应用中有非常广泛的应用，特别是在需要用电池等直流电源进行调节的时候，有着不可替代的作用 [5]。 直流斩波器的基本 原理 直流斩波器乃利用功率组件对固定电压之电源做适当之切割以达成负载端电压改变之目的。 若其输出电压较输入之电源电压低，则称为降压式 (Buck )直 流斩波器，若其输出电压较输入之电源电压高，则称为升压式 (Boost)直流斩波器； 本方案选择的是直流降压斩波器 图 所示为直流斩波器基本电路图，图 所示为负载电压波形， 图 西安工业大学北方信息工程学院 毕业设计 （论文） 5 图 可看出当直流斩波器导通 (Ton )时，负载端之电压 Vo 等于电源电压 Vs；当直流斩波器截止 (Toff)时，负载端之电压 Vo 为 0。 如此适当的控制直流斩波器可使直流电源断续的出现在负载侧，只要控制直流斩波器的导通时间，即可改变负载的平均电压 [6]。 3 直流降压斩波器设计 6 3 直流降压斩波器设计 主电路设计方案 根据所选课题设计要求设计一个降压斩波电路，可运用电力电子开关来控制电路的通断即改变占空比，从而获得我们所想要的电压。 这就可以根据所学的 buck 降压电路作为主电路，这个方案是较为简单的方案，直接进行直直变换简化了电路结构。 而另一种方案是先把直流变交流降压，再把交流变直流，这种方案把本该简单的电路复杂化，不可取。 至于开关的选择，选用比较熟悉的全控型的 IGBT 管，而不选半控型的晶闸管，因为 IGBT 控制较为简单，且它既具有输入阻抗高、开关速度快、驱动电路简单等特点， 又用通态压降小、耐压高、电流大等优点。 主电路基本电路图 主电路基本电路图如图 所示 图 直流降压斩波主电路使用一个全控器件 IGBT 控制导通。 用控制电路和驱动电路来控制 IGBT 的通断，当 t=0 时，驱动 IGBT 导通，电源 E向负载供电，负载电压 U0=E，负载电流 io按指数曲线上升。 主电路电流电压分析 直流降压斩波主电路使用一个全控器件 IGBT 控制导通。 用控制电路和 驱动电路来控制 IGBT 的通断，当 t=0 时，驱动 IGBT 导通，电源 E 向负载供电，负载电压 0u =E，负载电流 0i 按指数曲线上升。 电路工作时波形图如图 所示 西安工业大学北方信息工 程学院 毕业设计 （论文） 7 图 当 t=t1时刻，控制 IGBT 关断，负载电流经二极管 Vd 续流，负载电压 0u近似为零，负载电流指数曲线下降。 为了使负载电流连续且脉动小，故串联L 值较大的电感。 至一个周期 T 结束，再驱动 IGBT 导通，重复上一周期的过程。 当电力工作于稳态时负载电流在一个周期的初值和终值相等， 负载电压的 平均值为 U0＝ t1E/T=t1E/（ t1+t2）α E ton为 IGBT 处于通态的时间； toff为处于断态的时间； T 为开关周期；α为导通占空比。 通过调节占空比α使输出到负载的电压平均值 U0 最大为 E，若减小占空比α，则 U0随之减小。 由此可知，输出到负载的电压平均值 Uo 最大为 Ui，若减小占空比α，则 Uo 随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路 [7]。 控制电路模块设计 控制电路需要实现的功能是产生控制信号，用于控制斩波电路中主功率器件的通断，通过对占空比的调节达到控制输出电压大 小的目的。 斩波电路控制方式： 斩波电路有三种控制方式 : a. 保持开关周期 T 不变，调节开关导通时间 ton，称为脉冲宽度调制或脉冲调宽型； b. 保持导通时间不变，改变开关周期 T，成为频率调制或调频型； T 都可调，是占空比改变，称为混合型 [8]。 西安工业大学北方信息工 程学院 毕业设计 （论文） 8 因为斩波电路有这三种控制方式，又因为 PWM 控制技术应用最为广泛，所以采用 PWM 控制方式来控制 IGBT 的通断。 PWM 控制就是对脉冲宽度进行调制的技术。 这种电路把直流电压“斩”成一系列脉冲，改变脉冲的占空比来获得所需的输出电压。 改变脉冲的 占空比就是对脉冲宽度进行调制，只是因为输入电压和所需要的输出电压都是直流电压，因此脉冲既是等幅的，也是等宽的，仅仅是对脉冲的占空比进行控制。 对于控制电路的设计其实可以有很多种方法，可以通过一些数字运算芯片如单片机、 CPLD 等等来输出 PWM 波，也可以通过特定的 PWM 发生芯片来控制 [9]。 因为题目要求输出电压连续可调，所以我选用一般的 PWM 发生芯片来进行连续控制。 SG3525 原理及功能 控制电路是以 SG3525 为核心构成 ,SG3525 为美国 Silicon General 公司生产的 ，它集成了 PWM 控制电路 ,采用恒频脉宽调制控制方案 ,内部包含有精密基准源 ,锯齿波振荡器 ,误差放大器 ,比较器 ,分频器和保护电路等 .调节 Ur 的大小 ,在 11,14 两端可输出两个幅度相等 ,频率相等 ,相位相差 , 占空比可调的矩形波 (即 PWM 信号 ).然后，将脉冲信号送往芯片 HL402，对微信号进行升压处理，再把经过处理的电平信号送往 IGBT，对其触发，以满足主电路的要求 [10]。 其内部电路结构 如图 所示 图 SG3525内部结构图 内部结构简介 西安工业大学北方信息工 程学院 毕业设计 （论文） 9 a. 基准电压调整器 基准电压调整器是输出为 ， 50mA，有短路电流保护的电压调整器。 它供电给所有内部电路，同时又可作为外部基准参考电压。 若输入电压低于6V时，可把 1 16 脚短接，这时 5V电压调整器不起作用。 b. 振荡器 3525A 的振荡器，除 CT、 RT 端外，增加了放电 同步端 3。 RT 阻值决定了内部恒流值对 CT 充电， CT 的放电则由 7 端之间外接的电阻值 RD决定。 把充电和放电回路分开，有利于通过 RD 来调节死区的时间，因此是重大改进。 在 3525A 中增加了同步端 3 专为外同步用，为多个 3525A 的联用提供了方便。 同步脉冲的 频率应比振荡频率 fs 要低一些。 c. 误差放大器 误差放大器是差动输入的放大器。 它的增益标称值为 80dB，其大小由反馈或输出负载决定，输出负载可以是纯电阻，也可以是电阻性元件和电容的元件组合。 该放大器共模输入电压范围在 ~，需要将基准电压分压送至误差放大器 1 脚（正电压输出）或 2 脚（负电阻输出）。 3524 的误差放大器、电流控制器和关闭控制三个信号共用一个反相输入端， 3525A 改为增加一个反相输入端，误差放大器与关闭电路各自送至比较器的反相端。 这样避免了彼此相互影响。 有利于误差放大器和补偿网络工作精度的提高。 d. 闭锁控制端 10 利用外部电路控制 10 脚电位，当 10 脚有高电平时，可关闭误差放大器的输出，因此，可作为软起动和过电压保护等。 e. PWM 锁存器 比较器（脉冲宽度调制）输出送到 PWM 锁存器。 锁存器由关闭电路置位，由振荡器输出时间脉冲复位。 这样，当关闭电路动作，即使过流信号立即消失，锁存器也可维持一个周期的关闭控制，直到下一周期时钟信号使倘存器复位为止。 另外，由于 PWM 锁存器对比较器来的置位信号锁存，将误差放大器上的噪音、振铃及系统所有的跳动和振荡信号消除了。 只有在下一个时钟周期才能重新置 位，有利于可靠性提高。 f. 增设欠压锁定电路 电路主要作用是当 IC 块输入电压小于 8V时，集成块内部电路锁定，停止工作（其准源及必要电路除外），使之消耗电流降到很小（约 2mA）。 g. 输出级 西安工业大学北方信息工 程学院 毕业设计 （论文） 10 由两个中功率 NPN 管构成，每管有抗饱和电路和过流保护电路，每组可输出 100mA。 组间是相互隔离的。 电路结构改为确保其输出电平或者是高电平或者是低电平的一个电平状态中。 为了能适应驱动快速的场效应功率管的需要，末级采用推拉式电路，使关断速度更快。 11 端（或 14 端）的拉电流和灌电流，达 100mA。 在状态转换中，由于存在开 闭滞后，使流出和吸收间出现重迭导通。 在重迭处有一个电流尖脉冲，其持续时间约 100ns。 使用时 VC 接一个 f 电容可以滤去尖峰。 另一个不足处是吸电流时，如负载电流达到 50mA 以上时，管饱和压降较高（约 1V） [11]。 SG3525 芯片引脚 SG3525 是一款专用的 PWM 控制集成电路芯片，它采用恒频调宽控制方案，内部包括精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等，其引脚图如图 所示 图 SG3525 芯片引脚图 SG3525A 系列脉宽调制器控制电路可以改进为 各种类型的开关电源的控制性能和使用较。