低温等离子体消毒灭菌设备的电源设计(编辑修改稿)

低温等离子体消毒灭菌设备的电源设计(编辑修改稿)内容摘要：

IO 全波整流、电容滤波 * O 湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文） 9 桥式整流、电容滤波 * O 桥式整流、电感滤波 *使用条件： DC/AC 逆变 开关电源中的一个重要的能量转换环节是把工频整流后得到的直流电由电子开关变换成负载需要的交流电。 逆变器是将直流电变换成交流电的变换器。 本设计是将 整流滤波后的直流电直接接到交流负载。 所以本设计采用的是无源逆变，且直流边电压无脉动能输出稳定矩形波的电压型逆变电路更适合本设计的需求。 元器件的选择 绝缘门极晶体管 IGBT 的介绍 IGBT 也是三端器件，它的三个极为漏极、栅极和源极。 有时也将 IGBT 的漏极称为集电极，源极称为发射极。 可见， IGBT 是以 GTR 为主导器件， MOSFET 为驱动器件的复合管， 图 36所 示为 IGBT 的外形图。 绝缘栅双极晶体管 (IGBT)的图形符号 N 沟道 P 沟道 图 36 IGBT 外形图 湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文） 10 它的三个电极分别为门 极 G、集电极 C、发射极 E。 绝缘栅双极晶体管 (IGBT)的特点： 这种器件的特点是集 MOSFET 与 GTR 的优点于一身。 ，速度快，热稳定性好。 ，耐压高，电流大。 MOSFET 大，芯片面积只有 MOSFET 的 40%。 但速度比 MOSFET 略低 IGBT 模块达到 12001800A/18003300V 的水平（参考）。 （ 370600V），可达到 150180KHz。 绝缘栅双极晶体管的 主要 参数与特性： （ 1） 转移特性 （ 2）输出特性 它的三个区分别为： 靠近横轴：正向阻断区，管子处于截止状态。 湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文） 11 爬坡区：饱和区，随着负载电流 Ic 变化， UCE 基本不变，即所谓饱和 状态。 水平段：有源区。 （ 3）开关损耗： 常温下， IGBT 和 MOSFET 的关断损耗差不多。 MOSFET 开关损耗与温度关系不大，但 IGBT 每增加 100 度，损耗增加 2 倍。 开通损耗 IGBT 平均比 MOSFET 略小，而且二者都对温度比较敏感，且呈正温度系数。 两种器件的开关损耗和电流相关，电流越大，损耗越高。 电路分析 本论文采用的电路设计及逆变得到的波形图如图所示 ： : 1）直流侧并联大电容，直流电压基本无脉动。 2) 输出电压为矩形波，电流波形与负载有关。 3） 电感性负载时，需要提供无功功率。 为了有无功功率通道，逆变桥臂需要并联二极管。 2原理分析与特性： 1） 同单相半桥逆变电路相比，在相同负载的情况下，其输出电压和输出电流的 幅值为单相半桥逆变电路的两倍。 2）电感负载时 湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文） 12 0≤ t＜ sT ／ 4， sT /2≤ t≤ 3 sT ／ 4 期间， 1D 、 4D 导通起负载电流续流作 用，在此期间 1T 、 4T 均不导通。 22somod TILdtdiLU  3）阻感负载 RL 时 0≤θ≤ω t 期间， 1T 和 4T 有驱动信号，电流 Oi 为负值， 1T 和 4T 不导通， 1D 、 4D 导通起负载电流续流作用， 0u =+ dU。 θ≤ω t≤π期间， Oi 为正值， 1T 和 4T 才导通。 π≤ω t≤π +θ期间， 2T 和 3T 有驱动信号，由于电流 Oi 为负值， 2T 、 3T 不 导通， 2D 、 3D 导通起负载电流续流作 用， 0u =－ dU。 π +θ≤ω t≤ 2π期间， 2T 和 3T 才导通。 LC 滤波电路 滤波器输出设计 ,如图 37所 示 设： F 为逆变器输出频率 (10KHz).Fk 最低次谐波电压频率（ 30 KHz）。 Fc滤波器的截至频率。 Fc=2Fk/(EBOEBO) Bo=lnUkim/Ukom Ukim:滤波器输入端最低次谐波的电压幅值 Ukom：滤波器输出端最低次谐波的电压幅值 F=10KHz Fk=30KHz （ Fc《 FK） 设 Ukim=10V Ukom=3V Bo=lnUkim/Ukom = 图 37 滤波器电路 图 湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文） 13 EBO=EBO=+ = Fc=2 30/ = 元件的计算 LoCo=1/(2π f)2 Lo/Co=（ ～ ） 2 选择 Lo/Co（ ） 2 Lo=Uo1=168V 令 150V K=150/1000 = R=K2RL = 100MΩ = Lo= 103 =13mH Co/Lo=1/（ ） 2 Co= 滤波器输出电压 设 CoR 并联谐振为 Z2 Z=Z1+Z2 =JWLo+Z2 Z2=RL*1/JWCo/RL+1/JWCo 将 RL=37Ω Co= 解： ZL=() Z1=J2π *104**103 = U2=Z2/（ Z1+Z2） *U1 Z2/（ Z1+Z2） =（ ） /+() 湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文） 14 =()/+J(*) =()/ ===()(1+)/()(1+) =1+=Z2/（ Z1+Z2） = U2=*168=201V 结论 电容选择 CY22/234，电感选择 SDCL2020D TYPE。 高频升压电路 变压器的概述 变压器的最基本型式，包括两组绕有导线之线圈，并且彼此以电感方式称合一起。 当一交流电流 (具有某一已知频率 )流于其中之一组线圈时，于另一组线圈中将应出具有相同频率之交流电压，而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链之程度。 一般指连接交流电源的线圈称之为「一次线圈」 ；而跨于此线圈的电压称之为「一次电压」。 在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压，是由一次线圈与二次线圈问的「匝数比」所决定的。 因此，变压器区分为升压与降压变压器两种。 大部份的变压器均有固定的铁心，其上绕有一次与二次的线圈。 基于铁材的高导磁性，大部份磁通量局限在铁心里，因此，两组线圈藉此可以获得相当高程度之磁耦合。 在一些变压器中，线圈与铁心二者间紧密地结合，其一次与二次电压的比值几乎与二者之线圈匝数比相同。 因此，变压器之匝数比，一般可作为变压器升压或降压的参考指标。 由于此项升压与降压的功能，使得变压器已 成为现代化电力系统之一重要附屑物，提升输电电压使得长途输送电力更为经济，至于降压变压器，它使得电力运用方面更加多元化，可以如是说，倘无变压器，则现代工业实无法达到目前发展的现况。 湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文） 15 变压器的原理 图 38是电源变压器的原理图，当一个交流电压 U1 加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流 I1 并产生交变磁通 ф1 ，它沿着铁心穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路，在次级线圈中感应出互感电势 U2，同时 ф1 也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1， E1 的方向与所加电压 U1 方向相反而幅度相近，从而限制了 I1 的 大小。 为了保持磁通 ф1 的存在就需要有一定的电能消耗，并且电源变压器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载，初级线圈中仍有一定的电流，这个电流我们称为 “ 空载电流 ”。 如果次级接上负载，次级线圈就产生电流 I2，并因此而产生磁通 ф2 ， ф2 的方向与 ф1相反，起了互相抵消的作用，使铁心中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电压 E1 减少，其结果使 I1增大，可见初级电流与次级负载有密切关系。 当次级负载电流加大时 I1增加， ф1 也增加，并且 ф1 增加部分正好补充了被 ф2 所抵消的那部分磁通，以保持铁心里总磁通量不变。 图 38 变压 器原理图 变压器的设计 根据“电力电子设备设计和应用手册”，王兆安、张明勋主编，进行高频升压变压器的设计。 1. 变压器设计的前提 根据图 可得以下公式： 湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文） 16 0U000001111jwcRLjwcRLjwLjwcRLjwcRL VU 1800  VUi 150 2. 变压器的设计 1）、输入给定 VUi 180 AIi 7 kHzf 100  kVU 100  AI 70  2）、计算变压器总功率 其中：变压器效率η = 输出功率 KWP 10  WPt 2250 3）、确定工作磁感应强度 )(TBm 选择 E、 E 型磁 芯材料（ R2KB）；选双极性变压器 Bm = 4）、确定电流密度系数 Kj 查表 1818，得允许温升 25℃， Kj=366 5）、确定窗口填充系数α T 一般在 ～ 之间，选α = 6）、计算乘积 PA 按式 18128 计算     1 1104BKjTf PA tp 011 PPt   湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文） 17 χ：由磁芯决定的常数，见表 1818，χ = 444401 6 102 2 cmA p 查表 1815 得到磁芯尺寸，如 图 227所示 0 L l 0 l 42H h 0 B el zA uA PA 图 39 双 E型磁芯图 7） .计算原、副线圈的匝数 8）、计算电流有效值 9)、电流密度计算 J 依照 18127 222 2 5563 6 6mmAcmAcmAkjA pJ x 10）、导线面积计算 2111 7 mmJIA  AI AI 湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文） 18 22212 4 mmmmJIA  11）、取导线直径  22 mmA   12）、计算导线根数 根根 45430 7 0  AAn 根根  AAn 13）、平均匝数 mmBLl 2 2 642 28854211  14）、导线长度 mmmlNl 76780226301111  mlNlNl 38422617001122122  湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文） 19 第 四 章 控制电路的分析与论证 单结晶体管触发电路 可控整流的电路一般由整流器的整流电路及其触发控制电路组成。 在整流变换过程中，其平均功率（或能量）是从交流侧流向直流负载。 本论文的设计采用单结晶体管触发电路。 图 41 所示为全控整流中的单结 晶体管触发电路，其方式采用了单结晶体管同步触发电路，其中单结晶体管的型号为 BT33。 图 41 全控。