1、掌握信号发生电路的工作原理及电路设计方法。、掌握信号发生电路的工作原理及电路设计方法。2、熟悉死区电路的设定方法。、熟悉死区电路的设定方法。3、熟悉驱动电路的确定方法。、熟悉驱动电路的确定方法。4、研究改变电感参数对负载电流波形的影响。、研究改变电感参数对负载电流波形的影响。一、实验目的一、实验目的1、电力电子技术实验装置、电力电子技术实验装置 1台台2、电抗器、电抗器 2只只3、数字示波器、数字示波器 1台台4、万用表、万用表 1块块5、新添元器件、新添元器件 自购自购二、实验设备及仪器二、实验设备及仪器三、三、设计思路设计思路 1、SPWM信号发生电路的设计信号发生电路的设计1）三角波电路的设计）三角波电路的设计 由于由于5G8038价格较高，在一般情况下也可选用电子技术书中介绍价格较高，在一般情况下也可选用电子技术书中介绍 的电路，如图的电路，如图24-1所示。所示。24-1 三角波发生电路 图图a)中，输出三角波电压中，输出三角波电压uo的周期的周期T及幅值及幅值Uom为为 因此，选择适当参数，即可得到所设定的频率。因此，选择适当参数，即可得到所设定的频率。图中图中A1、A2用一个双运放即可，如用一个双运放即可，如LF353改变改变R1、R2和和UZ中任一值，均可改变三角波的幅值。中任一值，均可改变三角波的幅值。 也可选用也可选用24-1 b)所示的电路，其输出电压所示的电路，其输出电压uo的周期的周期T为为式中式中n为为RP的分压系数。的分压系数。 2 2）正弦波发生电路）正弦波发生电路）正弦波发生电路）正弦波发生电路 除用除用除用除用5G80385G8038外，也可选用外，也可选用外，也可选用外，也可选用24-224-2的电路。的电路。的电路。的电路。a)a)为基本文氏电桥为基本文氏电桥为基本文氏电桥为基本文氏电桥振荡电路。当振荡电路。当振荡电路。当振荡电路。当R1=R2=RR1=R2=R，C1=C2=CC1=C2=C时，时，时，时，uouo周期周期周期周期T T为为为为 要满足振荡条件，还必须有要满足振荡条件，还必须有要满足振荡条件，还必须有要满足振荡条件，还必须有R R4 42R2R3 3 。即。即。即。即R4R4应略大于应略大于应略大于应略大于2R2R3 3，因此，常与因此，常与因此，常与因此，常与R R4 4串接一个电位器串接一个电位器串接一个电位器串接一个电位器RPRP，以便于调节。，以便于调节。，以便于调节。，以便于调节。也可用图也可用图b)两只二极管反并联稳幅电路，两只二极管反并联稳幅电路， 振荡器工作时，两只二极管交替导通截止。当振荡器工作时，两只二极管交替导通截止。当uo 振幅增大振幅增大时，正向导通二极管电阻时，正向导通二极管电阻rD减小，使反馈的等效电阻减小，使反馈的等效电阻Rf变变小小,放大环节的放大倍数也减小，限制了振幅的继续增大；放大环节的放大倍数也减小，限制了振幅的继续增大；反之，当反之，当uo振幅减小时，振幅减小时，rD加大，加大，Rf变大，放大倍数增加，变大，放大倍数增加，又限制了振幅的继续减小，从而达到稳幅目的。又限制了振幅的继续减小，从而达到稳幅目的。当当R1=R2=10K，C1=C2=0.015F时，时，fo约为约为1KHZ。需。需要其他频率时，可参照调节参数即可。要其他频率时，可参照调节参数即可。24-2 正弦波发生电路图图 c)电路，当电路，当C1=C2=C时，其输出时，其输出uo频率频率fo为为 采用此电路，调整起来则更为方便。采用此电路，调整起来则更为方便。24-2 正弦波发生电路2 2、死区时间的设计、死区时间的设计、死区时间的设计、死区时间的设计 设置死区电路的目的是防止处于同一桥臂的两只开关管直设置死区电路的目的是防止处于同一桥臂的两只开关管直设置死区电路的目的是防止处于同一桥臂的两只开关管直设置死区电路的目的是防止处于同一桥臂的两只开关管直通。为此，应知道所用开关管的关断时间，死区时间应大于通。为此，应知道所用开关管的关断时间，死区时间应大于通。为此，应知道所用开关管的关断时间，死区时间应大于通。为此，应知道所用开关管的关断时间，死区时间应大于关断时间关断时间关断时间关断时间tqtq。但为保证可靠换流，应考虑（。但为保证可靠换流，应考虑（。但为保证可靠换流，应考虑（。但为保证可靠换流，应考虑（4-54-5）倍的裕量，）倍的裕量，）倍的裕量，）倍的裕量，即取即取即取即取 RCRC（4-54-5）tqtq 以实验以实验以实验以实验2323为例为例为例为例 R RR RDZ1DZ1R RDZ2DZ2 C CC3C3C4C4 这里需要说明一下，一般技术资料中的这里需要说明一下，一般技术资料中的这里需要说明一下，一般技术资料中的这里需要说明一下，一般技术资料中的tqtq是在理想条件下是在理想条件下是在理想条件下是在理想条件下测定的，实际关断时间还要大一些，对于测定的，实际关断时间还要大一些，对于测定的，实际关断时间还要大一些，对于测定的，实际关断时间还要大一些，对于IGBTIGBT在设计中，在设计中，在设计中，在设计中，tqtq取取取取1S1S为宜，则实验为宜，则实验为宜，则实验为宜，则实验2323中，设定的死区时间为中，设定的死区时间为中，设定的死区时间为中，设定的死区时间为4S 4S 。3 3、驱动电路的选择、驱动电路的选择、驱动电路的选择、驱动电路的选择 实验实验实验实验2323中介绍了中介绍了中介绍了中介绍了M57959M57959驱驱驱驱动电路，动电路，动电路，动电路，M57962M57962与与与与M57959M57959相同，仅容量更相同，仅容量更相同，仅容量更相同，仅容量更大一些，可驱动电流容量大一些，可驱动电流容量大一些，可驱动电流容量大一些，可驱动电流容量为为为为400 A400 A以下的以下的以下的以下的IGBTIGBT。 M57957M57957及及及及M57958M57958容量与容量与容量与容量与M57959M57959及及及及M57962M57962相当，相当，相当，相当，为为为为8 8引脚的单列直插厚膜引脚的单列直插厚膜引脚的单列直插厚膜引脚的单列直插厚膜集成电路，仅内部缺少了集成电路，仅内部缺少了集成电路，仅内部缺少了集成电路，仅内部缺少了锁存定时复位电路、栅极锁存定时复位电路、栅极锁存定时复位电路、栅极锁存定时复位电路、栅极封锁单元及检测环节几部封锁单元及检测环节几部封锁单元及检测环节几部封锁单元及检测环节几部分。其引脚排列、内部结分。其引脚排列、内部结分。其引脚排列、内部结分。其引脚排列、内部结构框图典型应用接线图如构框图典型应用接线图如构框图典型应用接线图如构框图典型应用接线图如图图图图24-324-3所示。所示。所示。所示。引脚号符号名称1VIN-驱动脉冲输入负端2VIN+驱动脉冲输入正端5GND驱动脉冲输入地端6VCC驱动功放级正电源端7VOUT驱动脉冲输出端8VEE驱动功放级负电源端24-3 M57957L 管脚排列 a)注：f=30kHz，占空比50，VCC=15V，VEE=-10V。24-3 M57957L 内部结构框图 典型应用电路b)c) 除上述驱动电路外，日本富士公司生产的除上述驱动电路外，日本富士公司生产的除上述驱动电路外，日本富士公司生产的除上述驱动电路外，日本富士公司生产的EXBEXB系列厚膜驱动器也可选用。系列厚膜驱动器也可选用。系列厚膜驱动器也可选用。系列厚膜驱动器也可选用。 它有它有它有它有840840、841841、850850、851851四个品种，其引脚排列及内部结构框图，如图四个品种，其引脚排列及内部结构框图，如图四个品种，其引脚排列及内部结构框图，如图四个品种，其引脚排列及内部结构框图，如图24-424-4所示。所示。所示。所示。24-4 EXB系列管脚、 内部结构框图及典型应用电路24-4 EXB系列管脚、 内部结构框图及典型应用电路（续） 内部电路原理图其中EXB850、EXB851为标准型，而EXB840、EXB841为高速型。EXB840和EXB850可驱动150A、600V或75A、1200V以下的IGBT功率模块。而EXB841或EXB851可驱动400A、600V或300A、1200V以下的IGBT功率模块。其典型应用电路如图24-5所示。24-5 典型应用电路 由于实验中用的开关管容量均很小，选用东芝公司生产的由于实验中用的开关管容量均很小，选用东芝公司生产的由于实验中用的开关管容量均很小，选用东芝公司生产的由于实验中用的开关管容量均很小，选用东芝公司生产的双列直插双列直插双列直插双列直插8 8脚脚脚脚TLP250TLP250则更为方便。则更为方便。则更为方便。则更为方便。TLP250TLP250引脚排列、内部引脚排列、内部引脚排列、内部引脚排列、内部结构框图及应用电路，如实验结构框图及应用电路，如实验结构框图及应用电路，如实验结构框图及应用电路，如实验2222中图所示。以上列举的驱中图所示。以上列举的驱中图所示。以上列举的驱中图所示。以上列举的驱动电路，可供同学在设计中选用。如想了解其原理及参考动电路，可供同学在设计中选用。如想了解其原理及参考动电路，可供同学在设计中选用。如想了解其原理及参考动电路，可供同学在设计中选用。如想了解其原理及参考更多的电路，可参见李宏编著的更多的电路，可参见李宏编著的更多的电路，可参见李宏编著的更多的电路，可参见李宏编著的电力电子技术设备器件电力电子技术设备器件电力电子技术设备器件电力电子技术设备器件与集成电路应用指南与集成电路应用指南与集成电路应用指南与集成电路应用指南第第第第1 1册及其他参考书。册及其他参考书。册及其他参考书。册及其他参考书。 控制电路确定后，画出完整的电气原理图。再绘制控制控制电路确定后，画出完整的电气原理图。再绘制控制控制电路确定后，画出完整的电气原理图。再绘制控制控制电路确定后，画出完整的电气原理图。再绘制控制电路印制板图，无误后，到制板厂制板（有条件的学校，电路印制板图，无误后，到制板厂制板（有条件的学校，电路印制板图，无误后，到制板厂制板（有条件的学校，电路印制板图，无误后，到制板厂制板（有条件的学校，也可将绘制好的印制板图，打印到转印纸上，并用转印机也可将绘制好的印制板图，打印到转印纸上，并用转印机也可将绘制好的印制板图，打印到转印纸上，并用转印机也可将绘制好的印制板图，打印到转印纸上，并用转印机转印到印制板上，然后进行腐蚀打孔）。然后焊接电路。转印到印制板上，然后进行腐蚀打孔）。然后焊接电路。转印到印制板上，然后进行腐蚀打孔）。然后焊接电路。转印到印制板上，然后进行腐蚀打孔）。然后焊接电路。全部做完后，方可进行调试。全部做完后，方可进行调试。全部做完后，方可进行调试。全部做完后，方可进行调试。1、接好主电路和控制电路，无误后，接通控制电路电源。首先检查三、接好主电路和控制电路，无误后，接通控制电路电源。首先检查三角波及正弦波信号发生电路是否正常，正弦波频率是否可调。正常角波及正弦波信号发生电路是否正常，正弦波频率是否可调。正常后，再检查三角波和正弦波的幅值是否满足要求，调放大器的放大后，再检查三角波和正弦波的幅值是否满足要求，调放大器的放大倍数，使其满意为止。倍数，使其满意为止。2、用示波器检查比较器输出是否为、用示波器检查比较器输出是否为SPWM波。调正弦波的幅值，观察波。调正弦波的幅值，观察 SPWM脉宽是否可调。调正弦波频率调节电位器，观察输出基波频脉宽是否可调。调正弦波频率调节电位器，观察输出基波频率的变化。率的变化。3、用数字示波器观察死区电路输出负脉冲的宽度，当改变死区时间的、用数字示波器观察死区电路输出负脉冲的宽度，当改变死区时间的电阻电阻R及电容及电容C的参数时，负脉冲的宽度是否相应变化，调节脉冲的的参数时，负脉冲的宽度是否相应变化，调节脉冲的宽度与计算值基本相同。宽度与计算值基本相同。4、检查驱动电路输出脉冲（即、检查驱动电路输出脉冲（即IGBT栅极与发射极间的输入脉冲）是否栅极与发射极间的输入脉冲）是否为为SPWM波形。波形。5、控制电路正常后，关掉控制电路电源。并将主电路接通电源。检查、控制电路正常后，关掉控制电路电源。并将主电路接通电源。检查主电路母线电压是否正常。正常后，去掉电源，接上电阻、电感负主电路母线电压是否正常。正常后，去掉电源，接上电阻、电感负载。再接通主电路及控制电路电源。用示波器测量电阻两端的电压载。再接通主电路及控制电路电源。用示波器测量电阻两端的电压是否为正弦波。调节频率电位器，观察频率是否变化。是否为正弦波。调节频率电位器，观察频率是否变化。6、条件允许时，可改变负载电感的值，观察负载电流波形的变化，比、条件允许时，可改变负载电感的值，观察负载电流波形的变化，比较电感变化对输出电流波形的影响。也可电感不变，改变电阻值，较电感变化对输出电流波形的影响。也可电感不变，改变电阻值，观察电流波形的变化，比较电阻变化对输出电流波形的影响。观察电流波形的变化，比较电阻变化对输出电流波形的影响。五、实验内容五、实验内容