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中频感应加热电源及设计(毕业设计参考1).doc46页
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0096编号： 毕业设计论文
中频感应加热电源的设计 院 （系）： 机电与交通工程系 专
业： 电气工程及其自动化 学生姓名： 吴 科 虎 学
号： 0座机电话号码 指导教师单位： 电气工程教研室 姓
名： 何 少 佳 职
称： 高级实验师 题目类型：
工程设计√
工程技术研究
2006年 06月 03 日
中频感应加热以其加热效率高、速度快，可控性好及易于实现机械化、自动化等优点，已在熔炼、铸造、弯管、热锻、焊接和表面热处理等行业得到广泛的应用。
本设计根据设计任务进行了方案设计，设计了相应的硬件电路，研制了20KW中频感应加热电源。
本设计中感应加热电源采用IGBT作为开关器件，可工作在10 Hz～10 kHz频段。它由整流器、滤波器、和逆变器组成。整流器采用不可控三相全桥式整流电路。滤波器采用两个电解电容和一个电感组成Ⅱ型滤波器滤波和无源功率因数校正。逆变器主要由PWM控制器SG3525A控制四个IGBT的开通和关断，实现DC-AC的转换。 设计中采用的芯片主要是PWM控制器SG3525A和光耦合驱动电路HCPL-316J。设计过程中程充分利用了SG3525A的控制性能，具有宽的可调工作频率，死区时间可调，具有输入欠电压锁定功能和双路输出电流。由于HCPL-316J具有快的开关速度（500ns），光隔离，故障状态反馈，可配置自动复位、自动关闭等功能，所以选择其作为IGBT的驱动。
对原理样机的调试结果表明，所完成的设计实现了设计任务规定的基本功能。此外，为了满足不同器件对功率需要的要求，设计了功率可调。这部分超出了设计任务书规定的任务。
关键词：感应加热电源；串联谐振；逆变电路；IGBT
The Intermediate Frequency Induction Heatin
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中频感应加热电源的设计及原理10-8
驱动电路的电源采用7个独立的电源供电，由开关变压；为了防止同一桥臂的上、下管同时导通而引起IGBT；用户能够灵活设计HCPL316J驱动电路和控制电；PWM信号才能正常运行；在接口电路设计中应注意:；①要求驱动芯片的供电电压比较稳定，最大值不能超过；③为了提高系统的抗共模干扰能力，可以在控制器和驱；6辅助直流稳压电源；方案1：采用单一电源供电；方案2：采用双
驱动电路的电源采用7个独立的电源供电，由开关变压器多路输出经整流滤波和三端稳压器得到。正向电压为18V，反向关断电压为－5V，芯片驱动电压为5V。该电压值能保证IGBT可靠工作。为了防止同一桥臂的上、下管同时导通而引起IGBT 直通烧毁，在硬件电路上采用了一端为控制信号另一端接地的方式。每一片的HCPL316J都由管脚1作为控制信号，管脚2全部接地，同时通过控制电路实现死区时间设置来保证上、下管不能直通。用户能够灵活设计HCPL316J驱动电路和控制电路之间的接口。由于HCPL316J 能兼容TTL/CMOS电平，因此可直接将控制器过来的PWM信号接在驱动芯片上。复位信号可采用局部复位、全局复位和自动复位方式。该电路采用了全局复位方式，四组复位信号以或的方式联接在一起，然后以一个信号联接到控制器的复位控制信号上。故障检测信号与复位信号一样，以总线方式联接在一起送进控制器中。控制器采用分立元器件构成的能够产生PWM控制信号的控制电路（详见3控制电路部分）,在HCPL316J内经过光电隔离，复现原有的控制信号去控制IGBT。用555构成单稳态电路检测FAULT信号，如果有故障，则封锁PWM输出。使系统重新工作必须先发出一个RESET信号，然后送出PWM信号才能正常运行。在接口电路设计中应注意:①要求驱动芯片的供电电压比较稳定，最大值不能超过5.5V，否则会损坏芯片；
②该芯片的控制功率电源较多，而且还有部分高压信号与其相连，因此在布线制板时一定要考虑电源之间的间距和芯片输出到IGBT之间的距离；③为了提高系统的抗共模干扰能力，可以在控制器和驱动电路之间加光耦。6
辅助直流稳压电源方案1：采用单一电源供电。这种方法明显不行。因为电路中有模拟电路、数字电路等弱电部分电路，还有感应加热负载的强电流电路。如果采用单一电源，各个部分很可能造成干扰，系统无法正确工作，还可能因为负载过大，电源无法提供足够的工作电流。特别是压机启动瞬间电流很大，而且逆变电路负载电流波动较大会造成电压不稳，有毛刺等干扰，严重时可能造成弱电部分电路掉电。方案2：采用双电源，即电源负载驱动电路等强电部分用一个电源，模拟电路、数字电路等弱电部分用一个电源。这种方法明显比前一种方案可靠性要高，但是电路间还是可能会产生干扰，造成系统不正常，而且还可能会对IGBT的工作产生干扰，影响IGBT的正常工作。方案3：采用多电源供电方式，即对数字电路、模拟电路、驱动电路分别供电，这种方案即降低了系统各个模块间的干扰，还保证了电源能为各部分提供足够的工作电流，提高系统的可靠性。根据上述分析，决定采用方案3。 6.1 三端固定稳压器三端固定稳压器CW78××与LM317不一样，为固定式三端稳压器，它只能输出一个稳定电压。固定式三端稳压器的常见产品如图6.1所示。 图6.1
CW78××、CW79××系列稳压器 CW78××系列稳压器输出固定的正电压，如7805输出为＋5V；CW79××系列稳压器输出固定的负电压，如7905输出为－5V。其典型应用电路如图6.2所示。 图6.2
CW78ww典型应用电路 输入端接电容Ci可以进一步滤除纹波，输出端接电容Co能改善负载的瞬态影响，使电路稳定工作。Ci、Co最好采用漏电流小的钽电容，Co一般不得小于0.1uF ，如采用电解电容，则电容量要比图中数值增加10倍。 IO?5.0VR?IB IB约为3.2mA.6.2 本次设计用的的电源 6.2.1 18伏, 15伏稳压电压电源图6.3所示电路为15伏输出的直流稳压电源。从图可见，稳压电源由变压器、二极管整流桥、滤波器和集成稳压等环节组成。如果把图6.3中的集成稳压器7815换成7818，整流变压器副边绕组电压降为20伏，则稳压电源变为输出18伏的单路直流稳压电源。图6.3
+15伏稳压电压电源6.2.2 ±12伏，±5伏双路稳压电源图6.4所示电路为±12伏输出的直流稳压电源，从图可见，稳压电源与±12V输出的直流稳压电源一样，也是由变压器、二极管整流桥、滤波器和集成稳压等环节组成。如果把图6.4中的集成稳压器7812换成换成7905(注意7912管脚的输入、输出和接地都与7812不同的.)则稳压电源变为输出±5伏的单路直流稳压电源，供给HCPL316J芯片工作。 图6.4
±12伏双路稳压电源（1）使用中应注意：①整流桥输出地端应接在大电解电容上，以利于降噪。电解电容应大于1000 ?F，以为7812三端稳压模块提供较稳定的直流输入。二极管选用IN4004,以便在出现反向电压时可以迅速导通，保护三端稳压模块7812。②为消除三端稳压模块内部产生的高次谐波，抑制稳压电路的自激震荡，实现频率补偿，应在模块两端分别并联一小电容。 6.2.3 元器件选择及参数计算（1）三端稳压器集成稳压器的输出电压 Vo应与稳压电源要求的输出电压的大小及范围相同。稳压器的最大允许电流ICM&Iomax，稳压器的输入电压Vi的范围为Vomax+(Vi-Vo)min≤Vi≤Vomin+(Vi-Vo)max式中，Vmomax为最大输出电压；Vomix为最小输出电压；(Vi-Vo)min为稳压器的最小输入输出压差；(Vi-Vo)max为稳压器的最大输入输出压差。根据电路中所需要的电源，选择、、分别输出+5V、+15V、+18V、+12V、－5V和-12V，其输出电压和输出电流均满足指标要求。（2）输入输出电容输入输出电容的取值如上图所示(主要根据工程经验而得到)，一般为瓷片电容。 （3）变压器二次侧电压有效值和输入电压这两个值的取定决定了相关元器件及参数的选择。一般情况下，输入电压应比输出电压高3V左右(太小影响稳压；太大稳压器功耗大，易受热损坏)。假设+5V的输入为V11，输出为Vo1；+18V的输入为V12，输出为Vo2；+12V的输入为V14,输出为Vo4；-5V的输入为V13,输出为Vo3，-12V的输入为V14， 输出为Vo4，而它们所对应的变压器二次侧电压有效值分别为V21、V22、V23、V24，V25则有，V11=8V，V12=21V，V13=15V，考虑电网电压10%的波动，最终可取V11=9V，V12=23.1V，V13=16.5V。由式V1≈(1.1～1.2)V2可取变压器二次侧电压有效值V21=V11/1.1=8.18V，V22=V12/1.1=21V，V24=V13/1.1=15V鉴于变压器规格的限制，实际应选V21=10V，V22=20V，V24=15V。（4）滤波电容CL由式Ro CL≥(3～5)T/2可暂定Ro CL =5/2T,则CL=5T/2Ro,式中，Ro为CL右边的等效电阻，应取最小值，T为市电交流电源的周期，T=20ms，取Iomax =1A，因此几个电源的Ro分别为，Ro1min=V11/Iomax=1.1×10V/1A=11Ω，所以取C1=5T/2Ro1min=5×20×)≈4545μF,同理有，Ro2min=1.1×20V/1A=22Ω，C4=5×20×)≈2273μF，Ro4min=1.1×18V/1A=18Ω，C10=5×20×)≈2778μF可见，滤波电容容量较大，应选电解电容。受规格的限制，实际容量应选为C1=4700μF/25V，C4=4700μF/30V，C7=4700μF/25V，C10=4700μF/30V，其耐压值要大于相应的输入电压的1.5倍。（5）整流二极管整流二极管的参数应满足最大整流电流IF&Io max (暂定)；最大反向电压VR&2V2，其中V2为变压器二次侧电压有效值。以上四个桥式的所有整流二极管可选IN4001小功率二极管。（6）变压器由V21、V22、V23、V24值选变压器绕组输出电压为10V、20V、15V、18V。考虑电网电压10%的波动，稳压电路的最大输入分别为Pi1max=1.1V11Iomax=1.1×1.1V21Iomax=1.1×1.1×10×1W=12.1W，同理有，Pi2max=1.1V12Iomax=24.2W, Pi3max=12.1W,Pi4max=1.1V14Iomax=21.8W,考虑变压器和整流电路的效率并保留一定的余量，则选变压器绕组的输出功率分别为2个和20W 2个25W。7
硬件调试调试是指调整与测试。测试是在电路组装完成后，对电路的参数（电压或电流）和工作状态进行测量；调整则是在测试的基础上对电路的某些参数进行修改，使其符合设计性能指标的要求。在进行调试之前，应明确调试目标，知道调试步骤、调测方法和所用仪器等。做到心中有数，只有这样，才能保证调试工作圆满完成。先将中频感应加热电源整个系统按功能分成三个功能模块，对控制电路、单相桥式包含各类专业文献、行业资料、外语学习资料、各类资格考试、高等教育、中学教育、幼儿教育、小学教育、中频感应加热电源的设计及原理10等内容。　
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中频感应加热电源的设计及原理01-8
驱动电路的电源采用7个独立的电源供电，由开关变压；为了防止同一桥臂的上、下管同时导通而引起IGBT；用户能够灵活设计HCPL316J驱动电路和控制电；PWM信号才能正常运行；在接口电路设计中应注意:；①要求驱动芯片的供电电压比较稳定，最大值不能超过；③为了提高系统的抗共模干扰能力，可以在控制器和驱；6辅助直流稳压电源；方案1：采用单一电源供电；方案2：采用双
驱动电路的电源采用7个独立的电源供电，由开关变压器多路输出经整流滤波和三端稳压器得到。正向电压为18V，反向关断电压为－5V，芯片驱动电压为5V。该电压值能保证IGBT可靠工作。为了防止同一桥臂的上、下管同时导通而引起IGBT 直通烧毁，在硬件电路上采用了一端为控制信号另一端接地的方式。每一片的HCPL316J都由管脚1作为控制信号，管脚2全部接地，同时通过控制电路实现死区时间设置来保证上、下管不能直通。用户能够灵活设计HCPL316J驱动电路和控制电路之间的接口。由于HCPL316J 能兼容TTL/CMOS电平，因此可直接将控制器过来的PWM信号接在驱动芯片上。复位信号可采用局部复位、全局复位和自动复位方式。该电路采用了全局复位方式，四组复位信号以或的方式联接在一起，然后以一个信号联接到控制器的复位控制信号上。故障检测信号与复位信号一样，以总线方式联接在一起送进控制器中。控制器采用分立元器件构成的能够产生PWM控制信号的控制电路（详见3控制电路部分）,在HCPL316J内经过光电隔离，复现原有的控制信号去控制IGBT。用555构成单稳态电路检测FAULT信号，如果有故障，则封锁PWM输出。使系统重新工作必须先发出一个RESET信号，然后送出PWM信号才能正常运行。在接口电路设计中应注意:①要求驱动芯片的供电电压比较稳定，最大值不能超过5.5V，否则会损坏芯片；
②该芯片的控制功率电源较多，而且还有部分高压信号与其相连，因此在布线制板时一定要考虑电源之间的间距和芯片输出到IGBT之间的距离；③为了提高系统的抗共模干扰能力，可以在控制器和驱动电路之间加光耦。6
辅助直流稳压电源方案1：采用单一电源供电。这种方法明显不行。因为电路中有模拟电路、数字电路等弱电部分电路，还有感应加热负载的强电流电路。如果采用单一电源，各个部分很可能造成干扰，系统无法正确工作，还可能因为负载过大，电源无法提供足够的工作电流。特别是压机启动瞬间电流很大，而且逆变电路负载电流波动较大会造成电压不稳，有毛刺等干扰，严重时可能造成弱电部分电路掉电。方案2：采用双电源，即电源负载驱动电路等强电部分用一个电源，模拟电路、数字电路等弱电部分用一个电源。这种方法明显比前一种方案可靠性要高，但是电路间还是可能会产生干扰，造成系统不正常，而且还可能会对IGBT的工作产生干扰，影响IGBT的正常工作。方案3：采用多电源供电方式，即对数字电路、模拟电路、驱动电路分别供电，这种方案即降低了系统各个模块间的干扰，还保证了电源能为各部分提供足够的工作电流，提高系统的可靠性。根据上述分析，决定采用方案3。 6.1 三端固定稳压器三端固定稳压器CW78××与LM317不一样，为固定式三端稳压器，它只能输出一个稳定电压。固定式三端稳压器的常见产品如图6.1所示。 图6.1
CW78××、CW79××系列稳压器 CW78××系列稳压器输出固定的正电压，如7805输出为＋5V；CW79××系列稳压器输出固定的负电压，如7905输出为－5V。其典型应用电路如图6.2所示。 图6.2
CW78ww典型应用电路 输入端接电容Ci可以进一步滤除纹波，输出端接电容Co能改善负载的瞬态影响，使电路稳定工作。Ci、Co最好采用漏电流小的钽电容，Co一般不得小于0.1uF ，如采用电解电容，则电容量要比图中数值增加10倍。 IO?5.0VR?IB IB约为3.2mA.6.2 本次设计用的的电源 6.2.1 18伏, 15伏稳压电压电源图6.3所示电路为15伏输出的直流稳压电源。从图可见，稳压电源由变压器、二极管整流桥、滤波器和集成稳压等环节组成。如果把图6.3中的集成稳压器7815换成7818，整流变压器副边绕组电压降为20伏，则稳压电源变为输出18伏的单路直流稳压电源。图6.3
+15伏稳压电压电源6.2.2 ±12伏，±5伏双路稳压电源图6.4所示电路为±12伏输出的直流稳压电源，从图可见，稳压电源与±12V输出的直流稳压电源一样，也是由变压器、二极管整流桥、滤波器和集成稳压等环节组成。如果把图6.4中的集成稳压器7812换成换成7905(注意7912管脚的输入、输出和接地都与7812不同的.)则稳压电源变为输出±5伏的单路直流稳压电源，供给HCPL316J芯片工作。 图6.4
±12伏双路稳压电源（1）使用中应注意：①整流桥输出地端应接在大电解电容上，以利于降噪。电解电容应大于1000 ?F，以为7812三端稳压模块提供较稳定的直流输入。二极管选用IN4004,以便在出现反向电压时可以迅速导通，保护三端稳压模块7812。②为消除三端稳压模块内部产生的高次谐波，抑制稳压电路的自激震荡，实现频率补偿，应在模块两端分别并联一小电容。 6.2.3 元器件选择及参数计算（1）三端稳压器集成稳压器的输出电压 Vo应与稳压电源要求的输出电压的大小及范围相同。稳压器的最大允许电流ICM&Iomax，稳压器的输入电压Vi的范围为Vomax+(Vi-Vo)min≤Vi≤Vomin+(Vi-Vo)max式中，Vmomax为最大输出电压；Vomix为最小输出电压；(Vi-Vo)min为稳压器的最小输入输出压差；(Vi-Vo)max为稳压器的最大输入输出压差。根据电路中所需要的电源，选择、、分别输出+5V、+15V、+18V、+12V、－5V和-12V，其输出电压和输出电流均满足指标要求。（2）输入输出电容输入输出电容的取值如上图所示(主要根据工程经验而得到)，一般为瓷片电容。 （3）变压器二次侧电压有效值和输入电压这两个值的取定决定了相关元器件及参数的选择。一般情况下，输入电压应比输出电压高3V左右(太小影响稳压；太大稳压器功耗大，易受热损坏)。假设+5V的输入为V11，输出为Vo1；+18V的输入为V12，输出为Vo2；+12V的输入为V14,输出为Vo4；-5V的输入为V13,输出为Vo3，-12V的输入为V14， 输出为Vo4，而它们所对应的变压器二次侧电压有效值分别为V21、V22、V23、V24，V25则有，V11=8V，V12=21V，V13=15V，考虑电网电压10%的波动，最终可取V11=9V，V12=23.1V，V13=16.5V。由式V1≈(1.1～1.2)V2可取变压器二次侧电压有效值V21=V11/1.1=8.18V，V22=V12/1.1=21V，V24=V13/1.1=15V鉴于变压器规格的限制，实际应选V21=10V，V22=20V，V24=15V。（4）滤波电容CL由式Ro CL≥(3～5)T/2可暂定Ro CL =5/2T,则CL=5T/2Ro,式中，Ro为CL右边的等效电阻，应取最小值，T为市电交流电源的周期，T=20ms，取Iomax =1A，因此几个电源的Ro分别为，Ro1min=V11/Iomax=1.1×10V/1A=11Ω，所以取C1=5T/2Ro1min=5×20×)≈4545μF,同理有，Ro2min=1.1×20V/1A=22Ω，C4=5×20×)≈2273μF，Ro4min=1.1×18V/1A=18Ω，C10=5×20×)≈2778μF可见，滤波电容容量较大，应选电解电容。受规格的限制，实际容量应选为C1=4700μF/25V，C4=4700μF/30V，C7=4700μF/25V，C10=4700μF/30V，其耐压值要大于相应的输入电压的1.5倍。（5）整流二极管整流二极管的参数应满足最大整流电流IF&Io max (暂定)；最大反向电压VR&2V2，其中V2为变压器二次侧电压有效值。以上四个桥式的所有整流二极管可选IN4001小功率二极管。（6）变压器由V21、V22、V23、V24值选变压器绕组输出电压为10V、20V、15V、18V。考虑电网电压10%的波动，稳压电路的最大输入分别为Pi1max=1.1V11Iomax=1.1×1.1V21Iomax=1.1×1.1×10×1W=12.1W，同理有，Pi2max=1.1V12Iomax=24.2W, Pi3max=12.1W,Pi4max=1.1V14Iomax=21.8W,考虑变压器和整流电路的效率并保留一定的余量，则选变压器绕组的输出功率分别为2个和20W 2个25W。7
硬件调试调试是指调整与测试。测试是在电路组装完成后，对电路的参数（电压或电流）和工作状态进行测量；调整则是在测试的基础上对电路的某些参数进行修改，使其符合设计性能指标的要求。在进行调试之前，应明确调试目标，知道调试步骤、调测方法和所用仪器等。做到心中有数，只有这样，才能保证调试工作圆满完成。先将中频感应加热电源整个系统按功能分成三个功能模块，对控制电路、单相桥式包含各类专业文献、文学作品欣赏、各类资格考试、幼儿教育、小学教育、中学教育、中频感应加热电源的设计及原理01等内容。　
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& 双路可调直流稳压电源 双路输出可调直流稳压电源在整流电路后面为何要加滤波电路 。
双路可调直流稳压电源 双路输出可调直流稳压电源在整流电路后面为何要加滤波电路 。
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双路输出可调直流稳压电源在整流电路后面为何要加滤波电路 。整流电路后所加电容是为了滤掉电源中的纹波,起到填谷作用。如果不用滤波电容,那么稳压输出的电压就会有很大的纹波。
稳压后的直流电中难免会有抖动 比如稳压5v 不可能理想的稳压的,外来干扰和稳压器件性能波动等的存在,可能会在5v的稳压电压上。
因为电流不稳定平滑(有残余交流成份),所以电大容量的电容滤波,滤除残余的交流成份,使直流电更平滑纯净,这样用于直流电源。双路可调直流稳压电源如下图,坐等!!!!
问的问题比较奇怪。 直流稳压电源,输出的电压是稳定不变的(当然可调的稳压电源可以调整这个值的大小),输出的电流是随负载变化的,但是不能超出其额定功率。
如果认为有帮助,请你及时处理,选择“满意答案”不要忘了,不问不管。为什么我做的双路可调直流稳压电源接上负载后负电那边降压。你的变压器如果带中心抽头的话,电路上没有问题。可以测量负载的电流,是否超过LM337的最大输出电流,TO-92的是100mA否则可以考虑更换LM337,检查D5,D6是否有开路
你这肯定是负载不一样 地的电位漂移了。没有见过你这种用变压器的 你应该用两个单独绕组变压器, 不然的话你就要在前面的电解电。双路可调直流稳压电源中的“双路”什么意思 双路说的是这个电源有两路独立输出,这个容易理解吧?
就是有两路电压可分别调节后输出。可不可以用LM317和LM337组合设计0-±15V双路可调直流稳。最佳答案1：朋友,本来使用LM317就可以实现你0---正负15伏双路直流稳压电源的啊,不过使用LM317和LM337组合设计也可以的。你输入电压要超过30伏才可以,市电220伏应该选择220伏变30伏交流变压器,功率不少于80瓦左右。 最佳答案2：可以用LM317和LM337组合设计0-±15V双路可调直流稳压电源 输入电压最大为±30V 市电220V应选用多大的变压器变压看需要多大的功率。正负可调双路直流稳压电源的技术指标市面上销售的双路电源,一般有主从两路,所谓跟踪可调,就是两路输出串并联或其它关联方式下,调节主输出的电压时,从输出的值会相应变动。双路可调直流稳压电源中的“双路”什么意思麻烦告诉我_百。朋友看看这个实物的图片,最下面3个旋钮一组的(分别是正、负、接地)就是一路输出,具体输出的电压电流是对应的上边2个大旋钮完成的。这个可以做串联和并联调试,所以最下边还多出了2个旋钮一组的(一般的双路可调直流稳压电源没有这组)。双路输出可调直流稳压电源中在整流滤波电路以后为何还要加。 应当是为了给后续的调压电路1个稳定的供电。双路可调直流稳压电源中的“双路”什么意思。
双路说的是这个电源有两路独立输出 朋友看看这个实物的图片,最下面3个旋钮(分别是正、负、接地)一组的就是一路输出,这个电源是双路的,所以有2组3个旋钮的。具体输出的电压电流是对应的上边2个大旋钮完成的。这个可以做串联和并联调试,所以最下边还多出了2个旋钮一组的(一般的双路可调直流稳压电源没有这组)。
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