1、大連交通大學碩士學位論文基于DSP的道路照明節(jié)電器的設計姓名：周劍申請學位級別：碩士專業(yè)：控制理論與控制工程指導教師：陳汝義20090613摘要摘要在道路照明系統(tǒng)中，由于電網電壓波動較大，燈具經常工作在過載狀態(tài)，消耗和浪費的電能很大。目前國內普遍的調壓裝置還是單純的使用可控硅移相調壓技術，將切割后的波形直接輸出，由于可控硅的自身特性而使輸出的正弦波產生損缺，含有大量的諧波，加快了照明系統(tǒng)中電纜的老化速度，并對路燈照明系統(tǒng)周圍的通訊設備產生干擾，降低了照明系統(tǒng)運行的可靠性，也對電網造成了污染。放棄相控方案，取而代之以高頻調制技術來解決此類電力公害問題己勢在必行。本文首先介紹了照明節(jié)電的現狀和意義

2、及目前國內外主要應用的節(jié)電技術，并指出了目前照明節(jié)能技術存在的弊端。為了解決這一問題，本文確定了應用全控型電子開關元件代替可控硅的交流斬波調壓的控制方案來設計照明節(jié)電器，采用器件及專用驅動電路，開發(fā)研制基于斬波控制的調壓節(jié)能控制裝置。本文依據照明電壓的控制需要，在論述了調壓控制工作原理的基礎上，設計了調壓裝置主電路，保護驅動電路及控制器硬件電路，提出了斬波調壓控制算法及數據處理方法，同時基于的全數字式控制方法，結合高頻脈寬調制信號，電壓負反饋，數字控制，完成了調壓電路的設計和控制系統(tǒng)的開發(fā)。系統(tǒng)軟件的實現方法采用程序組態(tài)軟件來編寫，提高了程序的執(zhí)行效率。本課題不但可以實現穩(wěn)定的正弦輸出電壓，而

3、且用這種方法設計的大功率調壓裝置用于多盞路燈同時調光時，能夠提高燈具的壽命和功率因數。本課題測試的樣品為的高壓鈉燈，最終結果表明，課題達到了預期的效果關鍵詞：交流調壓；：；照明節(jié)電人迓交通人學：學碩卜產？，淪史，垂！，：；：；大連交通大學學位論文獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝及參考文獻的地方外，論文中不包含他人或集體已經發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得太蓬塞通太堂或其他教育機構的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。本人完全意識到本聲

4、明的法律效力，申請學位論文與資料若有不實之處，由本人承擔一切相關責任。學位論文作者簽名：同匆日期：年月日大連交通大學學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解太董塞通太堂有關保護知識產權及保留、使用學位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學位期間論文工作的知識產權單位屬太整鑾通太堂：，本人保證畢業(yè)離校后，發(fā)表或使用論文工作成果時署名單位仍然為太董塞通太堂。學校有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件及其電子文檔，允許論文被查閱和借閱。本人授權太整塞通太堂可以將學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編學位論文。（保密的學位論文在解密后應遵守此

5、規(guī)定）學位論文作者簽名：蝴日期：年月日導師簽名日期：學位論文作者畢業(yè)后去向：工作單位：大連一汽大眾發(fā)動機廠通訊地址：大連開發(fā)區(qū)黃河中路號電子信箱：電話：郵編：第一章緒論第一章緒論課題背景（）照明用電的損耗：隨著國家經濟的快速發(fā)展，能源問題同益突出，目自仃普遍存在著能源使用效率很低，能源消耗居高不下的問題。電力資源十分緊缺，已經成為制約國家經濟發(fā)展的重要瓶頸。掘統(tǒng)計，我國照明用電量己占總用電量的以上，已在實施的“中國綠色照明工程”明確指出，照明節(jié)電已經成為節(jié)約電能的一個重要方面。（）現有常用的照明燈具：現有常用照明燈具絕大部分是氣體放電燈，主要有：日光燈、高壓水銀燈、會屬鹵化燈、高低壓鈉燈等等。

6、氣體放電燈因其發(fā)光效率高而被廣泛采用，但這些燈具在電能的利用上有著明顯的缺陷，即功率因數很低，一般功率因數僅為。（）現有照明存在的問題：電能浪費大：深夜用電低谷時，電網電壓會顯著上升，一般可達以上，過高的電壓會產生不必要的電費開支。氣體放電燈的功率因數很低，如不采取措施，也會造成電能的很大浪費。燈具壽命短：氣體放電燈的設計使用壽命一般只有幾千小時，在電網電壓頻繁變化或過高的電壓下，壽命就更短。照明方式弊?。汗舱彰鞒２捎玫母舯K關燈的省電方法，給治安及交通安全埋下了隱患，而且不能避免后半夜電網電壓升高后，造成電能的浪費和對燈具壽命的減損。節(jié)電不省錢：很多用戶采用節(jié)能型的光源，出現了“節(jié)電不省錢”

7、的不正?，F象，原因是沒能有效控制電壓波動和浪涌瞬變以及諧波污染，使節(jié)能型光源的壽命大為縮短，故障頻出。照明節(jié)電的依據（）現有電網供電情況：電力供電系統(tǒng)中為了避免送電過程中的線路損耗及用電高峰時造成的木端電壓過低，往往都足高電壓傳輸，特別是深夜用電低谷時，電網電壓更高，高電壓只會帶來燈具的加速損壞和更高的電費支出，通過適當降低路燈兩端電壓，來達到節(jié)能以及延長燈具壽命的目的是可行的。（）燈具工作電壓：氣體放電燈只是在啟動時需要較高的工作電壓，而當燈幣常點燃后適當降低并穩(wěn)定供電電壓，即可保持其常的照度。人近交通人。彤乏礦淪艾（）視覺的敏銳度：人的眼睛對照度的敏銳度小楚線性關系，而足對數父系。根據視覺

8、與光強的對視理論，光強降低，視覺僅降低，因此適當降低路麗照度對行人的影響并不是很大。（）氣體放電燈的壽命：所有氣體放電燈在使用自訂期，其亮度都比設計值（壽命終止時的亮度）高出，當燈達到壽命終點時，其亮度正好達到目標設計值。根據這一特點，利用照明節(jié)電裝置補償燈的這一老化過程，在保證薩常亮度的情況下，可實現節(jié)電。如圖所示，當施加在燈兩端的二：作電壓由額定值下降至時，照度變化不明顯，功耗卻顯著減小，壽命也會延長很多，照明節(jié)電裝置就是根據這個原理來工作的。；耋姍鈣黔?。ǎ﹫D氣體放電燈的照度、功耗、壽命與電壓的關系曲線、課題研究的目的及意義正如前文所述，路燈建設不僅僅存在電能耗費過度的問題，電網電壓波動

9、的沖擊力也會對路燈及乜網中的其他設備都會造成影響，因此，路燈的節(jié)能控制技術已成為熱門的研究課題。路燈是我團經濟發(fā)展和國家建設中必需的用電設備，在我國的整體用電量所占比例巨大，如果通過節(jié)能裝置對其進行有效控制，就能夠降低電力損耗，達到節(jié)約能源，降低生產安裝的成本，有助于：我國經濟的快速發(fā)展。本文研究的路燈照明了電器是基于斬控式的調壓方式，采用脈寬調制技術（），有效的調節(jié)路燈的端電壓，控制路燈的照明亮度，改變了路燈在不同時段的耗電量，從第一章緒論而克服了過去相控式的很多缺點，可以提供幾乎是純正弦的電壓波形，很大程度地降低了諧波對電網的污染，大大的改善了功率兇數，達到了節(jié)約電能的目的。課題的國內外研

10、究現狀國外研究現狀近年來，國際節(jié)電研究界提出了一種叫“在保證照明效果下點著燈節(jié)電”的新概念，這樣的概念才是科學的，合理的，這是發(fā)達國家道路照明系統(tǒng)的重要設計思想。近年來，美國和同本照明節(jié)能技術集中在使用緊湊型熒光燈和熒光燈采用鎮(zhèn)流器兩個方面，兩個國家中用新技術替換老產品的過程有點不同。年美國銷售的鎮(zhèn)流器中電子的占，而日本只有，而兩個國家在銷售緊湊型熒光燈占白熾燈的比例中，美國只占，日本占了。兩個國家的省和地方都在立法，鼓勵和普及活動這三方面做文章，旨在推動節(jié)能產品的廣泛使用。一個國家的民眾、經濟和能源情況均有所區(qū)別，所以在節(jié)能措施上也有所差異。電費的高低是決定能效因素的首要考慮內容，同本電費在

11、發(fā)達國家中最貴，約為美國的倍，因此，在日本推進節(jié)能工作既早又容易，只要提供相應產品的信息就可以使他們購置節(jié)能產品，當然像稅收上的一些鼓勵政策也會起點作用，但遠沒有電費價格的驅動力。倘若有些消費者在推銷采用節(jié)能產品時不那么積極的話，那么使用立法和宣傳活動就能鼓勵消費者購買節(jié)能產品，這就取決于采用的方式方法了，總之電費是起到推動國家節(jié)能產品使用的有力杠桿。國外的照明節(jié)能技術的發(fā)展具有以下特點：（）大力推動綠色照明，在光源的材料，使用規(guī)范上加以有效管理，出臺了一系列的標準和管理要求，將照明節(jié)能推廣到全民范圍。（）不斷提高功率器件性能要求，主要體現在鎮(zhèn)流裝置上技術提高。通過對鎮(zhèn)流器技術改進柬提高照明設

12、備的功率因數。（）積極推廣節(jié)能獎勵政策，鼓勵民眾節(jié)能，節(jié)電，建立了完善有效的獎勵機制。國內研究現狀目自訂我國市場上有多種路燈節(jié)能控制產品，能達到一定節(jié)能效果，但就功能和效果上還不能盡如人意，主要有以下幾類情況：采用自耦變壓器及磁飽和電抗器的降壓技術，其不足在于反應速度較慢，用電高峰時電壓降到非穩(wěn)定區(qū)，容易造成燈光閃滅，不能自動調節(jié)，司時如果電壓突然升高，則不能避免燈具受到市電的瞬時高壓沖擊，對燈具的保護能力較差，相對來說穩(wěn)壓功能較茲。針對磁飽和電抗器來說，除了上述不足外，人連交通人順忙論艾其效率也普遍偏低，而采崩電子器件構成的町控硅設備，該設備主要采取簡單的相控技術，足之處是，件易發(fā)熱燒壞，由

13、：采用相控技術產生的諧波污染電網，使燈光及氣體放電燈不停閃動，減損燈具壽命及相關附件的使用壽命，降低照明質量，不綠色環(huán)保，園家相關規(guī)定已明令禁止使用這種無功補償技術沒備引。一一個較為理想的照明節(jié)電裝置一般應具備如下功能：（】）提自礦預熱性能。燈的啟動分為個過程，點火時不穩(wěn)定的“輝光”放電和分鐘后的“弧光”放電，“輝光”放電嚴重影響燈具壽命，為減少“輝光”放電時間，點燈后必須維持足夠長時的額定預熱電壓，從而延長光源壽【。（）無級連續(xù)調節(jié)電壓和穩(wěn)壓功能。避免燈具由于電壓突變或高壓沖擊而造成燈具而造成火燈現象。（）綠色環(huán)保功能，照明節(jié)電裝置本身不應產生諧波畸變，并對路燈電器產生的諧波具有抑制功能，不

14、對電網造成污染，同時能避免閃爍，眩光等光污染對人類的危害。照明供電系統(tǒng)電壓偏高的危害隨著我國電力工業(yè)的迅速發(fā)展，尤其是電網發(fā)電總功率的增加和城市照明供電質量的改善，長期以來困擾不少用電部門的供電電壓偏低的狀況得到了有效的改善，但隨之而束的是部分區(qū)域也出現了供電電壓偏高的現象，而且在電力供電供應輸送過程中，為了避免送電過程中供電線路的損耗，電業(yè)部門會以較高的電壓傳送以確保用電設備達到額定電壓，因此用戶實際的承受電壓會高于照明器具或設備的額定電壓，尤其是在用電負荷中存在動力設備時，電網輸出電壓值往往高于額定值左右。由于供電系統(tǒng)在供電高峰期用電量較大，造成了末端用戶的電壓較低。為了保證在用電高峰時，

15、動力系統(tǒng)也能正常工作，變壓器輸出電壓設計值要高于電器額定值，尤其是在電氣照明系統(tǒng)中，經技術人員現場測試，發(fā)現深夜期日最高電壓竟達到，其平均電壓也為，已超過了行業(yè)部門關于照明電壓不應超過額定電壓（）的的基本要求，而照明電壓的偏高也將給用電設備的正常工作帶來諸多不利影響，其主要表現形式有如下幾種：（）偏高的工作電壓將直接影響燈泡和其他電器的使用壽命。在城市照明系統(tǒng)中部分電壓偏高的區(qū)域，路燈的燈管和鎮(zhèn)流器的損壞率與在電壓正常的照明電路時相比明顯偏高。偏高的工作電壓對于質量低劣的電子鎮(zhèn)流器節(jié)能燈產品的壽命影響更為明顯。（）偏高的作電壓叫樣對電動機，變壓器類的用電設備的使用壽命及工作性能帶柬渚多不良影響

16、。對于電機類設備，由于其自身鐵耗幾乎與其工作電的平方成正比，第一謄緒論偏高的工作電，將使電機的損耗顯著上升，電機發(fā)熱嚴重，長時日工作將直接影響電機的正常使用壽命，同時還會使電機的運行噪聲增加，整體工作效率下降；（）偏高的工作電壓同樣會導致輸電線路的線損增加，加速線路老化。偏高的工作電壓將使無功補償柜中的電力電容器難以投入，還會使交流接觸器的吸合線圈發(fā)熱嚴重，運行噪聲增加。課題的研究內容和研究方法針對路燈照明中常用的高壓鈉燈觸發(fā)和運行電壓的特點，在一定的允許范圍內通過降低電壓，降低耗電功率（相應降低照度）可以達到節(jié)能的效果。因此在本論文中采用了交流斬波調壓的方式，這種方式是利用全控電力電子器件組

17、成雙向開關，把輸入到負載的征弦交流電壓按一定規(guī)律周期性的接通關斷，控制一個周期內的通斷占空比，即可調節(jié)輸出到負載端電壓的有效值。這種方案能有效的降低電網的諧波污染，由于課題采用進行調光方式的閉環(huán)工作，這樣既可以避免深夜的電網壓升高對鈉燈壽命的影響，又可以對高壓鈉燈工作的整個時段進行全自動控制。本章小結本章首先介紹了目前國內道路照明用電的狀況，并提出路燈照明節(jié)能有著充分的理論依據。通過分析國內外的路燈節(jié)能技術手段以及闡明電網電壓偏高的危害之后，針對傳統(tǒng)的高壓鈉燈提出一種新穎的調壓方案，將過去使用在風機，泵類調速等方面的交流斬波調壓的方法應用到高壓鈉燈的調光場合，并采用現代電力電子器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的半

18、控型器件，應用高頻技術來實現調壓節(jié)能的目的，這種工作方式能有效的降低對電網的諧波污染，提高路燈的功率因數。人造乏亙人學，哥碩卜丫伊論文第二章的介紹和交流調壓方式的分析絕緣柵雙級型晶體管的介紹絕緣柵雙極型晶體管是年代初功率半導體器件技術與工藝技術相結合而研制出的一種復合型器件。眾所周知，構成的和各有其優(yōu)缺點。屬單極型器件，具有開關頻率高，沒有二次擊穿現象，原件并聯運行容易、控制功率小的優(yōu)點，缺點是導通電阻大，耐壓水平不容易提高；屬于雙極型器件，具有耐壓水平高，電流大，導通電壓低的特點，缺點是開關時間長，有二次擊穿現象以及控制功率大。因此，兼具和優(yōu)點的新型復合器件應運而生，具有耐壓高，電流大，開關

19、頻率高，導通電阻小，控制功率小等特點【】，并且隨著技術的發(fā)展，其性能不斷得到改善和提高，使得在大功率開關電源設備中的地位越來越重要，如，電焊機，電機驅動，特種工業(yè)電源等。下面就對的基本結構，工作原理，主要參數，特性做詳細的介紹。的基本結構和工作原理絕緣柵雙極型晶體管是由和組成復合全控型電壓驅動式電力電子器件，結構剖面圖如圖（）所示【”，由圖可知，是在功率的基礎上發(fā)展起來的，兩者結構十分相似，不同之處在于多一個層發(fā)射極，可形成結，并由此引出漏極，門極和源極與類似。從結構圖可以看出，相當于一個由驅動的厚基區(qū)，其等效電路如圖（）所示，圖中的電阻是厚基區(qū)內的調制電阻，風是區(qū)的橫向電阻，由和構成一個可控

20、硅結構，因而有電流擎柱效應。由結構圖可知是以為主導元件，為驅動元件的達林頓結構。隧雪錨曩（）（）圖的削面結構圖和等效電路第：爭的介，和交流調樂方式的分忻的開通和關斷是由門極電瓜來控制的，門極施以電壓時，內形成溝道，并為晶體管提供基極電流，從而使導通，在門極上施以負電壓時，內的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，即關斷當為負時，結處于反向偏置狀態(tài)，類似與反向偏置二極管，器件呈反向阻斷狀念。當為薩時，有兩種可能：（）若門極電壓小于開啟電壓，即時，則溝道不能形成，器件呈現阻斷狀態(tài)；（）若門極電壓大于開啟電壓，即時，絕緣門極下面的溝道形成，區(qū)的電子通過溝道進入漂移區(qū)，漂移到結，此時結是下向偏置，也向區(qū)注

21、入空穴，從而在區(qū)產生電導調制，使器件正向導通。在器件導通之后，若將門極突然電壓突然減至零，則溝道消失，通過溝道的電子電流為零，使漏極電流有所突降，但由于區(qū)注入了大量的電子，空穴對，因而漏極電流不會馬上為零，而出現一個拖尾時間引?；咎匦杂山Y構圖可知，相當于由驅動的，驅動特性與的驅動特性類似，屬于電壓控制型器件，工作的可靠性與驅動電路有很大的關系，驅動電路受其結構，柵極特性，柵射特性等因素影響，正確了解其特性是設計驅動保護電路的關鍵。的靜態(tài)特性包括轉移特性，輸出特性，通態(tài)特性和柵極特性，動態(tài)特性包括開通特性和關斷特性。的轉移特性圖所示為的轉移特性【，它描述的是集電極電流與柵射極電壓之問的關系。開

22、啟電壓）是能實現電導調制而導通的最低柵射電壓。通常、的值為（攝氏度），（）隨溫度升高而略有下降，溫度每升高度，其值就下降左右。加在柵射極問的最高電壓由流過集電極的最大電流所限定，一般柵射極電壓的最佳值墩右。近交通人。碩：聲論艾蜀圖的轉移特性的輸出特性圖所示為的輸出特性【，它描述的是以柵射極電壓為參考變量時，集電極電流與集射極電壓之間的關系。的輸出特性分為三個區(qū)域：正向阻斷區(qū)，有源區(qū)和飽和區(qū)。輸出電流由柵射極電壓控制，柵射極電壓越大，輸出電流越大。在電力電子電路中，工作在開關狀態(tài)，因而是在正向阻斷區(qū)和飽和區(qū)之間來回轉換。，飽和區(qū)一有海區(qū)反向阻斷區(qū)圖的輸出特性第：幸的介雪“交流調樂方式的分析的通態(tài)

23、特性（）通態(tài)壓降：隨著技術的發(fā)展，的通念壓降越來越小，從而使其電流密度越來越高，但是必須注意，廠家給出的器件的通態(tài)飽和壓降是有一定條件的。在實際應用中是一個變量，其值與集電極電流，器件結溫以及柵極電壓有關，如圖所示，其在小電流范圍內溫度系數為負，在大電流范圍內溫度系數為正的特性使得容易并聯運行。（）通態(tài)電流：器件外殼溫度為環(huán)境溫度時的最大連續(xù)集電極電流，即時的電流。在實際應用中，器件的通流能力取決于最終器件結溫是否超過器件所允許的最大結溫。圖所示為與器件外殼溫度的關系曲線，不考慮接觸電阻，則接到環(huán)境的熱阻為：，納尺晴尺。一（乙一瓦）只一（尺尺晴。）只乙（）（）因此器件通流能力與器件熱阻，散熱器

24、熱阻，功耗以及環(huán)境溫度有關，不能簡單地定義模塊能通過多大的電流。如果在設計中選擇了一個開關速度快，通態(tài)壓降小，芯片面積大的模塊，讓他在較小的電流下運行，單純從額定電流的角度看，似乎蛋較大，但你將得到同樣的結溫下，低的功率損耗和小的散熱器體積，或同樣的散熱器下，熱的運行溫度和高的可靠性。（。，一：，：。岫（）圖與，的關系，人造交通人；：！。：碩卜丫汀論艾吲加一一，（）圖與外殼溫度的關系的柵極特性圖所示為的開關等效電路。其中考慮了的柵射極間電容，柵集極問電容，發(fā)射極回路中存在的漏感，柵極串聯電阻等分布參數，這些參數對的丌關特性和安全使用都會產生較大的影響。，匕。圖的開莢等效電路從結構上看，的柵極是

25、通過一層氧化膜與射極實現電隔離的，該氧化層很薄，其矗穿電壓一般為引，兇此常發(fā)牛柵極擊穿而使失效的情況。這種故障具有一定的隱蔽性，而在實際應用中，表面，卜看來柵極的驅動電往保證了柵極沒第：一節(jié)的介糾，卜自！交流凋方式的分忻有超過其最大額定電壓，但柵極連線的寄生電感和柵集極電容禍合會產生使氧化層損壞的振蕩電壓。因此，通常采用絞線束傳送驅動信號以減小連線電感；另外，可在柵極連線中串聯小阻值電阻以抑制不希望的振蕩電壓；在柵射極問并聯反串聯的穩(wěn)壓管和旁路電阻也是吸收柵極過電壓，防止柵極擊穿的有效措施。在實際應用中我們還注意到，柵極驅動電壓的幅值對柵極驅動電壓波形也有較大的影響。正柵極電壓決定著的飽和導通

26、壓降，隨著詎柵極驅動電壓的增加，飽和導通壓降減小。由于飽和導通壓降是使發(fā)熱的主要損耗之一，因此必須盡量減小以獲得較高的運行效率，因此柵極驅動電壓為，又因為過高，容易因柵極振蕩電壓造成柵極擊穿，因此柵極驅動電壓一般取。關斷時，給其柵射極施加一定的負偏壓，有利于提高裝置的抗干擾能力，對提高關斷時能承受的電壓上升率也有較大的作用，柵射極問所加的負偏壓通常取。的開通特性在開通過程中，的集電極電流受柵極與發(fā)射極之間的電壓控制。，一一二圖理想的開通過程先討論在理想條件下的波形，即直流回路沒有電感，二一：極管沒有恢復電荷。理想波形如圖所示。在刻通過串聯電阻加入門極電壓，丌始七升，對柵射極電容充電。當的柵射極

27、電壓超過閥值時，集電極電流開始流動，集電極電流上升的速度與柵射極電壓上升速度有關，同時二極管電流下降，二極管與綜合的電流等于輸出電流。在至的時內，二極管中的電流下降，但是二極管仍然處于詎向導通狀態(tài)，二極管兩端的電壓仍然保持向導通的電平，也就是說，全部直流電壓仍然作用在：，而同時承受著逐漸增加的電流，結果使得此期問內的瞬時人迕交通人：硼！“孑：何論文功耗很夫。時刻，輸出電流轉劍，同時二極管電流接近于零，二二極管）始承受反向電瓜，在與之、日，二級管電壓丌始上升，而集射電臟對應卜降。電在時刻達到最小，此時：關過程轉換完畢。；卜一。一一，卜，一一一，一二。一。，一一，一一。一“（）圖實際開通過程圖（）

28、所示為實際的開通波形，考慮直流回路中的電感和二極管反向恢復效應，電路如圖（）所示，在時刻，電流開始上升，電流的變化在直流回路電感兩端產生一個電壓，的電壓開始下降。的下降使得電流通過柵集極電容流動，這個電流從柵極電路中抽出，減弱了在柵射極電容上的充電電流，從而使的上升速度下降，同時也減小了的上升速率。與前面的情況相同，在時刻，二極管電流為零，但是現在考慮到二極管需要反向恢復時間，不能夠立即承受反向電壓，二極管開始從直流電源中抽取反向恢復電流，因此，的電流超出了輸出電流。在時刻，的電流等與輸出電流和二極管反向恢復電流峰值之和，此時二極管丌始獲得反向阻斷能力，反向電流開始下降，續(xù)流二極管兩端電壓的上

29、升引起迅速下降，在該時刻內，能量耗散在和二極管上，這個負的通過耦合一個從柵集極的電流，引起柵射極電壓的瞬問降落。在時刻前，由于電路分布電感和電容的存在，引起一些震蕩，在時刻，由于集電極電壓趨于穩(wěn)定，柵射極電壓剛好使處于臨界飽和導通狀態(tài)，于柵極輸出穩(wěn)定電壓而且保持不變，因此通過的驅動電流是恒定的，這個電流流過密勒電容，在此段下降，集電極電壓下降等于。當接近完全導通狀態(tài)時，迅速減小，在時刻自訂，卜二在很低的集射極電壓條件下，以二階或三階的曲線速率增加，一一旦達到穩(wěn)定值，第：爭的介糾和交流凋樂方式的分忻減小到零，此時門極驅動電流恢復對柵射極電容充電，而且上升到門極驅動電壓，這個柵極電壓上升到，為完全

30、導通的標志。減小柵極驅動電流不僅儀減小集電極電流上升速率，而且使得集電極電，臣較慢的降低，兩者均導致較高的丌通損耗。的擎柱效應由結構圖可以看出，結構中寄生著四層結構，相當于體內存在一個寄生晶體管，如等效電路所示，在晶體管的柵射極之間并有一個體區(qū)擴展電阻，型體內的橫向空穴電流在此電阻上會產生一定的電壓降，對基極來說，相當于一個正向偏置電壓。在規(guī)定的集電極電流范圍內，上的電壓不大，上的電壓不大，晶體管不起任何作用。當增大到一定程度時，該正向偏置電壓足以使晶體管開通，進而使和晶體管處于飽和狀態(tài)。于是，寄生晶體管開通，門極失去控制作用，這就是所謂的“擎住效應。發(fā)生擎住效應后，集電極電流增大，造成過高的

31、功耗，導致器件損壞。集電極通態(tài)電流連續(xù)值超過規(guī)定值而產生的擎住效應為“靜態(tài)擎住效應”。在故障關斷的過程中，由于電流下降得太快，集射極電壓上升，！很大，在內部產生較大的位移電流。當該電流流過體區(qū)擴展電阻時，可以產生足以使晶體管丌通的正向偏置電壓，造成寄生晶體管飽和導通，形成“動態(tài)擎住效應”，使失效。的安全工作區(qū)安全工作區(qū)反映了一個晶體管同時承受電壓和電流的能力。根據最大集電極電流決定）可以確定在導通工作狀態(tài)的參數極限范圍，即證向偏置安全工作區(qū)【）；根據最大集電極電流，最大集射極間電壓。），如圖、所示。（為避免動態(tài)擎住效應而設定），最大集射極間電壓和最大集電極功耗（最高允許結溫所（和最大允許電壓上

32、升率可以確定在阻斷工作狀念下的參數極限范圍，即反向偏置安全工作（人迕交通人挪！何淪丈圖止向偏置圖反向偏萱的主要參數的主要參數包括：電壓、電流、丌關時問、工作頻率、功率損耗以及溫度等【】【。（）電壓參數柵射極短路時的最大集射極直流電壓柵極丌路時允許的最大集射極直流電胍集一射極飽和電觚（）：飽和導通并流過額定電流時的集射極電壓：第：搴的介寶“和交流凋胝萬式的分析柵極丌啟電壓（）：在規(guī)定的集電極電流和集射極電壓條件下的柵射極電壓，通常指能使導通的最小電壓；絕緣電壓：外殼與管芯絕緣的模塊，在其三個電極完全短路的情況下，三個電極與冷卻體接觸面問能容許的正弦波最高絕緣電壓，一般指交流有效值；集射極反向電壓

33、：集成有續(xù)流二極管的，在二極管處于導通狀態(tài)時，在集射極間測得的二極管向壓降。（）電流參數集電極額定電流：在額定測試溫度下，所允許的集電極最大直流電流。實際上，一般應選用實際使用的平均電流，（）；集電極的反向電流：當內部集成有續(xù)流二極管時，額定測試溫度下，所允許的集電極最大直流電流；沖峰值電流；集射極短路時的柵極漏電流：在集射極短路條件下，在棚射極間加額定電壓時的柵極漏電流：。集電極脈沖峰值電流：在一定脈沖寬度工作時，的集電極允許的最大脈柵射極短路時的集射極漏電流：將柵射極短路，在集射極間加額定電壓時的集電極漏電流。（）最大功耗：在殼溫為的條件下，開關所允許的最大的并且不會導致其自身損壞的功率損

34、耗。（）時間參數：的時問參數有開通延遲時間、關斷延遲時間、上升時間和下降時間。（）最高工作頻率缸：對應開通時間和關斷時，額定工作電流且結溫不超過允許值所能使用的最高丌關頻率。（）結溫：工作時，導致其自身不被損壞所允許的最高結溫。（）貯存溫度。：在無電氣負載且不使其性能下降的條件下，的保存或運輸所允許的溫度范圍。在選擇器件額定值時可參考以下經驗：電壓額定使用值。在最惡劣條件下（包括浪涌電壓），電壓使用值為額定值的或更小。電流額定使用值。在最惡劣條件下（包括浪涌電流），電流使用值為額定值的或更小。人迎交通人。：乏碩“何淪文功率損耗額定使用值。在最惡劣條件卜（包括浪涌或環(huán)境溫度），功率損耗使用值為額

35、定的或更小，散熱條件對此影響極大。結溫。要充分注意結溫對額定參數值的影響，一般應選取在時的參數值作為設計依據。對于要求高可靠性的應用場合，器件的實際使用值僅為額定值的。通常，的額定電壓和額定電流可以這樣選擇：（）承受的反向峰值電壓（）考慮到倍的安全系數，可選的電壓為。（）導通時承受的峰值電流，術（）額定電流按供電電壓、額定功率容量節(jié)電器計算，選用的型號為公司的。交流調壓方案的分析通過第一章的分析，本課題所要設計的節(jié)電器的宗旨就是要合理的調節(jié)路燈兩端的電壓，在不影響正常照明的情況下達到最大限度節(jié)能的目的，所以通俗的講，節(jié)電器本質上其實就是一個交流調壓裝置，根據電網供電狀況的變化，相應的調節(jié)路燈兩

36、端的電壓，減少路燈的用電損耗，使其始終工作在最合適的狀態(tài)。通常的調壓方式有交流相控調壓和交流斬波調壓。由于可控硅晶閘管不消耗銅鐵材料，體積小，價格便宜，控制方便，成為交流調壓的主要形式，但由于輸出電壓以非正弦輸出，因此采用晶閘管相控降壓時，產生的大量諧波會對公共電網造成很大的危害，而交流斬控調壓采用全控器件和脈寬調制技術可極大地減少諧波，目前證得到廣泛應用【。國內市場上的開關穩(wěn)壓器類產品一般采用相控交流交流變換器加隔離升壓變壓器結構，由于采用了各周期相控技術，其響應時問可以小于一個電網電壓周期，但其輸出電壓和電流的諧波含量較高，需要較大容量的濾波環(huán)節(jié)，并且路燈的功率因數較低。從國內外的研究現狀

37、來看，高性能丌關型交流電口調節(jié)裝置主要采用單位功率因數變換器、串聯電壓源和交流斬波等方案。采用串聯電壓源方式的交流電壓驅動器采用串聯電壓源方式的串聯型交流電壓調節(jié)器丁采用交流斬波器或逆變器，如圖所示，三相變壓器的：二次繞組串聯于電源和負載之間，相當于串聯一個補償電源。如果僅消除電源的負序電壓或電壓瞬時波動，逆變器直流環(huán)節(jié)可以采用電容，補償裝置第：擎的介鄉(xiāng)“和交流涮，力。式的分忻不必長時提供有功功率，如果調節(jié)電源電壓序分量的長時丑變化，則需要附加獨立的直流電源。交流電源串聯變壓器：一一，。一一叫二，、，。：負載逆變器圖采圳逆變器的串聯型電壓調節(jié)器結構圖采用單位功率因數變換器的交流電壓調節(jié)器單位功

38、率因數變換器是由整流器和逆變器構成的變換器，其能量可以雙向流動，如圖所示，根據中間環(huán)節(jié)儲能元件可以分為電流型（電抗器儲能）和電壓型（電容器儲能兩種。此種裝置成本高，控制策略復雜，適用于需要進行變頻電源的負載。！。一！一。一：一一一：廣薹、一一卜一電源蓍一。，：曩一絮一，。一，、輸入濾波。一整流器直流環(huán)節(jié)煎變器圖雙變換器主電路結構圖人造交通人學御口！浮位論艾將雙變換器的整流器和逆變器綜合焚計，可以構成減少：天元件的一柏乜壓型雙變換器引，如圖所示，即使如此，還需要大容量的中問電容器以提高中間環(huán)節(jié)的性能，成本仍然較高?！保阂灰?！交流。電源負。載竺，：一、一：。一一。：！圖單位功率岡數變換器上電路結構

39、圖采用斬波方式的交流電壓調節(jié)器丌關型交流電壓調節(jié)器產品最初主要采用可控硅晶閘管元件，應用相位控制技術，隨著全控型器件和技術的廣泛應用，人們提出了采用交流斬波方式的交流電壓調節(jié)器，其主電路結構如圖所示，采用個全控型功率開關，而且開關和的通斷為互補關系，旁路續(xù)流通路有三個旁路電容，保證在前向通路和續(xù)流通路開關切換日的死區(qū)時間罩有連續(xù)的能量通路。采用交流斬波方式的交流電壓調節(jié)器直接聯結于交流電源與負載之間，電壓調節(jié)裝置的容量一般大于負載容量，功率開關元件的容量也比較大，因而適用于改善中小容量用電設備的供電條件。交流控制器交流電源旁電圖斬波方式交流乜爪調，器電路結構圖第：章的介糾俑交流調眼力式的分忻將

40、三種調壓方法的主要特點歸納如一卜，參見表：表二種交流電壓調壯方案的主要特點對比調壓方案功率開芙元件乜路結構裝置容鼙適用范圍串聯電壓源方式數目較多，開關應力小，容繁小比較復雜，需要串聯變壓器比較小適用丁較大容量負載適用丁中小單位功率因數數目較多，開關應力大，容量大復雜，需要兩個逆變器大下負載容量容量，需要變頻電源的負載變換器方式交流斬波方式數目較少，開關應力大，容鼙大數目較少，開關應力火，容量人大于負載容量適用丁中小容量負載交流調壓方案的選擇通過對道路照明現狀的分析，很顯然，要提高路燈光效利用率，降低路燈的電能消耗，采用調壓控制是最科學，最有效的方法，應用全控器件和脈寬調制技術的有許多優(yōu)勢，這些優(yōu)勢包括電壓電流輸出波形的正弦性，功率因數高，產生的諧波較少等等。由于路燈照明系統(tǒng)采用的是交流電壓供電，而在上述各交流調壓方法中，耐壓高的二極管體積大，價格高，不適合裝置的研制?；趯σ陨细鹘涣髡{壓方案的分析，以及在考慮調壓裝置的節(jié)