電力電子技術(shù)課程設(shè)計---mosfet電壓型單相半橋無源逆變電路設(shè)計

1、<p>　　電力電子技術(shù)課程設(shè)計</p><p>　　一、課程設(shè)計的性質(zhì)和目的1、性質(zhì)：是電氣自動化專業(yè)的必修實踐性環(huán)節(jié)。2、目的：</p><p>　　1）培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識解決問題的能力與實際動手能力；2）加深理解《電力電子技術(shù)》課程的基本理論；3）初步掌握電力電子電路的設(shè)計方法。</p><p><b>　　二、課程設(shè)計的題目&l

2、t;/b></p><p>　　MOSFET電壓型單相半橋無源逆變電路設(shè)計（阻感性負(fù)載） 設(shè)計條件：（1）輸入直流電壓：Ui=200V （2）輸出功率：500W （3）輸出電壓波形：1KHz方波</p><p>　　三、課程設(shè)計的內(nèi)容，指標(biāo)內(nèi)容及要求，應(yīng)完成的任務(wù)</p><p><b>　　1、課程設(shè)

3、計的要求</b></p><p><b>　　1）整流電路的選擇</b></p><p>　　2）整流變壓器額定參數(shù)的計算</p><p>　　3）晶閘管（全控型器件）電壓、電流額定的選擇</p><p>　　4）平波電抗器電感值的計算</p><p>　　5）保護(hù)電路（緩沖電路）的設(shè)

4、計</p><p>　　6）觸發(fā)電路（驅(qū)動電路）的設(shè)計</p><p>　　7）畫出完整的主電路原理圖和控制電路原理圖</p><p><b>　　2、指標(biāo)要求</b></p><p>　　（1）輸入直流電壓：Ui=200V；</p><p>　?。?）輸出功率：500W；</p>

5、<p>　　（3）輸出電壓波形：1KHz方波。</p><p><b>　　3、整流電路的選擇</b></p><p>　　整流電路選擇感容濾波的二極管整流電路，由于電容兩端的電壓不能突變，故能夠保證輸出電壓為大小恒定的直流電壓。ud波形更平直，電流i2的上升段平緩了許多，這對于電路的工作是有利的。</p><p>　　4、觸發(fā)電路（

6、驅(qū)動電路）的設(shè)計</p><p>　　實現(xiàn)逆變的主電路中用的是全控型器件MOSFET，觸發(fā)電路主要是針對它的觸發(fā)設(shè)計，電路的原理圖如下圖所示。</p><p>　　跟雙極性晶體管相比，一般認(rèn)為使MOS管導(dǎo)通不需要電流，只要GS電壓高于一定的值，就可以了。這個很容易做到，但是，我們還需要速度。</p><p>　　在MOS管的結(jié)構(gòu)中可以看到，在GS，GD之間存在寄生電

7、容，而MOS管的驅(qū)動，實際上就是對電容的充放電。對電容的充電需要一個電流，因為對電容充電瞬間可以把電容看成短路，所以瞬間電流會比較大。選擇/設(shè)計MOS管驅(qū)動時第一要注意的是可提供瞬間短路電流的大小。</p><p>　　第二注意的是，普遍用于高端驅(qū)動的NMOS，導(dǎo)通時需要是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅(qū)動的MOS管導(dǎo)通時源極電壓與漏極電壓(VCC)相同，所以這時柵極電壓要比VCC大4V或10V。如果在同一個系統(tǒng)里

8、，要得到比VCC大的電壓，就要專門的升壓電路了。很多馬達(dá)驅(qū)動器都集成了電荷泵，要注意的是應(yīng)該選擇合適的外接電容，以得到足夠的短路電流去驅(qū)動MOS管。</p><p>　　上邊說的4V或10V是常用的MOS管的導(dǎo)通電壓，設(shè)計時當(dāng)然需要有一定的余量。而且電壓越高，導(dǎo)通速度越快，導(dǎo)通電阻也越小?，F(xiàn)在也有導(dǎo)通電壓更小的MOS管用在不同的領(lǐng)域里，但在12V汽車電子系統(tǒng)里，一般4V導(dǎo)通就夠用了。</p><

9、;p>　　4、PWM產(chǎn)生電路SG3525的結(jié)構(gòu)</p><p>　　工作原理：SG3525內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖所示， 它在第一代脈寬調(diào)制芯片 SG3524的基礎(chǔ)上作了較大的改進(jìn)， 主要表現(xiàn)在以下幾個方面：</p><p>　　( 1 ) 電路中設(shè)置了欠電壓鎖定和限流關(guān)斷電路。 為了防止在欠電壓狀態(tài)下 < 8 V ) 時有效地使輸出保持在關(guān)斷狀態(tài)， 電路中設(shè)置了欠電壓封鎖電路， 當(dāng)U

10、 > 2 .5 V時欠電壓封鎖電路就開始工作， 其上限值為 8 V ， 但在電路達(dá)到 8 V前， 電路各部分已進(jìn)入正常工作狀態(tài)， 而當(dāng)從 8 V 下降到 7 ． 5 V時， 鎖定電路又開始恢復(fù)工作，其中有 0.5 V 的回差電壓，用于消除鉗位電路在閥值點處的振蕩。在鎖定電路工作期間， 輸出一高電平，加至組合邏輯門電路的輸入端，以封鎖 PWM的脈沖信號。SG3525沒有電流限制放大器,它采用了關(guān)斷控制電路來進(jìn)行限流控制，其中包括逐個

11、脈沖的電流限制和輸出電流的限流控制,只要將信號加于 l 0腳就能實現(xiàn)限流控制。另外 l 0腳也可提供各種程序控制的需要。</p><p>　　( 2 ) 改進(jìn)了振蕩電路。主要是將時基電容 c 的放電電路與充電電源分開， 單獨設(shè)立引腳7 ， C 放電通過外接電阻 R 。 來實現(xiàn)，改變 R 。 即可改變 C 的放電時間常數(shù)， 從而也改變了死區(qū)時間， 而 C 的充電是由 R 規(guī)定的內(nèi)部電流源決定的。振蕩器的振蕩頻率為：

12、</p><p>　　( 3 ) 輸出電路的改進(jìn)。SG3525輸出級采用了圖騰柱輸出電路， 它能使輸出管更快地關(guān)斷， V1由達(dá)林頓管組成， 最大驅(qū)動能力為100mA ， V 2作為開關(guān)器件， 在其導(dǎo)通時可以迅速把外接 MO S管柵極上的電荷從它的集電極泄放至地， 最大吸收電流為50mA。</p><p>　　由圖 2結(jié)構(gòu)框圖可見，SG3525主要有基準(zhǔn)穩(wěn)壓源 、振蕩器 、誤差放大器 、PW

13、M比較器和鎖存器 、分相器 、或非門電路和圖騰輸出電路等幾大部分組成：</p><p>　　振蕩器通過外接時基電容和電阻產(chǎn)生鋸齒波振蕩同時產(chǎn)生時鐘脈沖信號， 該信號的脈沖寬度與鋸齒波的下降沿相對應(yīng)。時鐘脈沖作為由T觸發(fā)器組成的分相器的觸發(fā)信號， 用來產(chǎn)生誤差為 1 8 0 。 的一對方波信號u和U 誤差放大器是一個雙級差分放大器， 經(jīng)差分放大的信號u。 與振蕩器輸出的鋸齒波電壓u 加至P WM比較器的負(fù)、 正輸入

14、端， 比較器輸出的調(diào)制信號經(jīng)鎖存后作為或非門電路的輸入信號 u ． 或非門電路在正常情況下具有三路輸入：即分相器的輸出信號 u m和 u P WM調(diào)制信號u 和時鐘信號U ?；蚍情T電路的輸出U Ⅲ和 U 即為圖騰柱電路的驅(qū)動信號。 相關(guān)各點的波形如圖3 所示。</p><p>　　圖３　SG3525相關(guān)波形圖</p><p><b>　　5、應(yīng)完成的任務(wù)</b><

15、;/p><p>　　在進(jìn)行實際的設(shè)計之前，我們應(yīng)該了解單相半橋逆變的應(yīng)用范圍，熟練地掌握電壓型半橋逆變電路的工作原理，弄清楚電路中所應(yīng)用的每一個器件在電路中的作用，熟練地掌握MOSFET的結(jié)構(gòu)、工作原理、驅(qū)動電路的選擇要求。在應(yīng)用Matlab仿真的時候應(yīng)該對Matlab中的模塊有一定的了解，并能熟練地找到每一個模塊所在的位置。</p><p>　　6、課程設(shè)計基本要求1）三人一個題目，按學(xué)號

16、組合；</p><p>　　2）明確設(shè)計任務(wù)、對所要求的內(nèi)容進(jìn)行具體分析，充分了解系統(tǒng)的性能，指標(biāo)內(nèi)容及要求，制定設(shè)計方案3）進(jìn)行具體設(shè)計，根據(jù)課程設(shè)計題目，收集相關(guān)資料、設(shè)計主電路、控制電路；參數(shù)計算，器件選擇；并完成系統(tǒng)調(diào)試；4）撰寫課程設(shè)計報告——畫出主電路、控制電路原理圖，說明主電路的工作原理、，選擇元器件參數(shù)，說明控制電路的工作原理、繪出主電路典型波形（比較實際波形與理論波形），繪出觸發(fā)信號（驅(qū)動信

17、號）波形，說明調(diào)試過程中遇到的問題和解決問題的方法，附參考資料；</p><p><b>　　5）通過答辯。</b></p><p>　　7、完整的主電路和控制電路原理圖</p><p><b>　　整流電路：</b></p><p><b>　　輸出波形：</b></p

18、><p><b>　　逆變電路：</b></p><p><b>　　輸出波形：</b></p><p>　　MOSFET驅(qū)動電路：</p><p>　　四、設(shè)計方案選擇及論證。</p><p>　　半橋逆變電路是電子鎮(zhèn)流器和電子節(jié)能燈中最常用也是最基本的電路，正確地理解它的工作

19、原理，將有助于我們合理地選擇元器件如磁環(huán)變壓器、扼流電感、啟動電容等元件的參數(shù)，正確地安排三極管的驅(qū)動電路，以降低它的功耗與熱量，提高整燈的可靠性。半橋逆變電路的優(yōu)點是簡單，使用的器件少。其缺點是交流電壓的幅值僅為輸入電壓的一半，且直流側(cè)需要兩個電容串聯(lián)，工作時還要控制兩個電容器電壓的均衡，因此，半橋逆變電路常用于及KW以下的小功率逆變電路。</p><p>　　五、總體電路的功能框圖及其說明。</p>

20、;<p><b>　　驅(qū)動</b></p><p><b>　　輸入</b></p><p>　　各部分作用：電容濾波的整流電路作用是為逆變提供幅值一定的直流電壓，MOSFET驅(qū)動電路的作用是保證兩個管子有效地觸發(fā)，使逆變電路正常的工作。半橋逆變電路的作用是根據(jù)管子的導(dǎo)通與關(guān)斷的情況進(jìn)行逆變工作。</p><p

21、>　　六、總體電路原理圖及其說明。</p><p>　　前一半電路為整流電路，其主要目的是整流出我們需要的輸入電壓，即幅值恒為200V的直流電壓。整流電路選擇電容濾波的單相不可控整流電路，采用阻感性負(fù)載，由于電容兩端的電壓不能突變，故能夠保證輸出電壓為大小恒定的直流電壓，即逆變電路的輸入電壓為大小不變的直流電壓。主電路，即逆變電路的工作原理可用下圖說明。</p><p>　　改變開關(guān)

22、器件的控制信號頻率即可改變輸出交流電壓的頻率。值得注意的是：為了保證逆變電路的正常工作，必須防止兩個管子同時導(dǎo)通，否則將出現(xiàn)直通現(xiàn)象。我們要采取的措施是“先斷后通”，即先給應(yīng)該關(guān)斷的器件一個關(guān)斷信號，再給應(yīng)該導(dǎo)通的器件一個開通信號。我們課程設(shè)計的原理圖與其的差別是我們用的是全控型器件MOSFET，其它的都是一樣的，總體上說，基本原理是一樣的。</p><p>　　七、實驗仿真電路及其仿真結(jié)果。</p>

23、<p>　　仿真時參數(shù)的設(shè)置：脈沖的周期設(shè)置為0.2秒，電容的值，電阻的值為，電感的值為。</p><p>　　八、收獲、體會及改進(jìn)</p><p>　　這次電力電子課程設(shè)計使我認(rèn)識到理論與實踐之間的差距，單純的理論知識在實踐中會問遇到很多不能解釋清楚的現(xiàn)象，尤其是電力電子器件的工作原理，如果只是停留在理論的認(rèn)識層面，就很難解釋一些與理論分析有些偏差的實際現(xiàn)象。所以我們應(yīng)該多

24、加強(qiáng)實踐，使理論充分地應(yīng)用于實踐，提高我們解決問題的能力。在設(shè)計電路的過程中，我們用的是Matlab仿真，在這個過程中，我對Matlab技術(shù)的應(yīng)用有了更深的認(rèn)識，能夠比之前更熟悉的應(yīng)用其中的模塊，對于器件的參數(shù)設(shè)置問題有了自己的認(rèn)識。在整個的設(shè)計過程中，我也遇到了很多問題，查閱了很多資料，向老師問了很多自己不能解決的問題。這些都提高了我解決問題的能力，知道了很多與電力電子課程有關(guān)的網(wǎng)站，這些都對我以后的學(xué)習(xí)提供了一定的便利條件，為自己未

25、來的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。</p><p>　　這次的課程設(shè)計用到的除了電力電子的基本知識外，還涉及了很多其他學(xué)科的相關(guān)內(nèi)容，這些使我將之前的專業(yè)課的內(nèi)容有機(jī)地結(jié)合了起來，避免了單科知識的孤立，真正將自己的專業(yè)知識實現(xiàn)了一次有機(jī)的整合。</p><p>　　電力電子技術(shù)課程設(shè)計報告</p><p>　　設(shè)計題目：MOSFET電壓型單相半橋無源逆變電路設(shè)計（阻感性負(fù)載）&l