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1、1目录摘要 .1第一章 系统方案设计及原理 .21.1、系统方案 .21.2、系统工作原理 .21.2.1、逆变电路的基本工作原理 .21.2.2、单相半桥阻感负载逆变电路 .31.2.3、单相半桥纯电阻负载逆变电路 .41.3、IGBT 的结构特点和工作原理 .41.3.1、IGBT 的结构特点 .41.3.2、 IGBT 对驱动电路的要求 .6第二章 硬件电路设计与参数计算 .72.1、系统硬件连接 .72.1.1、单相半桥无源逆变主电路如图下所示 .72.2、整流电路设计方案 .82.2.1、整流变压器的参数运算 .82.2.2、整流变压器元件选择 .92.2.3、整流电路保护元件的选用
2、 .92.3、驱动电路设计方案 .102.3.1、IGBT 驱动器的基本驱动性能 .102.3.2、驱动电路 .112.4、触发电路设计方案 .12第三章 系统仿真 .133.1、建立仿真模型 .133.2、仿真结果分析 .15第四章 小结 .16参考文献 .172摘要电力电子技术的应用范围十分广泛，它不仅用于一般工业，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等，在照明、空调等家用电器及其他领域中也有着广泛的应用。进入新世纪后电力电子技术的应用更加广泛。以计算机为核心的信息科学将是 21 世纪起主导作用的科学技术之一，有人预言，电力电子技术和运动控制一起，将和计算机技术
3、共同成为未来科学的两大支柱。变流技术也称为电力电子器件的应用技术，它包括用电力电子器件构成各种电力变换电路和对这些电路进行控制的技术，以及由这些电路构成电路电子装置和电力电子系统的技术。 “变流”不仅指交直流之间的交换，也包括直流变直流和交流变交流的变换，变流电路在工作过程中不断发生电流从一个支路向另一个支路的转移，这就是换流。将直流电转换为交流电的电路称为逆变电路，根据交流电的用途可分为有源逆变和无源逆变。本课程设计主要介绍单相半桥无源逆变电路。关键词：整流、无源逆变、IGBT 晶闸管3第一章 系统方案设计及原理1.1、系统方案系统方案如图 1 所示，在电路原理框图中，交流电源、整流、滤波和
4、半桥逆变电路四个部分构成电路的主电路，驱动电源和驱动电路两部分构成指挥主电路中逆变桥正确工作的控制电路。其中，交流电源、整流、滤波三个部分的功能分别由交流变压器、全桥整流模块和两个串联的电解电容实现;半桥逆变电路由半桥逆变和缓冲电路构成; 而驱动电源和驱动电路则需要根据实验电路的要求进行搭建。图 1 电路原理图1.2、系统工作原理1.2.1、逆变电路的基本工作原理图 2 逆变电路原理图图中 S1S4 是桥式电路的 4 个臂，它们由电力电子器件及其辅助电路组成。当开关 S1、S4 闭合，S2、S3 断开时，负载电压 u0 为正；当开关 S1、S4 断开，S2、S3 闭合时，u0 为负。这样，就把
5、直流电变成了交流电，改变两组开关的切换频率，即可改变输出交流电的频率。交流电源整流滤 波IGBT半桥逆变电 路驱动电路驱动电源41.2.2、单相半桥阻感负载逆变电路图 3 电压型半桥逆变电路及其电压电流波形在一个周期内，电力晶体管 T1 和 T2 的基极信号各有半周正偏，半周反偏且互补。若负载为阻感负载，设 t2 时刻以前，T1 有驱动信号导通，T2 截止，则。2Ud0t2 时刻关断的 T1，同时给 T2 发出导通信号。由于感性负载中的电流 i。不能立即改变方向，于是 D2 导通续流， 。2Ud0t3 时刻 i。降至零，D2 截止，T2 导通，i。开始反向增大，此时仍然有。2Ud0在 t4 时
6、刻关断 T2，同时给 T1 发出导通信号，由于感性负载中的电流 i。不能立即改变方向，D1 先导通续流，此时仍然有 ；2Ud0t5 时刻 i。降至零， T1 导通， 。 d051.2.3、单相半桥纯电阻负载逆变电路 Ug12T0图 4 单相半桥纯电阻负载逆变电路及 IGBT 脉冲波形在一个周期内，电力晶体管 V1 和 V2 的基极信号各有半周正偏，半周反偏且互补。由于是纯电阻负载，当 V1 开通时 V2 关断，则负载两端的电压为： ；2Ud0当 V1 关断时 V2 开通，则负载两端的电压为： 。2Ud01.3、 IGBT 的结构特点和工作原理 1.3.1、IGBT 的结构特点IGBT 是双极型
7、晶体管（BJT）和 MOSFET 的复合器件，IGBT 将 BJT 的电导调制效应引入到 VDMOS 的高祖漂流区，大大改善了器件的导通特性，同时它还具有 MOSFET 的栅极高输入阻抗的特点。IGBT 所能应用的范围基本上替代了传统的功率晶体管。 RCV+-6图 5 IGBT 结构图如图 5 所示为一个 N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构， N+ 区称为源区，附于其上的电极称为源极。P+ 区称为漏区。器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极。沟道在紧靠栅区边界形成。在漏、源之间的 P 型区（包括 P+ 和 P 一区） （沟道在该区域形成） ，称为亚沟道区（Subchannel region） 。而在漏区另一侧的 P+ 区称为漏注入区（Drain injector） ，它是 IGBT 特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成 PNP 双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极。 IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给 PNP 晶体管提供基极电流，使 IGBT 导通。反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使 IGBT 关断。IGBT 的驱动方法和 MOSF
