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1、题目：MOSFET单相电压型逆变电路设计一课程设计目的：1 掌握单相桥式全控桥整流电路和单相半桥无源逆变电路的工作原理，进行结 合完成交 -直-交电路的设计；2 熟悉两种电路的拓扑，控制方法；3掌握两种电路的主电路，驱动电路，保护电路的设计方法，元器件参数的计 算方法；4培养一定的电力电子的实验和调试能力；5培养学生综合运用知识解决问题的能力与实际动手能力；6加深理解电力电子技术课程的基本理论；二. 设计的技术指标及要求（ 一） 、设计的技术数据1 、输入电源：三相交流电 380V；2、输出电压： AC：220V， 50HZ；3、输出功率： 1500W；4、电阻性负载。（ 二） 、设计内容及要
2、求1 、方案论证及选择；2、主电路设计（包括整流电路的设计及器件选型；逆变电路开关器件型号确定等；3、控制电路设计（包括根据 PWMB制原理产生所需要的PWM波形的方法选择， SPW集成芯片等）4、驱动电路设计（驱动芯片选择，如日本富士 EXB系列或三菱M 579系列及电 路设计）5、保护电路设计（主要包括过压和过流等） 。6、总结及心得体会；7、参考文献；8、完成电路原理图 1 份。三设计的内容及要求方案一 .MOSFET的单相半桥无源逆变电路1 主电路的设计：（ 1）整流部分主电路设计 ：单项桥式全控整流电路带电阻性负载电路如图（ 1）：idR在单项桥式全控整流电路中，晶闸管 VT1和VT
3、4组成一对桥臂，VT2和VT组成另一对桥臂。在u2正半周（即a点电位高于b点电位），若4个晶闸管均不导 通，负载电流i d为零，Ud也为零，VT、VT4串联承受电压U2，设VT1和VT4的漏电阻相等，则各承受U2的一半。若在触发角a处给VT1和VT4加触发脉冲，VT、VT4即导通，电流从a端经VT、R、VT4流回电源b端。当U2为零时，流经晶闸管的电流也降到零，VT和VT；关断。在U2负半周，仍在触发延迟角a处触发VT2和VT3 （VT2和VT3的a =0处为co t= n ），VT2和VT3导通，电流从电源的b端流出，经VT3、R、VE流回电源a端。到 u2过零时，电流又降为零，VT2和VT
4、3关断。此后又是VT1和VT4导通，如此循环的工作下去。晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为（2）逆变部分主电路设计:如图所示，它有两个桥臂，每个桥臂由一个全控器件和一个二极管反并联而成。 在直流侧有两个相互串联的大电容，两个电容的中点为直流电源中点。负载接 在直流电源中点和两个桥臂连接点之间。开关器件设为V1和V2,当负载为感性时，输出为矩形波，Um=Ud/2刚开始V1为通态，V2为断态，给V1关断信号，V2开通信号后，V1关断，但由于感性负载，电流方向不能立即改变，就沿着VD2续流，直到电流为零时 VD2截止，V2开通，电流开始反向。依此原理，V1和V2交替导通，VD1和VD2交替续流
5、。此电路优点在于结构简单，使用器件少，缺点 是输出交流电压幅值仅为Ud/2。方案二：MOSFE的单相全桥无源逆变电路图2电压型全桥无源逆变电路的电路单相逆变电路主要采用桥式接法。它的电路结构主要由四个桥臂组成，其中每 个桥臂都有一个全控器件 MOSFE和一个反向并接的续流二极管，在直流侧并联 有大电容而负载接在桥臂之间。其中桥臂1,4为一对，桥臂2，3为一对。可以看成由两个半桥电路组合而成由于采用功率场效应晶体管（MOSFET来设计,如图2的单相桥式电压型无 源逆变电路，此课程设计为电阻负载，故应将 IGBT用MOSFE代替，RLC负载中 电感、电容的值设为零。此电路由两对桥臂组成，V1和V4
6、与V2和V3两对桥臂各导通180度。再加上采用了移相调压法，所以 VT3的基极信号落后于 VT1的 90度，VT4的基极信号落后于VT2的90度。因为是电阻负载，故晶体管均没有 续流作用。输出电压和电流的波形相同，均为90度正值、90度零、90度负值、90度零这样一直循环下去。相比于半桥逆变电路而言， 全桥逆变电路克服了半桥逆变电路输出交流电 压幅值仅为1/2Ud的缺点，且不需要有两个电容串联，就不需要控制电容电压 的均衡，因此可用于相对较大功率的逆变电源(3)控制电路的设计8驱动信号U1 也525DISC css OOMP SO VREF osc OUTA OUTBQ56| 741i114-
7、*ORC luf16 _ Ti hi-MD3wR31th控制电路需要实现的功能是产生控制信号，用于逆变电路中功率器件的通断，通过对逆变角的调节而达到对逆变后的交流电压的调节。我们采用PWM控制方法，进行连续控制，我们采用了 SG3525芯片，它是一款 专用的PWM控制集成芯片，它采用恒频调宽控制方案，内部包括精密基准源， 锯齿波振荡器，误差放大器，比较器，分频器和保护电路等。SG3525是电流控制型PWM控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电 流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误 差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差 电压
8、变化而变化。由于结构上有电压环和电流环双环系统，因此，无论开关电 源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新 型控制器。(4) 驱动电路的设计如图，我们采用了电气隔离的光耦合方式。光耦合器（optical coupler,英文缩写为0C）亦称光电隔离器，简称光耦。光 耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所 以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光 电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。 输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接 收而产生光电流，再经过
9、进一步放大后输出。这就完成了电一光一电的转换,从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有 良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的 低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终 端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔 离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离 隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿 命长，传输效率高。光耦合器是 70年代发展起来产新型器件
10、，现已广泛用于电 气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、 信号隔离、级间隔离、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、 固态继电器（SSR）、仪器仪表、通信设备及微机接口中。在单片开关电源中，利 用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达 到精密稳压目的。我们在末端加一个推挽式放大结构进行电压电流放大，达到高输出电压，高速， 高共模抑制。（5）保护电路的设计a.主电路的过电压保护设计所谓过压保护，即指流过晶闸管两端的电压值超过晶闸管在正常工作时所能承受的最大峰值电压Un都称为过电压，其电路图见图3.3T士吉D吉RCRC?图3.3
11、产生过电压的原因一般由静电感应、雷击或突然切断电感回路电流时电磁感应所引起。其中，对雷击产生的过电压，需在变压器的初级侧接上避雷器， 以保护变压器本身的安全；而对突然切断电感回路电流时电磁感应所引起的过 电压，一般发生在交流侧、直流侧和器件上，因而，下面介绍单相桥式全控整 流主电路的电压保护方法。交流侧过电压保护过电压产生过程：电源变压器初级侧突然拉闸，使变压器的励磁电流突然切 断，铁芯中的磁通在短时间内变化很大，因而在变压器的次级感应出很高的瞬 时电压。保护方法：阻容保护直流侧过电压保护过电压产生过程：当某一桥臂的晶闸管在导通状态突然因果载使快速熔断器 熔断时，由于直流住电路电感中储存能量的
12、释放，会在电路的输出端产生过电 压。保护方法：阻容保护b. 晶闸管的保护电路1. 晶闸管过电压保护过电流保护 第一种是采用电子保护电路，检测设备的输出电压或输入电流，当输出电 压或输入电流超过允许值时，借助整流触发控制系统使整流桥短时内工作于 有源逆变工作状态，从而抑制过电压或过电流的数值。第二种是在适当的地方安装保护器件，例如， R-C 阻容吸收回路、限流电 感、快速熔断器、压敏电阻或硒堆等。我们这次的课程设计采用的是第二种 保护电路。（1）晶闸管变流装置的过电流保护 晶闸管变流装置运行不正常或者发生故障时，可能会发生过电流，过电流 分过载和短路两种情况，由于晶闸管的热容量较小，以及从管心到
13、散热器的 传导途径中要遭受到一系列热阻，所以一旦过电流，结温上升很快，特别在 瞬时短路电流通过时，内部热量来不及传导，结温上升更快，晶闸管承受过 载或短路电流的能力主要受结温的限制。可用作过电流保护电路的主要有快 速熔断器，直流快速熔断器和过电流继电器等。在此我们采用快速熔断器措 施来进行过电流保护。FLSEl FUSE1 rLSEl FLStl过电流保护采用快速熔断器是电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措 施。在选择快熔时应考虑：1 ）电压等级应根据熔断后快熔实际承受的电压来确定。2）电流容量应按其在主电路中的接入方式和主电路联结形式确定。快熔一般与电力半导体器件串联连接，在小容
14、量装置中也可串接于阀侧交流母线或直流母 线中。3）快熔的I 2t值应小于被保护器件的允许12t值、4）为保证熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑其时间电流特性。因为晶闸管的额定电流为10A,快速熔断器的熔断电流大于1.5倍的晶闸管额定 电流，所以快速熔断器的熔断电流为15A。晶闸管变流装置的过电压保护电力电子装置中可能发生的过电压分为外因过电压和内因过电压两类。外因 过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外部原因，内因过电压主要来自电 力电子装置内部器件的开关过程，过电压保护有避雷器保护，利用非线性过电 压保护元件保护，禾I用储能元件保护，利用引入电压检测的电子保护电路作过电压保护。在此我们采用
15、储能元件保护即阻容保护。（6）元器件及电路参数的计算1）整流输出电压的平均值可按下式计算1尹妆厂22U d =2U 2 sin，td t = U 2cos： =0.9U 2 cos：（ 2-1）当a =0时，Ud取得最大值100V即Ud = 0.9 U2=100V从而得出U2=111Va =90o时，Ud=0。a角的移相范围为90o2）整流输出电压的有效值为U -.1,2U2sin t 爲 t =U2 =111V(2-2)3）整流电流的平均值和有效值分别为Ud U2 I d 一二 0.9 -cos：（2-3）(2-4)U =U2RdRd4）在一个周期内每组晶闸管各导通180,两组轮流导通，变压器二次电流是 正、负对称的方波，电流的平均值Id和有效值I相等，其波形系数为1。流过每个晶闸管的电流平均值和有效值分别为:1 dT(2-5)It2d2Id(2-6)5) 晶闸管在导通时管压降Ut=
