单相半桥无源逆变电路地设计

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1、基于MOSFET的单相半桥无源逆变电路的设计设计目的：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；2加深理解电力电子技术课程的基本理论；设计指标：MOSFET电压型单相半桥无源逆变电路设计(纯电阻负载)(1) 输入直流电压：Ui=200V(2) 输出功率：500W(3) 输出电压波形：1KHz方波总体目标及任务：选择整流电路，计算整流变压器额

2、定参数，选择全控器件的 额定电压电流，计算平波电抗器感值，设计保护电路，全控器件触发电路的 设计，画出主电路原理图和控制电路原理图，进行Matlab的仿真，画出输出电 压，电流模拟图。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)：T八 VT3udR图在单项桥式全控整流电路中，晶闸管VT VT4组成一对桥臂，VT2和VT3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为零，u也为零，VT、VT串联承受电压u，设VT和VT的漏电 dd14214阻相等，则各承受u2的一半。若在触发角a处给VT1和VT加触发脉

3、冲，VT、41VT即导通，电流从a端经VT、R、VT流回电源b端。当u为零时，流经晶闸管4142的电流也降到零，VT和VT关断。14在u2负半周，仍在触发延迟角a处触发VT和VT （VT和VT的a =0处为s323t=n）, VT2和VT3导通，电流从电源的b端流出，经V-、R、VT2流回电源a端。 到u2过零时，电流又降为零，VT2和VT3关断。此后又是VT1和VT4导通，如此 循环的工作下去，整流电压ud和晶闸管VT、VT两端的电压波形如下图（2）所4示。晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为：u和血U。Z 22工作原理第1阶段 st）:这阶段u2在正半周期，a点电位高于b点电位晶闸管V

4、T和VT方向串联后于u连接，VT承受正向电压为u/2, VT承受 u/2的反向1 2 2 1电压；同样VT和VT反向串联后与u连接，VT承受u /2的正向电压，VT承受342324u2/2的反向电压。虽然VT1和VT3受正向电压，但是尚未触发导通，负载没有电 流通过，所以ud=0, id=0odd第2阶段（stn）:在st】时同时触发VTVT3,由于VTVT3受正向 电压而导通，有电流经a点*VT f R*VT f变压器b点形成回路。在这段区间13里，u=u , i =i =i =u /R。由于VT和VT导通，忽略管压降，u =u =0,而承d 2 d VT1 VT3 d13VT1 VT2受的

5、电压为u =u =u oVT2 VT4 2第3阶段（ns t2）:从st=n开始u2进入了负半周期，b点电位高于a点电位，VT1和VT3由于受反向电压而关断，这时VTVT都不导通，各晶闸管14承受u2/2的电压，但VT】和V-承受的事反向电压，VT2和VT4承受的是正向电压， 负载没有电流通过，ud=0, id=i =0odd 2第4阶段（st 2n）:在st2时，u2电压为负，VT2和VT4受正向电压， 触发VT2和VT4导通，有电流经过b 点fVT2fRfVT4*a点,在这段区间里,匕巴,id=ivT2=ivT4=i2=Ud/R。由于VT2和VT4导通，VT2和VT4承受u2的负半周期电压

6、，至 此一个周期工作完毕，下一个周期，充复上述过程，单项桥式整流电路两次脉 冲间隔为180。(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

7、流。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。(3) 控制电路的设计：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

8、节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差 电压变化而变化。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。SG3525的结构和工作原理:Representative Block Diagramvcc XL：WA IbirofrrjCirwiry阳Ftn驚tfKfer-酢7qSJ1162153144135126117168CTRT故电0同步端二|负应Z Vs B曾E一 A. BffC二I二I AE二闭讯揑制二1紺I. Inv.input （引脚1）:误差放大器反向输入端。在闭环系统中，该引脚接反馈 信号。在开环系统

9、中，该端与补偿信号输入端（引脚9）相连，可构成跟随器。 2.Noninvinput （引脚2）:误差放大器同向输入端。在闭环系统和开环系统中， 该端接给定信号。根据需要，在该端与补偿信号输入端（引脚9）之间接入不同 类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型的调节器。3.Sync（引脚3）:振荡器外接同步信号输入端。该端接外部同步脉冲信号可实现 与外电路同步。4. OSC .Output（引脚4）:振荡器输出端。5. CT（引脚5）:振荡器定时电容接入端。6. RT （引脚6）:振荡器定时电阻接入端。7. Discharge（引脚7）:振荡器放电端。该端与引脚5之间外接一只放电电阻，构

10、成放电回路。8.Soft-Start （引脚8）:软启动电容接入端。该端通常接一只5的软启动电容。9. Compensation （引脚9） : PWM比较器补偿信号输入端。在该端与引脚2之间接 入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型调节器。10. Shutdown （引脚10）:外部关断信号输入端。该端接高电平时控制器输出被禁止。该端可与保护电路相连，以实现故障保护。11. Output A （引脚11）:输出端A。引脚11和引脚14是两路互补输出端。12. Ground（引脚12）:信号地。13. Vc（引脚13）:输出级偏置电压接入端。14.Output B （引脚14

11、）:输出端B。引脚 14和引脚11是两路互补输出端。15Vcc （引脚15）:偏置电源接入端。16Vref （引脚 16）:基准电源输出端。该端可输出一温度稳定性极好的基准其中，脚16为SG3525的基准电压源输出，精度可以达到（5.11%） V,采用了温度补偿，而且设有过流保护电路。脚5,脚6,脚7内有一个双门限比较器，内电容充放电电路，加上外接的电阻电容电路共同构成SG3525的振荡器。 振荡器还设有外同步输入端(脚3)。脚1及脚2分别为芯片内误差放大器的反 相输入端.同相输入端。该放大器是一个两级差分放大器，直流开环增益为70dB 左右。SG3525的特点如下：工作电压范围宽：835V。

12、(2) 5.1(1 1. 0%)V微调基淮电源。(3) 振荡器工作频率范围宽：100Hz 400KHz(4) 具有振荡器外部同步功能。(5) 死区时间可调。(6) 内置软启动电路。(7) 具有输入欠电压锁定功能。(8) 具有PWM琐存功能，禁止多脉冲。(9) 逐个脉冲关断。(10) 双路输出(灌电流/拉电流)：mA(峰值)。各部分功能：a基准电压源：基准电压源是一个三端稳压电路，其输入电压VCC可在(8一35) V内变化，通常采用+15V,其输出电压VST = 51V,精度1%,采用温度补偿， 作为芯片内部电路的电源，也可为芯片外围电路提供标准电源，向外输出电流 可达400mA，没有过流保护电

13、路。b振荡电路：由一个双门限电压均从基准电源取得，其高门限电压VH=3.9 V, 低门限电压VL=09,内部横流源向CT充电，其端压VC线性上升，构成锯齿波 的上升沿，当VC=VH时比较器动作，充电过程结束，上升时间t1为：t1= 0. 67RTCT比较器动作时使放电电路接通，CT放电，VC下降并形成锯齿波的下降沿，当 VC=VL时比较器动作，放电过程结束，完成一个工作循环，下降时间间t2为：t2=1 3RDCT注意：此时间即为死区时间锯齿波的基本周期T为：T=t1+12=(0 67RT+1 3RD)CT振荡频率：f=1/TCT和RT是连接脚5和脚6的振荡器的电阻和电容，RD是于脚7相连的放电

14、电 阻的阻值。控制电路图：15V-VORR33 1KU1SG3525sync DISCCSS COMPSOVREFOSCOUTAOUTB三R312OQ(4)驱动电路的设计:565810Te4Ti)4D2D3C31uFO.luf驱动信号如图，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OC) 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(L

15、ED)，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