单相半桥无源逆变电路的设计要点

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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；6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，计算整流变压器额定参数

2、，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)：在单项桥式全控整流电路中，晶闸管VT和VT组成一对桥臂，VT和VT组1 423成另一对桥臂。在u正半周（即a点电位高于b点电位），若4个晶闸管均不导2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加触发脉冲，VT、41VT即导通，电流从a

3、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32 323t=n），VT和VT导通，电流从电源的b端流出，经VT、R、VT流回电源a端。2332到u2过零时，电流又降为零，VT和VT关断。此后又是VT1和VT4导通，如此23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14示。晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为空U和订2U。222工作原理：第1阶段（031）：这阶段u2在正半周期，a点电位高于b点电位晶闸管1VT和VT方向串联后于u连接，V

4、T承受正向电压为u/2,VT承受u/2的反向1221222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3 42324u/2的反向电压。虽然VT和VT受正向电压，但是尚未触发导通，负载没有电213流通过，所以U=0，i=0。dd第2阶段（stn）：在st时同时触发VT和VT，由于VT和VT受正向111313电压而导通，有电流经a点一VTfRVT-变压器b点形成回路。在这段区间里，13u=u，i=i=i=u/R。由于VT和VT导通，忽略管压降，u二u=0，而承受的d2dVT1VT3d13VT1VT2电压为u=u=u。VT2VT42第3阶段（nst）：从st=皿开始u2

5、进入了负半周期，b点电位高于a2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u/2的电压，但VT和VT承受的事反向电压，VT和VT承受的是正向电压，21324负载没有电流通过，u=0，i=i=0。dd2第4阶段（stn）：在st时，u2电压为负，VT2和VT4受正向电压，触22发VT2和VT4导通，有电流经过b点fVTfRfVTa点，在这段区间里，u=u，24d2i=i=i=i=u/R。由于VT和VT导通，VT和VT承受u的负半周期电压，至dVT2VT42d24242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

6、6;。（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VI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。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

7、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

8、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:RepresentativeBlockDiagramTblrtera二右N'JTLE'"亠3ui3e-Sjto*-1OTRefrw«n：r壬VCCOSCCwu:OOuitxr4亠go.MQ"ir>"pitCupLBSG3W7OrtpUSla(pv:“ITjitfViBffEAv地ZlW11S蛙制檢电端I尸牙利*I反牆霸扎匚|SU脚入匚|S|*?«匚弄也茁娟出匚CTLl.lnv.input（引脚1）：误差放大器反向输入

9、端。在闭环系统中，该引脚接反馈信号。在开环系统中，该端与补偿信号输入端（引脚9）相连，可构成跟随器。2.Noninv.input（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。4.0SC.0utput（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

10、与引脚5之间外接一只放电电阻，构成放电回路。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.OutputA（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.OutputB（引脚

11、14）：输出端B。引脚14和引脚11是两路互补输出端。15. VCC（引脚15）：偏置电源接入端。16. Vref（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（5.1±1%）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：（1）工作电压范围