逆变电路课程设计

精品文档 1欢迎下载 本科电力电子技术课程设计说明书 题目 基于 SG3524 芯片的逆变电源设 计与 MATLAB 仿真 控制电路 学 院 机电工程学院 专 业 农业电气化与自动化 姓 名 王德昭 学 号 120514891 指导教师 洪 宝 棣 职 称 副教授 精品文档 2欢迎下载 设计完成日期 二 一五年一月 1 1 电力电子简介 4 1 2 课设的目的 4 1 3 课程设计要求 4 1 4 课程设计的主要内容与技术参数 5 二 单相电压型逆变电路 7 2 1 全桥逆变电路 7 三 器件的选择 8 3 1SG3524 内部结构图 3 2 SG3524 引脚功能 3 3 SG3524 引脚图 四 控制电路 10 五 心得体会 10 精品文档 3欢迎下载 1 前言前言 1 11 1 电力电子简介电力电子简介 电力电子技术又称为功率电子技术 他是用于电能变换和功率恐控制的电子 技 术 电力电子技术示弱电控制强电的方法和手段 是当代高兴技术发展的重要 内容 也是支持电力系统技术革命和技术革命的发展的重要基础 并节能降耗 增产节约提高生产效能的重要技术手段 微电子技术 计算机技术以及大功率 电 力电子技术的快速发展 极大地推动了电工技术 电气工程和电力系统的技 术发展和进步 电力电子器件是电力电子技术发展的基础 正是大功率晶闸管 的发明 使得半导体变流技术从电子学中分离出来 发展成为电力电子技术这 一专门的学科 而二十时间九十年代各种全控型大功率半导体器件的发明 进 一步拓展了电力电子技术应用和覆盖的领域和范围 电力电子技术的应用领域 已经深入到国民经济的各个部门 包括钢铁 冶金 化工 电力 石油 汽车 运输以及人们的日常生活 功率范围大到几千兆瓦的高压直流输电 小到一瓦 的手机充电器 电力电子技术随处可见 电力电子技术在电力系统中的应用中 也有了长足的发展 电力电子装置与传统的机械式开关操作设备相比有动态响 应快 控制方便 灵活的特点 能够显著地改善电力系统的特性 在提高系统 稳定 降低运行风险 节约运行成本方面有很大潜力 1 21 2 课设的目的课设的目的 1 通过对单相桥式 PWM 逆变电路的设计 掌握单相桥式 PWM 逆变电路的工 作原理 综合运用所学知识 进行单项桥式全控整流电路和系统设计的能力 2 了解与熟悉单相桥式 PWM 逆变电路的控制方法 3 理解和掌握单相桥式 PWM 逆变电路及系统的主电路 控制电路 保护电 路的设计方法 掌握元器件的选择计算方法 1 31 3 课程设计要求课程设计要求 1 输入直流电源 24V10 2 输出交流电压 220V10 3 控制电路芯片为 SG3524 精品文档 4欢迎下载 4 过流保护电路 1 41 4 课程设计的主要内容与技术参数课程设计的主要内容与技术参数 1 主电路设计 2 通过计算选择全控器件的具体型号 3 确定变压器变比及容量 4 控制电路芯片分析及接线使用 5 绘制相关电路图 6 MATLAB 电路仿真 获得输出电压波形 7 完成设计说明书 精品文档 5欢迎下载 课程设计任务书 论文题目基于 SG3524 芯片的逆变电源设计与 MATLAB 仿真 学院机电专业农业电气化与自动化班级12 级农电班 课程设计的要求课程设计的要求 1 输入直流电源 24V10 2 输出交流电压 220V10 3 控制电路芯片为 SG3524 4 过流保护电路 课程设计的主要内容与技术参数 1 主电路设计 2 通过计算选择全控器件的具体型号 3 确定变压器变比及容量 4 控制电路芯片分析及接线使用 5 绘制相关电路图 6 MATLAB 电路仿真 获得输出电压波形 7 完成设计说明书 课程设计工作计划 通过学习 查阅收集参考资料和文献 进行方案论证 做主电路设计 选 择器件 确定变压器变比及容量 确定滤波电抗器 芯片分析接线 搭建仿真电 路模拟输出波形 总结并撰写说明书 准备答辩 接受任务日期 201 年 月 日 要求完成日期 201 年 月 日 学 生 签名 年 月 日 指 导 教 师 签名 年 月 日 院长 主任 签名 年 月 日 精品文档 6欢迎下载 二 单相电压型逆变电路二 单相电压型逆变电路 2 12 1 全桥逆变电路全桥逆变电路 电压型全桥逆变电路的原理图如图 2 1 a 所示 它共有四个桥臂 可以看 成由两个半桥电路组合而成 把桥臂 1 和 4 作为一对 桥臂 2 和 3 作为另一对 成对的两个桥臂同时导通 两对交替各导通 180 度 其输出电压u0的波形和图 2 1b 的半桥电路的波形u0形状相同 也会矩形波 但其幅值高出一倍 Um Ud 在直流电压和负载都相同的情况下 其输出电流i0的波形当然也和图 2 1b 中 的 i0形状相同 仅幅值增加一倍 图一中的VD1 V1 VD2 V2相继导通的区间 分别对应于图一种的VD1和VD4 V1和V4 VD2和VD3 V2和V3相继导通的区间 关于无功能量的交换 对于半桥逆变电路的分析也完全适用于全桥逆变电路 在阻感负载时 还可以采用移相的方式来调节逆变电路的输出电压 这种方式 称为移相调压 移相调压实际上就是调节输出电压脉冲的宽度 在图 2 1a 的单 相全桥逆变电路中 各 IGBT 的栅极信号仍为 180 度正偏 180 度反偏 并且V1 和V2的栅极信号互补 V3和V4的栅极信号互补 但V3的基极信号不是比V1落 后 180 度 而是只落后 0 180 度 也就是说 V3 V4的栅极信号不是 分别和V2 V1的栅极信号同相位 而是前移了 180 度 这样 输出电压u0就 不再是正负各为 180 度的脉冲 而是正负各为 脉冲 各 IGBT 的栅极信号 uG1 uG4及输出电压u0 输出电流i0的波形如图 2 1b 所示 下面对其工作过程 进行具体分析 设在t1时刻前V1和V4导通 输出电压u0为Ud t1时刻V3和V4栅极信号反 向 V4截止 而因负载电感中的电流i0不能突变 V3不能立刻导通 VD3导通 徐柳 因为V1和VD3同时导通 所以输出电压为零 到t2时刻V1和VD2栅极信 号反向 V1截止 而V2不能立刻导通 VD2导通续流 和VD3构成电流通道 输 出电压为 Ud 到负载电流过零并开始反向时 VD2和VD3截止 V2和V3开始导 通 u0仍为 Ud t3时刻V3和V4栅极信号再次反向 V3截止 而V4不能立刻导 通 VD4导通续流 u0再次为零 以后的过程和前面类似 这样 输出电压u0 的正负脉冲宽度就各位 改变 就可以调节输出电压 在纯电阻负载时 采用上述移相方法也可以得到相同的结果 只是VD1 VD4 精品文档 7欢迎下载 不再导通 不起续流作用 在u0为零期间 四个桥臂均不导通 负载也没有电 流 显然 上述移相调压方式并不适用于半桥逆变电路 不过在纯电阻负载时 仍可采用改变正负脉冲宽度的方法来调节半桥逆变电路的输出电压 这是 上 下两桥臂的栅极信号不再是各 180 度正偏 180 度反偏并且互补 而是正偏的 宽度为 反偏的宽度为 180 度 二者相位差为 180 度 这是输出电压 u0也 是振幅脉冲的宽度各为 图图 2 12 1 单项全桥逆变电路的移相调压方式 单项全桥逆变电路的移相调压方式 3 3 器件的选择器件的选择 3 1SG3524 内部结构图 精品文档 8欢迎下载 3 2 SG3524 引脚功能 目前国内外生产的 PWM 型和 PFM 脉频调制 型开关集成控制器已达上百种 其中 PWM 型集成控制器以 SG3524 较为流行 它是美国硅通用公司 Silicon General 生产的双端输出式脉宽调制芯片 包括了所有无电源变压器开关电源 所要求的基本功能 如控制 保护 取样放大等功能 使用方便灵活 同时在 制造上采用常规的平面工艺 SG3524 可为脉宽调制式推挽 桥式 单端及串联 型 SMPS 固定频率开关电源 提供全部控制电路系统的控制单元 由它构成的 PWM 型开关电源的工作频率可达 100kHz 适宜构成 100 500W 中功率推挽输出 式开关电源 SG3524 采用是定频 PWM 电路 DIP 16 型封装 引 脚 号 引脚名称引脚功能 1Inv input 误差放大器反向输入端 在闭环系统中 该引脚接反馈信 号 在开环系统中 该端与补偿信号输入端 引脚 9 相连 可构成跟随器 2Noninv inpu t 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 3Sync 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 4OSC Output 振荡器输出端 5Ct 振荡器定时电容接入端 6Rt 振荡器定时电阻接入端 7Discharge 振荡器放电端 该端与引脚 5 之间外接一只放电电阻 构 成放电回路 8Soft Start 软启动电容接入端 该端通常接一只 5 的软启动电容 9Compensatio n 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 10Shutdown 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 11Output A 输出端 A 12Ground 信号地 13Vc 输出级偏置电压接入端 14Output B 输出端 B 15Vcc 偏置电源接入端 精品文档 9欢迎下载 16Vref 基准电源输出端 该端可输出一温度稳定性极好的基准电 压 特点如下 1 工作电压范围宽 8 35V 2 5 1 11 0 V 微调基准电源 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 P 3 3 SG3524 引脚图 4 控制电路及保护电路图 精品文档 10欢迎下载 精品文档 11欢迎下载 五 心得体会 在这次的电力电子课程设计中 我遇见了各种各样的困难 通过查阅资料 向老师和同学请教才解决了部分的问题 这让我了解到了自己在这门课程上的 不足之处和薄弱环节 另外课本知识和实践设计还是有很大的差别 这更加让 我理解了真理出自实践这句名言的可贵之处 以后我会更加注重将理论知识 活运用于实践 为自己的专业甚至就业打好坚实的基础 感谢在这次课程设计 中 帮助我