MOSFET单相全桥无源逆变电路

电力电子技术课程设计书电力电子技术课程设计书MOSFET单相桥无源逆变器电路设计(纯电阻负载)院，部：电气与信息工程学院学生名称：指导教师：王翠役助教授专业：自动课程：该1004课程完成时间： 2013-5-24摘要本次基于MOSFET的单相桥无源逆变器电路的课程此次设计的单相全桥逆变器电路采用MOSFET作为开关器件，将直流电压Ud逆变器为频率1KHZ的方波电压，将其施加在纯电阻负载的两端。 本次课程设计的电路图模拟是基于MATLZB的SIMULINK，MATLAB软件中电源等设备是理想的设备，因此模拟电路比较简单，不影响结果输出。 设计主要是电阻负载的输出电流、电压和元件MOSFET的输出电压的波形模拟。 关键词：单相全桥被动逆变器MOSFET； 产品目录1 MOSFET介绍和工作原理.1.2电压型无源逆变器电路的特点和主要类型.2.1电压型和电流型的差异.2. 2逆变器电路的分类.3.3主动和被动的区别. 数据电路原理分析.5.3参数的设定. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 6.5模拟电路的结果和分析.9.2电阻负载输出波形图_ _ _ _ _ _ _ _ _ .9 5.3设备MOSFET的输出波形图. 10 5.4仿真波形分析. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 11 6总结. 13. 意图是什么的FET(Field Effect Transistor场效应晶体管)是金属层(m )的栅极经由氧化层(o )利用电场的效果来控制半导体(s )的场效应晶体管。 功率场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型，但通常主要指绝缘栅型的MOS型(Metal Oxide Semiconductor FET )，简称功率mosfet (功率mosfet )。 结型电场效应晶体管一般称为静电感应晶体管(staticinductiontransistor sit )。 控制漏极电流以栅极电压为特征，驱动电路简单，所需驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优于GTR，但电流容量小，耐压低，一般只能适用于功率不超过10kW的功率电子装置。 功率MOSFET的种类：按每个导电沟道分为p沟道和n沟道。 可以根据栅极电压振幅分为耗尽型和增强型，在栅极电压为零时将漏极-源极间存在导电沟道称为耗尽型的N (P )沟道元件中，仅在栅极电压大于(小于)零的情况下存在导电沟道本次设计采用了n沟道扩展。 双电压型无源逆变电路的特点和主要类型的2.1电压型和电流型的差异根据直流侧电源性质的不同分为两部分：直流侧称为电压源的电压型逆变电路； 直流侧为电流源的称为电流型逆变电路。电压型逆变器电路具有直流侧为电压源或并联大容量，相当于电压源的特征。 直流侧电压几乎不脉动，直流电路呈低阻抗。 在直流电压源的钳位作用下，交流侧输出电压波形为矩形波，与负载阻抗角无关。 交流侧的输出电流波形和相位根据负载阻抗的情况而不同。 交流侧为电阻负载时，需要供给无功功率，直流侧电容器起到缓冲无功能量的作用。 为了供给交流侧想要反馈到直流侧的无效能量，在逆变器桥的各臂上并联连接有反馈二极管。 也称为回流二极管。 2.2逆变器电路的分类将直流变为交流称为逆变器。 逆变器电路分为三相和单相两类。 其中，单相逆变电路主要采用桥接法。 主要有单相半桥和单相全桥逆变电路。 三相电压型逆变电路由三个单相逆变电路组成。 2.3有源和无源的逆变器电路的交流侧与交流电网连接，将直流电作为反频率的交流电反向输送到电网，称为有源逆变器。 无源逆变器是指逆变器的交流侧不与电网连接，直流逆变器与向某一频率或可变频率的交流电供给负载的负载直接连接。 广泛应用于交流电机的变频调速、感应加热、不停电电源等，是构成电力电子技术的重要内容。 三电压型无源逆变电路原理分析单相逆变电路主要采用桥接法。 其电路结构主要由四个桥臂构成，其中各桥臂具有与全控制MOSFET反并联连接的续流二极管，在直流侧并联连接有大容量，桥臂之间连接有负载。 其中桥臂1、4为一对，桥臂2、3为一对。 可以认为是两个半桥电路的组合。 其基本电路连接图如下：图1的电压型全桥无源逆变器电路的电路图是使用功率场效应晶体管(MOSFET )设计而成的，因此，与图1的单相桥电压型无源逆变器电路那样，该过程被设计为电阻负载，因此，IGBT的基本电路连接图如下该电路由两组桥臂构成，V1、V4、V2和V3两组桥臂分别导通180度。 另外，由于采用了移相调压法，因此VT3的基准信号延迟到VT1的90度，而VT4的基准信号延迟到VT2的90度。 因为是电阻负载，所以晶体管没有回流作用。 输出电压和电流的波形相同，均以90度正值、90度零、90度负值、90度零 循环。 4主电路设计和参数选择4.1主电路仿真图在此次设计中，主电路采用单相全桥无源逆变器电路(电阻负载)。 软件上的电源等设备是理想的设备，因此能够直接去除并联连接在直流侧的大容量。 根据以上工作原理概论的分析，主电路仿真图如下：图2 MOSFET单相全桥无源逆变电路(电阻负载)电路4.2参数计算电阻负载、直流侧输入电压=100V、脉宽=90的方波、输出功率300W、电容和电感设定为理想零状态。 频率1000Hz从频率1000Hz得到周期T=0.001s，V3的基波信号比V1延迟90度(即，相当于1/4周期)。 换算成t3=0.001/4=0.00025s、t1=0s . 由于相同理由，t2=0.001/2=0.0005S、t4=0.00075S . 理论有效值： Uo=Ud/2=50V。 另外，因为P=300W，所以有电阻： R=Uo*Uo/P=8.333，电流有效值： Io=P/Uo=6A，电流振幅值为Imax=12A，Imin=-12A，电压振幅值为Umax=100V，Umin=-100V晶闸管额定值进行计算，电流有效值： Ivt=Imax/4=3A。 额定电流In额定值： In=(1.5-2)*3=(4.5-6)A。 最大反电动势Uvt=100V时，根据额定电压Un=(23)*100V=(200-300)V 4.3参数设定以上计算出的各参数正确设定主电路图，模拟了波形图。图3 VT1触发电平参数设定图4 VT2的触发电平参数设定图5 VT3的触发电平参数设定图6 VT4的触发电平参数设定图7电阻负载参数设定5模拟电路的结果和5.1触发电平的波形图从上到下依次为VT1、VT2、VT3 图8触发电平的波形图5.2从电阻负载输出波形图上依次输出电流(最大值12A )和输出电压(最大值100V )的波形。 在图9的电阻负载输出波形图中，根据图9所示的波形，一个周期内的两个半周期的输出电压值的大小相等，当振幅的正负相反时，输出平均电压为0。 同样，输出平均电流也为0。 5.3器件MOSFET的输出波形图从上到下依次是VT1、VT2、VT3、VT4的输出电流和电压波形。 图10 VT1电流波形(最大值12A、最小值0A )、vt1电压波形(最大值100V、最小值0V )图11的VT2电流波形(最大值12A、最小值0A )、VT2电压波形(最大值100V、最小值0V )图12的vt3电流波形(最大值12A、最小值0A) VT3电压波形(最大值100V、最小值0V ) 图13连接VT4电流波形(最大值12A、最小值0A )、VT4电压波形(最大值100V、最小值0V) 5.4仿真波形解析电阻负载时，通过相移调整逆变器电路的输出电压。 相移调压实际上是调节输出电压脉冲的宽度。 通过控制图8的触发脉冲，可以获得图9和图5.3的mosfet的输出波形图，其中，图9的波形是输出电流电压的波形，没有感应负载。因此，在波形图中，一个周期内的两个半周期的输出电压值具有相等的值，而当振幅的正负相反时，输出平均电压为0。 VT1的电压波形和VT2的互补、VT3的电压波形和VT4的互补，但VT3的基准信号并不比VT1延迟180，而是延迟。 即，VT3和VT4的栅极信号分别不与VT2和VT1的栅极信号相同，并且前进到90度。 所输出的电压不是分别为180个脉冲，而是分别为90个脉冲。 因为没有感应负载，所以电流的情况和电压一样。 MOSFET单相桥无源逆变器电路有4个桥臂，可以看作是2个半桥电路的组合，采用移相调压方式后，输出交流电压有效值可以通过改变直流电压Ud来实现，通过改变来调节输出电压的脉冲宽度，从而有效在MATLAB软件中，电源等设备是理想的设备，因此可以直接去除电容器。 另外，在纯电阻负载中，VD1VD4不导通，没有回流作用，因此，以往能够去除发挥回流作用的4个二极管，对结果没有影响。 与半桥逆变器电路相比，全桥逆变器电路克服了半桥逆变器电路的输出交流电压振幅仅为1/2Ud的缺点，不需要2个电容串联，不需要控制电容电压的均衡，因此能够用于比较大功率的逆变器电源。 参考文献1王兆安刘进军.电力电子技术.北京：机械工业出版社.第5版2009.5(1001032黄忠霖黄京.电力电子技术MATLAB实践.北京：防卫工业出版社. 2009.1. 246248 3洪乃刚.电力电子、 电机控制系统的建模与仿真.北京：机械工业出版社. 2010.1. 100107 4赵同贺等.新型开关电源的典型电路设计与应用.北京：机械工业出版社，2010 5林飞、杜欣.电力电子应用技术的MATLAB仿真.北京：中国电力出版社，2009年度综合运用知识，进行必要的分析比较。 进一步验证了所学的理论知识。 同时，这次的课程设计，最重要的是心理状态，最初感到困难，但是只要有自信，教我一定要完成。通过电气电子技术课程的设计，我加深了对教科书专业知识的理解，通常是学习理论知识，在本次课程的设计过程中，更熟悉了单相桥无源电路的原理和触发电路的设计。 当然，在这个过程中我也遇到了困难，查阅了资料，相互讨论。 我准确地发现了我们的错误，改正了错误。 这是我们的收获，不仅进一步提高了我们的实践能力，我们在今后的工作中也变得更有信心了。 通过这次的课程设计，我知道了光