电力电子技术课程设计模板

1、电力电子技术课程设计电力电子技术课程设计一、课程设计的性质和目 的1、性质：是电气自动化专业的必修实践性环节。2、目的：1）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；3）初步掌握电力电子电路的设计方法。二、课程设计的题目MOSFET电压型单相半桥无源逆变电路设计（阻感性负载）设计条件：（1）输入直流电压：Ui=200V（2） 输 出 功 率 ：500W（3）输出电压波形：1KHz方波三、课程设计的内容，指标内容及要求,应完成的任务1、课程设计的要求1）整流电路的选择2）整流变压器额定参数的计算3）晶闸管（全控型器件）电压、电流额定的选择4）平波电

2、抗器电感值的计算5）保护电路（缓冲电路）的设计6）触发电路（驱动电路）的设计7）画出完整的主电路原理图和控制电路原理图2、指标要求输入直流电压:Ui=200V;输出功率:500W;输出电压波形：1KHz方波。3、整流电路的选择整流电路选择感容滤波的二极管整流电路，由于电容两端的电压不 能突变，故能够保证输出电压为大小恒定的直流电压。ud波形更 平直，电流设的上升段平缓了许多，这对于电路的工作是有利的。4、触发电路(驱动电路)的设计实现逆变的主电路中用的是全控型器件MOSFET,触发电路主 要是针对它的触发设计，电路的原理图如下图所示。跟双极性晶体管相比，一般认为使MOS管导通不需要电流，只要G

3、S电压高于一定的值，就能够了。这个很容易做到，可是，我们还在MOS管的结构中能够看到，在GS, GD之间存在寄生电容,而MOS管的驱动,实际上就是对电容的充放电。对电容的充电需要 一个电流,因为对电容充电瞬间能够把电容看成短路，因此瞬间电 流会比较大。选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提供瞬 间短路电流的大小。第二注意的是,普遍用于高端驱动的NMOS,导通时需要是栅极电压大于源极电压。而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极 电压(VCC)相同，因此这时栅极电压要比VCC大4V或10V。如果在同一个系统里，要得到比VCC大的电压,就要专门的升压电路了。很多马达驱动器都集成了电荷泵，要注意

4、的是应该选择合适的外接电容，以得到足够的短路电流去驱动MOS管。上边说的4V或10V是常见的MOS管的导通电压，设计时当然 需要有一定的余量。而且电压越高，导通速度越快,导通电阻也越 小。现在也有导通电压更小的MOS管用在不同的领域里，但在 12V汽车电子系统里，一般4V导通就够用了。4、PWM产生电路SG3525的结构SG3525电压涧弋芯片防具体的内耶信枸如图I所示。其中，叫16为SG352?的基沮电 压源输出，精度可以达到V,采用了温度补偿,而且1S有过流保护电路t脚S, 0 6.制7内七一个双门限比莪器，内电容充放隹出的 加上外接的电阻匿容电路共同构成 SG3525的振满器“振海器贻设

5、有汁同市瑜入端财“.脚I及脚上分别为芯片间误差成大爵 劄反相询人端、同相碗入端”该成太器是一个两明差分放土爵，直流芥耳增芝为70HR左右” 椎措系统的动态、静态特性要求，在误差放大器灼输扫脚9和卿I之间一般蜜添加适当的反 谎补俾同始一工作原理:SG3525内部结构框图如图所示，它在第一代脉宽调制芯片SG3524的基础上作了较大的改进，主要表现在以下几个方(1 )电路中设置了欠电压锁定和限流关断电路。为了防止在 欠电压状态下 2 .5 V时欠电压封锁电路就开始工作, 其上限值为8V ,但在电路达到8 V前，电路各部分已进入正常工 作状态，而当从8 V下降到7 . 5 V时，锁定电路又开始恢复工作

6、, 其中有0.5 V的回差电压，用于消除钳位电路在阀值点处的振荡。 在锁定电路工作期间，输出一高电平，加全组合逻辑门电路的输入 端，以封锁PWM的脉冲信号。SG3525没有电流限制放大器，它采 用了关断控制电路来进行限流控制，其中包括逐个脉冲的电流限制 和输出电流的限流控制，只要将信号加于l 0脚就能实现限流控 制。另外l 0脚也可提供各种程序控制的需要。(2 )改进了振荡电路。主要是将时基电容c的放电电路与充 电电源分开，单独设立引脚7 , C放电经过外接电阻R。来实现， 改变R。即可改变C的放电时间常数，从而也改变了死区时间， 而C的充电是由R规定的内部电流源决定的。振荡器的振荡频率t-为

7、：睥67私，】眼)(3 )输出电路的改进。SG3525输出级采用了图腾柱输出电路, 它能使输出管更快地关断，V1由达林顿管组成，最大驱动能力为 100mA，V 2作为开关器件，在其导通时能够迅速把外接MO S管 栅极上的电荷从它的集电极泄放全地，最大吸收电流为50mA。由图2结构框图可见,SG3525主要有基准稳压源、振荡 器、误差放大器、PWM比较器和锁存器、分相器、或非门电 路和图腾输出电路等几大部分组成：振荡器经过夕卜接时基电容和电阻产生锯齿波振荡同时产生时 钟脉冲信号，该信号的脉冲宽度与锯齿波的下降沿相对应。时钟 脉冲作为由T触发器组成的分相器的触发信号，用来产生误差为1 8 0。的一

8、对方波信号u和U误差放大器是一个双级差分放大器， 经差分放大的信号U。与振荡器输出的锯齿波电压u加至P WM 比较器的负、正输入端，比较器输出的调制信号经锁存后作为或 非门电路的输入信号u .或非门电路在正常情况下具有三路输入: 即分相器的输出信号u m和u P WM调制信号u和时钟信号U。 或非门电路的输出U III和U即为图腾柱电路的驱动信号。相关 各点的波形如图3所示。*。图3 SG3525相关波形图5、应完成的任务在进行实际的设计之前，我们应该了解单相半桥逆变的应用范 围，熟练地掌握电压型半桥逆变电路的工作原理，弄清楚电路中所 应用的每一个器件在电路中的作用，熟练地掌握MOSFET的结 构、工作原理、驱动电路的选择要求。在应用Matlab仿真的时 候应该对Matlab中的模块有一定的了解