第四章 单相半桥逆变电路.doc

目录 摘要 1 第一章 系统方案设计及原理 2 1.1、系统方案 2 1.2、系统工作原理 2 1.2.1、逆变电路的基本工作原理 2 1.2.2、单相半桥阻感负载逆变电路 3 1.2.3、单相半桥纯电阻负载逆变电路 4 1.3、IGBT的结构特点和工作原理 4 1.3.1、IGBT的结构特点 4 1.3.2、 IGBT对驱动电路的要求 6 第二章 硬件电路设计与参数计算 7 2.1、系统硬件连接 7 2.1.1、单相半桥无源逆变主电路如图下所示 7 2.2、整流电路设计方案 8 2.2.1、整流变压器的参数运算 8 2.2.2、整流变压器元件选择 9 2.2.3、整流电路保护元件的选用 9 2.3、驱动电路设计方案 10 2.3.1、IGBT驱动器的基本驱动性能 10 2.3.2、驱动电路 11 2.4、触发电路设计方案 12 第三章 系统仿真 13 3.1、建立仿真模型 13 3.2、仿真结果分析 15 第四章 小结 16 参考文献 17 摘要 电力电子技术的应用范围十分广泛，它不仅用于一般工业，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等，在照明、空调等家用电器及其他领域中也有着广泛的应用。进入新世纪后电力电子技术的应用更加广泛。以计算机为核心的信息科学将是21世纪起主导作用的科学技术之一，有人预言，电力电子技术和运动控制一起，将和计算机技术共同成为未来科学的两大支柱。 变流技术也称为电力电子器件的应用技术，它包括用电力电子器件构成各种电力变换电路和对这些电路进行控制的技术，以及由这些电路构成电路电子装置和电力电子系统的技术。“变流”不仅指交直流之间的交换，也包括直流变直流和交流变交流的变换，变流电路在工作过程中不断发生电流从一个支路向另一个支路的转移，这就是换流。 将直流电转换为交流电的电路称为逆变电路，根据交流电的用途可分为有源逆变和无源逆变。本课程设计主要介绍单相半桥无源逆变电路。 关键词：整流、无源逆变、IGBT晶闸管 第一章 系统方案设计及原理 1.1、系统方案 系统方案如图1所示，在电路原理框图中，交流电源、整流、滤波和半桥逆变电路四个部分构成电路的主电路，驱动电源和驱动电路两部分构成指挥主电路中逆变桥正确工作的控制电路。其中，交流电源、整流、滤波三个部分的功能分别由交流变压器、全桥整流模块和两个串联的电解电容实现;半桥逆变电路由半桥逆变和缓冲电路构成; 而驱动电源和驱动电路则需要根据实验电路的要求进行搭建。 图1 电路原理图 1.2、系统工作原理 1.2.1、逆变电路的基本工作原理 图2逆变电路原理图 图中S1～S4是桥式电路的4个臂，它们由电力电子器件及其辅助电路组成。当开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压u0为正；当开关S1、S4断开，S2、S3闭合时，u0为负。这样，就把直流电变成了交流电，改变两组开关的切换频率，即可改变输出交流电的频率。 1.2.2、单相半桥阻感负载逆变电路 图3 电压型半桥逆变电路及其电压电流波形 在一个周期内，电力晶体管T1和T2的基极信号各有半周正偏，半周反偏且互补。 若负载为阻感负载，设t2时刻以前，T1有驱动信号导通，T2截止，则。 t2时刻关断的T1，同时给T2发出导通信号。由于感性负载中的电流i。不能立即改变方向，于是D2导通续流， 。 t3时刻i。降至零，D2截止，T2导通，i。开始反向增大，此时仍然有。 在t4时刻关断T2，同时给T1发出导通信号，由于感性负载中的电流i。不能立即改变方向，D1先导通续流，此时仍然有； t5时刻 i。降至零， T1导通，。 1.2.3、单相半桥纯电阻负载逆变电路 图4 单相半桥纯电阻负载逆变电路及IGBT脉冲波形 在一个周期内，电力晶体管V1和V2的基极信号各有半周正偏，半周反偏且互补。 由于是纯电阻负载，当V1开通时V2关断，则负载两端的电压为：；当V1关断时V2开通，则负载两端的电压为：。 1.3、IGBT的结构特点和工作原理 1.3.1、IGBT的结构特点 IGBT是双极型晶体管（BJT）和MOSFET的复合器件，IGBT将BJT的电导调制效应引入到VDMOS的高祖漂流区，大大改善了器件的导通特性，同时它还具有MOSFET的栅极高输入阻抗的特点。IGBT所能应用的范围基本上替代了传统的功率晶体管。 图5 IGBT结构图 如图5所示为一个N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构， N+ 区称为源区，附于其上的电极称为源极。P+ 区称为漏区。器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极。沟道在紧靠栅区边界形成。在漏、源之间的P 型区（包括P+ 和P 一区）（沟道在该区