MOSFET单相桥式无源逆变电路设计.docx

目录 MOSFET 和电压型无源逆变电路简介 1 MOSFET 简介 1 电压型无源逆变电路简介 1 主电路图设计和参数计算 2 主电路图设计 2 相关参数计算 2 驱动电路的设计和选型 4 驱动电路简介 4 驱动电路的选用 4 电路的过电压保护和过电流保护设计 5 过电压保护 5 过电流保护 7 保护电路的选择以及参数计算 8 MATLAB 仿真 10 主电路图以及参数设定 10 仿真结果 14 总结与体会 15 附录：电路图 16 PAGE PAGE 10 一、MOSFET 和电压型无源逆变电路的介绍 MOSFET 简介 金 属 - 氧 化 层 半 导 体 场 效 晶 体 管 ， 简 称 金 氧 半 场 效 晶 体 管 （Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管（field-effect transistor）。MOSFET 依照其“通道”的极性不同，可分为“N 型”与“P 型” 的 MOSFET，通常又称为NMOSFET 与 PMOSFET，其他简称尚包括 NMOS FET、PMOS FET、nMOSFET、 pMOSFET 等。其特点是用栅极电压来控制漏极 电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优于GTR，但其电流容量小， 耐压低，一般只适用于功率不超过 10kW 的电力电子装置。 电压型无源逆变电路简介 把直流电变成交流电称为逆变。逆变电路分为三相和单相两大类。其中，单相逆变电路主要采用桥式接法。主要有：单相半桥和单相全桥逆变电路。而三相电压型逆变电路则是由三个单相逆变电路组成。 如果将逆变电路的交流侧接到交流电网上，把直流电逆变成同频率的交流电反送到电网去，称为有源逆变。 无源逆变是指逆变器的交流侧不与电网连接，而是直接接到负载，即将直流电逆变为某一频率或可变频率的交流电供给负载。它在交流电机变频调速、感应加热、不停电电源等方面应用十分广泛，是构成电力电子技术的重要内容。 电压型逆变电路有以下特点：直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。 二、主电路图设计和参数计算 主电路图设计 图一：主电路图 电路采用全桥接法。它的电路结构主要由四个桥臂组成，其中每个桥臂都有一个全控器件 MOSFET 和一个反向并接的续流二极管，在直流侧并联有大电容而负载接在桥臂之间。其中桥臂 1,4 为一对，桥臂 2，3 为一对。 由于课程设计要求负载为纯电阻负载，则右端负载中没有电感和电容，且续 流二极管中无电流流过。电路中 V 与 V 有驱动信号时，V 和 V 无驱动信号；V 1 4 2 3 2 与 V 有驱动信号时，V 和 V 无驱动信号。两对桥臂各导通 180o，这样就把直流 3 1 4 电转换成了交流电。 相关参数计算 输入直流电压U ? 100V ,输出功率为 200W，输出电压波形为 1KHz 方波。 d 该电路所有元件均视为理想器件，且每个MOS 管在半个周期内电压为 0，半个周期内承受的电压为 U ，所以有： d U ? U ? 100V o d 又因为P ? 200W ，所以有电阻： U 2 R ???o P ? 50? 则输出电流有效值： P I ? U o ? 2 A 晶闸管额定值计算。电流最大值： I ? I ? 2 A max o 额定电流取大于I 最大反向电压: U ? 100V max 则额定电压:  max 即可。 U N ? (2 ~ 3) ?100 ? 200 ~ 300V 三、驱动电路的设计和选型 驱动电路简介 驱动电路——主电路与控制电路之间的接口 使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损耗，对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义。 对器件或整个装置的一些保护措施也往往设在驱动电路中，或通过 驱动电路实现。 驱动电路的基本任务： 将信息电子电路传来的信号按控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号。 对半控型器件只需提供开通控制信号。 对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号。驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，一般采用光隔离 或磁隔离。 光隔离一般采用光耦合器 磁隔离的元件通常是脉冲变压器 图 2：光耦合器的类型及接法 a) 普通型 b) 高速型 c) 高传输比型 驱动电路的选用 电力 MOSFET 是电压驱动型器件。电力 MOSFET 的栅源极之间有数千皮法左右的