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IR20驱动MOSIGBT组成H桥原理与驱动电路分析1.H桥原理：H桥电路是由四个开关管组成的电路，可以实现正反转、制动及调速功能。
在正极电池端接入两个开关管，负极电池端接入另外两个开关管。
通过控制不同开关管的电导情况，可以控制电机正反转和制动。
当Q1和Q4导通时，电机正转；当Q2和Q3导通时，电机反转；当Q1和Q2导通时，电机制动。
H桥电路示意图如下：```+Vcc+--，Q1，--+Motor(Load) -----，Q2，----------+--，Q3，--++GND```2.IR2110简介：IR2110是一种高低侧驱动器，它具有独立的高压和低压输入端，可以直接驱动高侧和低侧开关管。
IR2110集成了驱动电路和PWM调制电路，能够实现电源零电压开关（ZVS）和电流过零检测功能，提高开关效率和减少电磁噪音。
3.IR2110的工作原理：-IR2110的高侧驱动电路包括一个高侧引脚(HIN)、一个半桥驱动电路和一个逆变器。
-IR2110的低侧驱动电路包括一个低侧引脚(LIN)、一个半桥驱动电路和一个逆变器。
-当HIN输入信号为低电平时，高侧逆变器输出为高电平，高侧MOS 管截止，同时低侧逆变器输出为低电平，低侧MOS管导通，电机正转。
-当HIN输入信号为高电平时，高侧逆变器输出为低电平，高侧MOS 管导通，同时低侧逆变器输出为高电平，低侧MOS管截止，电机反转。
-通过HIN和LIN输入信号的控制，可以控制H桥电路的工作方式。
4.IR2110驱动电路示意图：```+Vcc+--，Q1，---------------+Motor ，(Load) ----，Q2，----------------， IR2110+--，Q3，---------------++GND```5.IR2110驱动电路的工作过程：-通过输入信号控制IR2110的HIN和LIN引脚的电平。
-IR2110内部逆变器产生高侧和低侧驱动电平，控制相应的MOSFET 或IGBT的导通和截止。
H桥驱动直流电机分析H桥驱动直流电机是一种常用的电机驱动方式，用于控制直流电机的正反转和速度调节。
它由四个开关元件（一般使用MOSFET或IGBT）组成的结构，可以实现对电机电压和电流的控制，具有较高的效率和可靠性。
下面对H桥驱动直流电机的原理、工作原理和应用进行详细分析。
一、H桥驱动直流电机的原理H桥是由四个开关元件组成的电流逆变器，包括两个上桥臂和两个下桥臂。
上桥臂包括两个开关元件，分别用来控制正向电流流动；下桥臂也包括两个开关元件，用来控制反向电流流动。
在工作过程中，通过对不同的开关元件进行组合，可以实现对直流电机的正反转和速度调节。
二、H桥驱动直流电机的工作原理1.正向转矩工作时：上桥臂的S1开关闭合，S2开关断开；下桥臂的S3开关闭合，S4开关断开；此时电流从电源的正极流入S1，经过电机，从S3流回电源的负极，形成一个回路，电流流动的方向和电机的转向一致，电机正向转动。
2.反向转矩工作时：上桥臂的S1开关断开，S2开关闭合；下桥臂的S3开关断开，S4开关闭合；电流从电源的正极流入S2，经过电机，从S4流回电源的负极，形成一个回路，电流流动的方向和电机的转向相反，电机反向转动。
三、H桥驱动直流电机的应用1.正反转控制：H桥驱动电路可以实现对电机的正反转控制，使电机能够根据需要进行正向或反向旋转，适用于各种机械设备。
2.电机速度调节：通过对开关元件的控制，可以实现对电机的速度调节，从而满足不同工况下对电机速度的要求。
3.性能稳定：H桥驱动电路采用了高效的开关元件，使得电机的性能更加稳定可靠。
4.电压和电流控制：H桥驱动电路可以对电机的电压和电流进行精确的控制，以实现对电机的精确定位和运动控制。
总结：H桥是一种常用的电机驱动方式，通过控制开关元件的组合，实现对直流电机的正反转和速度调节。
它在工业自动化控制系统和机器人等领域得到广泛应用，具有正反转控制、速度调节、性能稳定和电流电压控制等优点。
H桥逆变器S P W M M A T L A B仿真文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]MATLAB仿真技术大作业题目：H桥逆变器SPWM仿真单相逆变器（H桥）。
直流电压500V，使用直流电压源模块；逆变器用Universal Bridge模块，器件选IGBT。
负载用阻感串联负载，电阻1，电感15mH。
使用三角波作为载波，载波频率750Hz，调制度，基波频率50Hz。
仿真时间秒，使用ode23tb求解器。
本次仿真关注稳态时的情况。
分析谐波成分时，取秒之后的2个工频周期的波形进行分析，基波频率50Hz，最大频率3500Hz。
1、双极性SPWM仿真采用双极性SPWM，完成以下内容：(1)在同一副图中，画出载波与调制波的波形；(2)记录逆变器的输出电压（即负载两端的电压）波形，采用Powergui模块中FFT Analysis子模块进行谐波分析，（3）(a)分析基波电压是否与理论公式相符；基本相符，理论值为500*=400，实际值，相对误差%(b) 分析电压谐波成分，并给出结论；谐波集中在载波频率（750hz）及其整数倍附近(3)记录负载电流的波形，并进行谐波分析。
谐波分析负载电流谐波成分与电压基本一致。
2、单极性SPWM仿真采用单极性SPWM，重复上述仿真，即，完成以下内容：(1)在同一副图中，画出载波与调制波的波形；(2) 记录逆变器的输出电压（即负载两端的电压）波形，采用Powergui模块中FFT Analysis子模块进行谐波分析，谐波分析(a) 分析基波电压是否与理论公式相符；基本相符(b) 分析电压谐波成分，并给出结论；谐波分别很散，与理论不符(3)记录负载电流的波形，并进行谐波分析。
(4)对比分析单极性SPWM，双极性SPWM输出电压谐波成分的特点，在相同LC 滤波器参数时，其负载电流THD的情况。
单极性谐波应该少，实际仿真结果反而多3、级联H桥逆变器仿真两个H桥级联，每个桥的逆变器参数都与前面的相同。
目录1.引言 (2)1.1研究意义 (2)1.2研究内容 (2)2.直流-直流变换器的工作原理 (2)4 H桥DC/DC变换系统的电路仿真模型建立与实现 (6)5 结论 (11)心得体会 (12)1.引言1.1研究意义电能是现代工农业、交通运输、通信和人们日常生活不可缺少的能源。
电能一般分为直流电和交流电两大类，现代科学技术的发展使人们对电能的要求越来越高，不仅需要将将交流电转变为直流电，直流电转变为交流电，以满足供电能源与用电设备之间的匹配关系，还需要通过对电压、电流、频率、功率因数和谐波等的控制和调节，以提高供电的质量和满足各种各样的用电要求，这些要求在电力电子技术出现之前是不可能实现的，随着现代电力电子技术的发展，各种新型电力电子器件的研究、开发和应用，使人们可以用电力电子变流技术为各种各样的用电要求提供高品质的电源，提高产品的质量和性能，提高生产效率，改善人们的生活环境。
所谓变流就是指交流电和直流电之间的转换，对交直流电压、电流的调节，和对交流电的频率、相数、相位的变换和控制。
而电力电子变流电路就是应用电力电子器件实现这些转换的线路，一般这些电路可以分为四大类。
（1）交流—直流变流器。
（2）直流—直流斩波调压器。
（3）直流—交流变流器。
（4）交流—交流变流器。
本课题所要研究的是直流—直流斩波调压。
1.2 研究内容（1）工作原理分析（2）系统建模及参数设置（3）波形分析2.直流-直流变换器的工作原理直流—直流变流电路的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。
直接直流变流电路也称斩波电路，它的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。
间接直流变流电路是在直流变流电路中增加了交流环节，在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称为带隔离的直流—直流变流电路或直—交—直电路。
现代电力电子技术IGBT建模与仿真一、IGBT结构及工作原理自上世纪80年代绝缘栅双极型晶体管（IGBT）问世以来，逐渐取代了晶闸管和功率MOSFET等器件，在中频、中等功率变流领域获得了广泛的应用。
IGBT 克服了功率MOSFET高通态损耗的特性，同时保持了MOSFET门极电压驱动的优点。
IGBT是一种PNPN四层结构的器件，其结构剖面图和等效电路如图（1）所示。
(a) 剖面图(b) 达林顿等效结构图(1)IGBT结构剖面图及等效电路由图（1）（b）可知，IGBT相当于一个MOSFET和一个BJT的混合电路。
当在其栅极施加一个足够大的正向电压时，MOSFET内部将形成沟道，为晶体管提供基极电流，从而使IGBT导通。
此时由于P+区的空穴注入到N-区产生电导调制效应，能够减小N-区的电阻，从而使IGBT具有较小的通态压降。
二、IGBT工作特性IGBT的工作特性分为静态特性和动态特性两种。
(1)静态特性静态特性描述了稳态情况下IGBT的电流与电压关系，最常用的是其伏安特性和转移特性。
伏安特性指的是在不同的Vge下，Ice与Vce之间的关系，如图（2）左图所示。
转移特性是指集电极电流Ic与栅射电压Uge之间的关系，如图（2）右图所示。
图(2)IGBT的静态特性(2)动态特性动态特性描述了开关过程中IGBT的电压电流随时间变化的关系，分为开通特性和关断特性。
(a)开通过程 (b)关断过程图(3)IGBT的动态特性在开通过程中有两点值得关注：一是电流Ic上升率较快时，快恢复二极管的反向恢复电流将导致Ic出现尖峰，这一尖峰会引起电磁干扰等问题；二是寄生电容Cgc导致Miller效应，使Vge出现Miller平台，增加开通损耗。
在关断过程中，Cgc的分流作用使得在Vce下降过程中同样会出现Miller 平台，增加关断损耗。
此外电流下降过程中，二极管偏置导通将引起电压过冲，导致电磁干扰问题。
由于MOSFET快速关断，PNP双极管中存储的电荷不能及时释放，关断过程中还会有一个较长的拖尾电流，也增加了关断损耗。
IGBT模块热网络模型及电路仿真应用IGBT芯片在模块内工作时面临高压大电流环境，每个芯片因位置差异导致其温度各不相同，因此直接精准测量每个芯片的结温基本上是不可能的。
通常使用建立IGBT模块简化模型的方法，通过计算、仿真等方法得到IGBT模块内部芯片的等效结温，称为虚拟结温，用标志Tvj来表示。
广义上来说，谈到IGBT模块结温的时候，大部分情况下其实都是在说虚拟结温Tvj。
图1 IGBT模块内部结构IGBT模块的真实热传导路径应当是三维的，热量从芯片发出，通过横向（X，Y）和纵向（Z）路径传导。
由于模块内部结构复杂，所以模块内每一层材料上不同点的温度不一定相同，热传导形成的等温面可能是不规则的曲面（如图2）。
图2 IGBT模块内部传热路径和等温面半导体器件厂商为了量化半导体器件内部的虚拟结温Tvj，提出了一维分层热结构模型的方法。
该方法基于以下假设：(1)IGBT模块内部的传热路径简化为从内部芯片到外部基板的一维路线热结构模型（实际上其它路径的传热量的确远小于该路径）；(2)热结构模型体现的是模块内部等温面的分布，而不是对IGBT 模块内部物理结构的简单等效。
一、用电路理论分析热模型1.Cauer热网络模型将物体内部按材料进行分层，每一层都有其对应的热阻、热容，这种基于物体内部不同材料的真实物理特性建立的热网络模型叫做Cauer网络模型。
Cauer热网络模型可以用电路模型来等效。
模块外部的导热材料和散热器模型也可以一并加入热网络模型。
热源（W）可以对应电流源（A），热阻（K/W）可以对应电阻（Ω），热容（J/K）可以对应电容（F），温度（K）可以对应电压（V）。
有了这样的对应关系，即可将热模型转化为电路模型。
如图3所示，即为Cauer热网络模型转化成电路模型的情况。
图3 Cauer热网络模型转为电路模型通过电路仿真软件，将模块工作时的损耗用数学模型表示成电流，输入等效电路模型，监测各层的电路节点电压，即可得到各层的仿真温度。
级联型H桥SVG系统的数学建模及应用仿真摘要：在补偿电网末端无功功率的各种措施中，SVG无疑是一种新兴装置。
本文旨在分析验证H桥级联型SVG的无功补偿效果。
首先从简单H桥电路原理出发，运用坐标变换等手段建立数学模型并优化；进而通过Simulink搭建主电路平台，完成若干仿真校验。
仿真波形显示，电网在SVG应用前后的无功补偿效果可观，其动、稳性能均符合无功补偿要求。
关键词：无功功率；级联型H桥；静止无功电源；坐标变换；MATLAB仿真引言众所周知，电力系统的无功损耗远大于有功损耗，电网的无功补偿历来是电气工程领域最为活跃的一个话题。
在上世纪中后期出现的静止无功发生器（SVC）被认为是无功补偿最有效的措施之一，而随着电力电子技术及相关领域的发展，无功补偿设备又有了新进展。
从市场行情来看，电能的需求量也在不断上升，电网实现智能化势在必行[1]。
静止无功电源（SVG）是当前最先进的动态无功补偿装置[2]。
本文主要从三相H桥SVG控制系统的结构进行研究，分析级联型H桥主电路结构并对其建立数学模型，进而搭建主电路结构。
最后在Simulink环境下验证其动态无功补偿的效果。
1 SVG原理及H桥级联主电路1.1 SVG基本原理SVG装置的设计原理在于将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联于电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压相位或幅值，或者直接控制其交流侧电流就能使该电路吸收或发出满足要求的无功电流，进而实现动态无功补偿的目的[3]。
SVG在正常工作时通过开关器件（默认为IGBT）的通断将直流侧电压逆变成交流侧与电网同频率的输出电压，可以看作一个电压型的逆变器，只是在负载侧接为电网。
若仅考虑基波频率，SVG可以等效为与电网同频率而幅值、相位均可控的交流电压源。
在实际情况下，连接电抗器与逆变器本身是有损耗的。
通常将总损耗集中作为连接电抗器的损耗，即。
此时SVG须从电网中吸收有功来补偿消耗在等效电阻R上的有功损耗，那么与之间必然存在δ相角差，如图2电压相量图所示。
MATLAB仿真技术大作业题目：H桥逆变器SPWM仿真单相逆变器（H桥）。
直流电压500V，使用直流电压源模块；逆变器用Universal Bridge 模块，器件选IGBT。
负载用阻感串联负载，电阻1 ，电感15mH。
使用三角波作为载波，载波频率750Hz，调制度0.8，基波频率50Hz。
仿真时间0.2秒，使用ode23tb求解器。
本次仿真关注稳态时的情况。
分析谐波成分时，取0.1秒之后的2个工频周期的波形进行分析，基波频率50Hz，最大频率3500Hz。
1、双极性SPWM仿真采用双极性SPWM，完成以下内容：(1)在同一副图中，画出载波与调制波的波形；(2)记录逆变器的输出电压（即负载两端的电压）波形，采用Powergui模块中FFT Analysis 子模块进行谐波分析，（3）(a)分析基波电压是否与理论公式相符；基本相符，理论值为500*0.8=400，实际值400.3，相对误差0.75%(b) 分析电压谐波成分，并给出结论；谐波集中在载波频率（750hz）及其整数倍附近(3)记录负载电流的波形，并进行谐波分析。
谐波分析负载电流谐波成分与电压基本一致。
2、单极性SPWM仿真采用单极性SPWM，重复上述仿真，即，完成以下内容：(1)在同一副图中，画出载波与调制波的波形；(2)记录逆变器的输出电压（即负载两端的电压）波形，采用Powergui模块中FFT Analysis 子模块进行谐波分析，谐波分析(a) 分析基波电压是否与理论公式相符；基本相符(b) 分析电压谐波成分，并给出结论；谐波分别很散，与理论不符(3)记录负载电流的波形，并进行谐波分析。
(4)对比分析单极性SPWM，双极性SPWM输出电压谐波成分的特点，在相同LC滤波器参数时，其负载电流THD的情况。
单极性谐波应该少，实际仿真结果反而多？3、级联H桥逆变器仿真两个H桥级联，每个桥的逆变器参数都与前面的相同。
负载为阻感串联负载，电阻1 ，电感15mH。
目录
1.引言 (2)
1.1研究意义 (2)
1.2研究内容 (2)
2.直流-直流变换器的工作原理 (2)
4 H桥DC/DC变换系统的电路仿真模型建立与实现 (6)
5 结论 (11)
心得体会 (12)
1.引言
1.1研究意义
电能是现代工农业、交通运输、通信和人们日常生活不可缺少的能源。
电能一般分为直流电和交流电两大类，现代科学技术的发展使人们对电能的要求越来越高，不仅需要将将交流电转变为直流电，直流电转变为交流电，以满足供电能源与用电设备之间的匹配关系，还需要通过对电压、电流、频率、功率因数和谐波等的控制和调节，以提高供电的质量和满足各种各样的用电要求，这些要求在电力电子技术出现之前是不可能实现的，随着现代电力电子技术的发展，各种新型电力电子器件的研究、开发和应用，使人们可以用电力电子变流技术为各种各样的用电要求提供高品质的电源，提高产品的质量和性能，提高生产效率，改善人们的生活环境。
所谓变流就是指交流电和直流电之间的转换，对交直流电压、电流的调节，和对交流电的频率、相数、相位的变换和控制。
而电力电子变流电路就是应用电力电子器件实现这些转换的线路，一般这些电路可以分为四大类。
（1）交流—直流变流器。
（2）直流—直流斩波调压器。
（3）直流—交流变流器。
（4）交流—交流变流器。
本课题所要研究的是直流—直流斩波调压。
1.2 研究内容
（1）工作原理分析
（2）系统建模及参数设置
（3）波形分析
2.直流-直流变换器的工作原理
直流—直流变流电路的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。
直接直流变流电路也称斩波电路，它的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。
间接直流变流电路是在直流变流电路中增加了交流环节，在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称为带隔离的直流—直流变流电路或直—交—直电路。
直流—直流变流器有多种类型，主要有降压变流器、升压变流器和桥式直流变流器等，这里主要介绍桥式（H型）直流变流器。
电流可逆斩波电路虽可使电动机的电枢电流可逆，实现电动机的两象限运行，但其所能提供的电压极性是单相的。
当需要电动机进行正、反转以及可电动又可制动的场合，就必须将两个电流可逆斩波电路组合起来，分别向电动机提供正向和反向电压，即成为桥式可逆斩波电路。
桥式直流PWM变流器又称H型变流器和四象限直流—直流变流器，桥式直流PWM变流器常用作直流电动机的可逆运行。
其原理电路图如图1所示。
PWM调制和驱动
Usa
Uct
Uvt1 Uvt4
图1 桥式直流PWM变流器
采用IGBT开关管作为开关器件，负载为电感性，四个开关器件VT1和VT4，VT2和VT3两两成对，同时导通和关断，且工作于互补状态，即VT1和VT4导通时，VT2和VT3关断，反之亦然。
控制开关器件的通断时间（占空比）可以调节输出电压的大小，若VT1和VT4的导通时间大于VT2和VT3的导通时间，输出电压的平均值为正，VT2和VT3的导通时间大于VT1和VT4的导通时间时，则输出电压的平均值为负，所以可用于直流电动机的可逆运行。
桥式可逆直流PWM变流器从控制方式上区分有双极式调制、单极式调制和受限单极式调制三种。
本课题所选用的是双极式调制。
变流器四个开关器件的驱动一般都采用PWM方式，有调制波(三角波或锯齿波)与直流信号比较产生驱动脉冲，由于调制波频率较高（通常在数千赫兹以上），所以变流器输出电流一般连续，用于直流电动机调速时电枢回路不用串联电抗器，但四个开关器件都工作于PWM方式开关勋耗较大。
双极式调制的电路仿真模型如图2所示。
图2 双极式调制的电路仿真模型
相应参数设置：
①三角波使用Repeating Sequence模块不断的生成，三角载波的参数设置如图3所示。
提取路径为：Simulink/Sources/Repeating Sequence
图3三角载波的参数设置
②直流波使用constant模块不断的生成，直流波的参数设置如图4。
提取路径为：
Simulink/Sources/constant
图4 直流波的参数设置
③关系运算模块关系类型“＞”参数设置如下图；
图5 关系运算模块的参数设置
④信号增益模块增益“-1”参数设置如下图。
图6 信号增益模块增益“-1”参数设置双极性PWM控制电路仿真结果如图7所示。
图7 双极性PWM控制电路仿真结果
4 H桥DC/DC变换系统的电路仿真模型建立与实现
H桥DC/DC变换系统的电路仿真模型如图
图8 H桥DC/DC变换系统电路模型
相应的参数设置：
①直流电压源参数U=100V；
图9 直流电压源参数设置
②IGBT参数R on=0.001Ω，L on=1e-6H，Vf=1V，Rs=1e5Ω，Cs=inf；
图10 IGBT参数设置
③负载参数R1=1000Ω，L=0H，C=inf；
图11 负载R1参数设置负载参数R2=10Ω，L=100e-3H，C=500F；
图12 负载R2参数设置④此时的仿真结果如图13所示；
图13 直流波幅值为-0.6时的仿真结果增大直流基波的幅值，其参数设置如下图14；
图14 直流波的参数设置幅值为-0.9此时的仿真结果如图15所示
图15 直流波幅值为-0.9时的仿真结果改变直流基波的方向，其参数设置如下：
图16 直流波的参数设置幅值为0.6此时的仿真结果如图17所示
图17 直流波幅值为0.6时的仿真结果
根据以上设计而成的图8所示H桥DC/DC变换系统电路模型和图13所示仿真结果可以看出：仿真开始后晶体管IGBT2和IGBT3保持导通，负载两端为反向电压。
随后IGBT1和IGBT4导通，负载两端为正向电压，电流的平均值为负值，电动机反向运转。
根据图13和图15
可知增大直流基波的幅值可以增大电流的幅值，使电动机速度加快。
根据图13和图17可知改变直流基波的方向，负载的电流平均值为正值，电动机正向运转。
5 结论
本文对H桥DC/DC变换系统电路进行了理论分析，建立了基于MATLAB/Simulink/Power System工具箱的H桥DC/DC变换系统电路的仿真模型，其仿真结果与理论分析十分吻合，达到了电动机负载在四象限运行的目的，验证了本文所建模型的正确性。
心得体会
电力电子的仿真实验终于告一段落了，在此之前对于simulink仿真的了解可以算得上是从零开始吧，虽然在本科的时候学习过电力电子，有一定的学习基础，但是很多知识也都是一知半解，对于仿真的学习更是一头雾水。
但是经过这次的仿真练习，我自认为还是学到了很多知识的。
首先在课程的前一阶段，拿到课题以后，我便搜集了很多的资料，抱着学习的态度想更多的学习电力电子知识，同时学好simulink仿真，但是在仿真过程中，还是遇到了不少的难题，比如仿真参数的设置，示波器参数的调整等，但是经过一段时间的查阅资料和不断改进，我的仿真还是有了很大的进展。
这样一个过程使我的理论知识得到了试验和应用，使我的理论知识得到了进一步的提高。
总之，这次课程设计不但让我学到了很多的东西，提高和巩固了电力电子和matlab等方面的知识，同时也增强了我的动手能力，这些并不是在课堂上可以学到的，而且这也是难得的一次同学间长时间交流沟通的机会，在课程实际过程中发生许多欢乐的令人难忘的事，这无疑为以后的我留下了一个美好的回忆。
在完成仿真作业后,我发现我还有许多不足,所学到的知识还远远不够，simulink的应用是如此的广泛，在以后的时间里我将继续对加强对matlab的学习。
