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单相半桥无源逆变电路的设计

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电力电子课程设计-IGBT单相电压型全桥无源逆变电路

电力电子课程设计-IGBT单相电压型全桥无源逆变电路

1引言本次课程设计的题目是IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计，根据电力电子技术的相关知识,单相桥式逆变电路是一种常见的逆变电路,与整流电路相比较，把直流电变成交流电的电路成为逆变电路。

当交流侧接在电网上，称为有源逆变;当交流侧直接和负载相接时,称为无源逆变,逆变电路在现实生活中有很广泛的应用。

2工作原理概论2． 1 IGBＴ的简述绝缘栅双极晶体管(Ｉｎsulated-gate Bipolａｒ Tｒａnsiｓtor）,英文简写为IGBT。

它是一种典型的全控器件。

它综合了GTR和MOSＦＥT的优点,因而具有良好的特性。

现已成为中、大功率电力电子设备的主导器件。

IＧBＴ是三端器件，具有栅极G、集电极C和发射极E。

它可以看成是一个晶体管的基极通过电阻与MOSFET相连接所构成的一种器件。

其等效电路和电气符号如下：图1 IGBT等效电路和电气图形符号它的开通和关断是由栅极和发射极间的电压所决定的。

当ＵＧE为正且大于开启电压UGE时，MOSFET内形成沟道,并为晶体管提供基极电流进而是IＧBT导通。

由于前面提到的电导调制效应，使得电阻减小,这样高耐压的IＧBT也具有很小的通态压降。

当山脊与发射极间施加反向电压或不加信号时,MOＳFET内的沟道消失,晶体管的积极电流被切断,使得IGBT关断。

２．2 电压型逆变电路的特点及主要类型根据直流侧电源性质的不同可分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变电路;直流侧是电流源的则称为电流型逆变电路。

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。

而交流侧输出电流波形和相位因为负载阻抗的情况不同而不同。

当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。

为了给交流侧想直流侧反馈的无功能量提供通道,逆变桥各臂都并联了反馈二极管。

电力电子技术-第4章逆变电路讲解

电力电子技术-第4章逆变电路讲解
（4）直流侧电感起到缓冲无功能量的作用。
4.3.1 单相电流型逆变电路
（1）电路结构
①用④阻载② 载来③ 联 确4并抗电个采 电限应C谐联，压桥和用 压制称振谐谐波臂L负 （晶之式振波形、，载 呈闸为逆回在接R每换 容管容变构路负近桥相性开性电成对载正臂方）通小路并基上弦晶式。时失（联波产波闸，的谐但谐呈生。管要d负最振高的i各/求载d终电阻压t串负）负路抗降联载载，，很一电仍故对小个流略此谐，电略显电波因抗超容路呈此器前性称低负L于T，为，负并准
4.2.1 单相电压型逆变电路
1、 半桥逆变电路 •（1）电路图
+
Ud 2
Ud
Ud 2
-
V1 io R L
u o V 2
a)
VD 1
VD 2
*导电方式：
V1，V2信号互补，
各导通180゜。
•半桥逆变电路有两个桥臂， 每个桥臂有一个可控器件和一 个反并联二极管组成。 •在直流侧接有两个相互串联 的足够大的电容，两个电容的 联结点是直流电源的中点。 •负载联结在直流电源中点和 两个桥臂联结点之间。
能否不改变直 流电压，直接进行 调制呢？为此提出 了导电方式二：
移相导电方式。
*导电方式二：移相调压 调节输出电压脉冲的宽度
采用移相方式调节逆变电路的输出电压
• 各IGBT栅极信号为180°正偏， 180°反偏，且V1和V2栅极信号互补， V3和V4栅极信号互补； • V3的基极信号不是比V1落后180°，
而是只落后q ( 0< q <180°)；
• 也就是：V3、V4的栅极信号分别比
V2、V1的前移180°-q 。
工作过程
•t1时刻以前V1，V4通，u0=ud, io 从 0 增加； •t1时刻V4断，V1，VD3续流，u0=0，io 下降； • t2时刻V1也关断，io 还未下降到0，于是VD2，VD3续流，u0=-ud。 •直到io过0变负，V2，V3通，u0=-ud, io从0负增加； •t3时刻V3断，V2，VD4续流，u0=0，io 负减小； • t4时刻V2也关断，io 还未减小到0，于是VD1，VD4续流，u0=ud。

单相半桥电压型逆变电路的工作原理

单相半桥电压型逆变电路的工作原理

单相半桥电压型逆变电路的工作原理
单相半桥电压型逆变电路是一种常见的逆变电路拓扑结构，常用于单相交流电源到直流电源的转换，适用于小功率应用。

以下是单相半桥电压型逆变电路的基本工作原理：
1.电源输入：单相半桥逆变电路通常接收单相交流电源作为输入。

这可以是来自电网的交流电，例如家用电源。

2.整流桥：输入的交流电源首先经过整流桥，将交流电转换为直
流电。

整流桥可以采用二极管桥或可控硅桥等。

3.滤波电容：为了减小直流电的脉动，逆变电路的输出端连接一
个滤波电容，用于平滑直流电压。

4.半桥逆变器：接下来是半桥逆变器部分，由两个功率开关（通
常是可控硅或晶闸管）组成。

这两个功率开关分别连接到正负
直流电压源和负载。

5.PWM控制：半桥逆变器通过PWM（脉宽调制）控制方式来
实现输出波形的控制。

通过调整开关的导通时间，可以控制输
出波形的幅值。

6.输出变压器：在半桥逆变器的输出端连接一个输出变压器，用
于改变输出电压的大小，以适应负载的需要。

7.输出负载：最终，经过输出变压器调整后的交流电源输出到负
载，可以是各种电器设备或电动机。

总体而言，半桥电压型逆变电路通过控制功率开关的导通时间，实现对输出交流电压幅值的调节，从而满足负载的电源需求。

这种逆变
电路通常用于小功率、单相电源的应用，例如家用电器、电子设备等。

《电力电子技术》电子课件(高职高专第5版) 4.3 电压型逆变电路

《电力电子技术》电子课件(高职高专第5版) 4.3 电压型逆变电路

0 2
2
(4.3.1)
输出电压瞬时值为:
uo
n 1, 3 , 5 ,
2U d n
s in nt
(4.3.2)
其中， 2f s 为输出电压角频率。
当 n=1时其基波分量的有效
值为:
U O1
2U d
2
0.45U d
(4.3.3)
图4.3.1 电压型半桥逆变电路及 其电压电流波形
4.3.1 电压型单相半桥逆变电路
图4.3.1 电压型半桥逆变电路 及其电压电流波形
4.3.1 电压型单相半桥逆变电路
2、工作原理：
在一个周期内，电力晶体 管 周正T1和偏T，2的半基周极反信偏号，各且有互半补。
若负载为纯电阻，在[0,π] 期 T2通π2截间 ，]期止，T间1，T截1，则有止T驱，u20有动则=U驱信ud0动。号=-信在导Ud号[通π。导，, 动 信信 号若号 ，负截 由载止于为，感纯尽性电管负感载T，1有中T驱的2无动电驱 流i。不能立即改变方向，于 是 D1导通续流，u0=－Ud /2 。
3、特点： 优点： 简单，使用器件少；
缺点：
1）交流电压幅值仅为Ud/2； 2）直流侧需分压电容器； 3）为了使负载电压接近正弦波通常在输出端要接LC 滤波器，输出滤波器LC滤除逆变器输出电压中的高次 谐波。 4、应用：用于几kW以下的小功率逆变电源；
4.3.2 电压型单相全桥逆变电路
电路工作原理：
(4.3.7)
图4.3.2 电压型单相全桥逆变 电路和电压、电流波形图
4.3.2 电压型单相全桥逆变电路
3）阻感负载RL
0≤ ωt ≤ θ期间，T1和T4有驱动信号， 由于电流i0为负值，T1和T4不导通，D1、

单相半桥电压型逆变电路参数计算

单相半桥电压型逆变电路参数计算

单相半桥电压型逆变电路参数计算引言：单相半桥电压型逆变电路是一种常见的电力电子变换电路，广泛应用于交流电源与直流负载之间的能量转换。

本文将详细介绍单相半桥电压型逆变电路的参数计算方法，帮助读者更好地理解和设计这一电路。

一、电路结构和工作原理单相半桥电压型逆变电路由两个开关管和一个中心点连接的电容组成。

当S1和S2两个开关管交替导通时，电容上会产生一个交流电压。

通过控制开关管的导通和关断，可以实现对输出电压的控制。

二、参数计算1. 电压和频率：根据应用需求确定逆变电路的输出电压和频率，常见的输出电压有220V或110V，输出频率一般为50Hz或60Hz。

2. 电容容值：电容的容值决定了逆变电路的输出电压波形的平滑程度。

容值过小会导致输出电压波形产生较大的纹波，容值过大则会增加成本和体积。

容值的计算方法如下：C = (2*I_max)/(f*ΔV)其中，C为电容的容值，I_max为输出电流的最大值，f为输出频率，ΔV为输出电压的纹波值。

3. 电阻选取：为了保证开关管工作的可靠性和效率，需要在电路中加入适当的电阻。

电阻的选取主要考虑开关管的导通和关断速度，防止产生过大的电流和电压冲击。

一般情况下，电阻的阻值可根据开关管的额定电流和额定电压来确定。

4. 开关管选取：开关管的选取需要考虑工作电流、额定电压、导通和关断速度等因素。

常用的开关管有晶闸管、MOS管等，根据具体需求进行选择。

5. 电感选取：电感的作用是平滑输出电流，减小电压纹波。

电感的选取需要考虑输出电流的大小、频率以及纹波要求。

一般情况下，电感的选取范围为输出电流的10%至20%。

6. 纹波滤波电感选取：为了进一步减小输出电压的纹波，可以在逆变电路的输出端串联一个纹波滤波电感。

电感的选取需要根据输出电流的大小和纹波要求来确定。

7. 电压限制器选取：为了保护逆变电路和负载，常常在电路中添加电压限制器。

电压限制器的选取需要考虑逆变电路的额定电压和负载的额定电压，以及工作电流和保护电流等参数。

单相半桥逆变电路工作过程

单相半桥逆变电路工作过程

单相半桥逆变电路工作过程单相半桥逆变电路是一种常用的逆变电路结构，可以将直流电能转换为交流电能。

它由两个开关管和两个二极管组成，通过控制开关管的导通和关断来控制电路的工作状态。

下面将详细介绍单相半桥逆变电路的工作过程。

在单相半桥逆变电路中，一个开关管和一个二极管串联连接，称为高侧开关管，另一个开关管和一个二极管并联连接，称为低侧开关管。

高侧开关管和低侧开关管之间通过负载相连。

在工作过程中，高侧开关管和低侧开关管交替导通和关断，从而实现对负载电压的控制。

当高侧开关管导通时，负载电压为正极性。

此时，负载电流通过高侧开关管和负载正极之间的通路流入负载，同时，负载的电容开始充电。

在这个过程中，低侧开关管处于关断状态，负载电流通过二极管流回负载的负极，此时二极管处于正向偏置状态，承担起了回路的导通功能。

接着，当高侧开关管关断时，负载电压为零。

此时，负载电流仍然通过高侧开关管和负载正极之间的通路流入负载，负载的电容继续充电。

与此同时，低侧开关管导通，负载电流通过低侧开关管和负载负极之间的通路流回电源，此时二极管处于反向偏置状态，不起导通作用。

当低侧开关管导通时，负载电压为负极性。

此时，负载电流通过低侧开关管和负载负极之间的通路流入负载，负载的电容继续充电。

与此同时，高侧开关管处于关断状态，负载电流通过二极管流回负载的正极，此时二极管处于正向偏置状态，承担起了回路的导通功能。

通过以上工作过程的循环，单相半桥逆变电路可以实现对负载电压的控制。

通过控制高侧开关管和低侧开关管的导通和关断时间，可以改变负载电压的大小和频率。

当高侧开关管和低侧开关管交替导通和关断时，负载电压呈现正弦波形。

需要注意的是，在实际应用中，为了保证负载电压和电流的稳定性，需要对开关管进行精确的控制。

通过合理的开关管触发角和工作频率的选择，可以实现电路的高效运行和稳定输出。

单相半桥逆变电路通过控制开关管的导通和关断来实现对负载电压的控制。

通过高侧开关管和低侧开关管的交替工作，负载电压呈现正弦波形，实现了直流电能向交流电能的转换。

单相半桥电压型逆变电路参数计算

单相半桥电压型逆变电路参数计算

单相半桥电压型逆变电路参数计算单相半桥电压型逆变电路是一种用于直流电源变换为交流电压的逆变电路。

该电路由两个开关管和一个中心点连接的负载组成。

开关管可以通过控制信号开通或关闭，从而使负载两端的电压切换为正弦波形式。

在设计单相半桥电压型逆变电路时，需要计算一些重要的参数，包括开关管的额定电压和电流、滤波电容和电感的选取、负载的功率和电流等。

以下是对这些参数进行详细计算的步骤和方法。

一、开关管的额定电压和电流计算开关管的额定电压和电流是设计电路时的重要参数，这些参数受到负载功率和电流、开关频率等因素的影响。

计算步骤如下：1. 计算负载功率：根据实际需要，确定逆变电路的负载功率。

假设为Pload。

2. 计算负载电流：根据负载功率和电压，计算负载电流。

根据功率公式P=UI，其中P为负载功率，U为负载电压，I为负载电流。

假设负载电压为Uload，则负载电流可以通过I=Pload/Uload计算得出。

3. 计算开关管的电压和电流：根据负载电流，计算开关管的额定电流。

一般来说，可以取开关管额定电流的1.2倍作为计算值。

4. 计算开关频率：根据实际需要和开关管的特性，确定逆变电路的开关频率。

一般来说，开关频率应在10kHz以上，以避免产生可听到的噪音。

二、滤波电容和电感的选取滤波电容和电感是用于滤去逆变电路中的脉动电流和电压的。

它们的选取直接影响到逆变电路的性能。

计算步骤如下：1. 计算脉动电流的最大值：根据负载电流和开关频率，计算脉动电流的最大值。

根据经验公式，脉动电流的最大值约为负载电流的10%左右。

2. 计算滤波电容：根据脉动电流的最大值和开关频率，计算滤波电容的容值。

一般来说，可以取滤波电容的容值为脉动电流的倒数乘以开关频率的10倍。

3. 计算滤波电感：根据负载电流和开关频率，计算滤波电感的感值。

一般来说，可以取滤波电感的感值为负载电流的倒数乘以开关频率的10倍。

三、负载的功率和电流计算负载的功率和电流是逆变电路的重要参数，它们的计算一般根据实际需要和负载的性质进行。

单相正弦波逆变电源设计原理

单相正弦波逆变电源设计原理

单相正弦波逆变电源设计原理+电路+程序目录1.系统设计 (4)1.1设计要求 (4)1.2总体设计方案 (4)1.2.1设计思路 (4)1.2.2方案论证与比较 (5)1.2.3系统组成 (8)2.主要单元硬件电路设计 (9)2.1DC-DC变换器控制电路的设计 (9)2.2DC-AC电路的设计 (10)2.3 SPWM波的实现 (10)2.4 真有效值转换电路的设计 (11)2.5 保护电路的设计 (12)2.5.1 过流保护电路的设计 (12)2.5.2 空载保护电路的设计 (13)2.5.3 浪涌短路保护电路的设计 (14)2.5.4 电流检测电路的设计 (15)2.6 死区时间控制电路的设计 (15)2.7 辅助电源一的设计 (15)2.8 辅助电源二的设计 (15)2.9 高频变压器的绕制 (17)2.10 低通滤波器的设计 (18)3.软件设计 (18)3.1 AD转换电路的设计 (18)3.2液晶显示电路的设计 (19)4.系统测试 (20)14.1测试使用的仪器 (20)4.2指标测试和测试结果 (21)4.3结果分析 (24)5.结论 (25)参考文献 (25)附录1 使用说明 (25)附录2 主要元器件清单 (25)附录3 电路原理图及印制板图 (28)附录4 程序清单 (39)21.系统设计1.1设计要求制作车载通信设备用单相正弦波逆变电源，输入单路12V直流，输出220V/50Hz。

满载时输出功率大于100W，效率不小于80%，具备过流保护和负载短路保护等功能。

1.2总体设计方案1.2.1设计思路题目要求设计一个车载通信设备用单相正弦波逆变电源，输出电压波形为正弦波。

设计中主电路采用电气隔离、DC-DC-AC的技术，控制部分采用SPWM（正弦脉宽调制）技术，利用对逆变原件电力MOSFET的驱动脉冲控制，使输出获得交流正弦波的稳压电源。

1.2.2方案论证与比较⑴ DC-DC变换器的方案论证与选择方案一：推挽式DC-DC变换器。

IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计

IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计

IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计无源逆变器是一种将直流电能转换为交流电能的装置。

在无源逆变器中，使用单相电压型全桥拓扑结构，其中IGBT是指绝缘栅双极型晶体管，具有高电压和高电流开关特性。

本文将详细设计IGBT单相电压型全桥无源逆变电路。

设计要求：1. 输入电压：直流电压为Vin。

2. 输出电压：交流电压为Vout，频率为f。

3.负载：纯电阻性负载。

电路原理：1. 在每个IGBT导通期间的2/3时间内，两个IGBT之一导通，直流电压Vin流过负载。

2.在导通的另外1/3时间内，两个IGBT同时导通，负载两端电压降为零。

电路结构：1.两个开关电路串联：IGBT1和IGBT4、IGBT3和IGBT22.两个共享电压元件：一个直流电源和一个电感。

电路设计：1.选择IGBT：根据输入电压和负载电流选择IGBT，确保IGBT的电流和电压额定值工作在安全范围内。

2.选择电感：根据电压和电流需求选取合适的电感，它能平滑电路的工作并提供稳定的电流输出。

3.选择电容：选取合适的电容来平滑输出电压。

4.选择二极管：选择合适的二极管防止反向电流损坏电路。

参数计算：1. 选择输入电压Vin。

2. 根据输出电压Vout和负载电流计算负载电阻Rload。

3. 根据输出电压Vout和负载电流计算功率P。

4.根据频率f和功率P计算电感L和电容C的值。

原理图设计：根据电路设计和参数计算结果，绘制原理图。

确保各个组件的连接正确并保证整个电路的工作稳定。

电路实现：将电路原理图转换为实际的电路板。

在实际实施中，要注意电路的布局合理性、组件之间的联接可靠性，以确保电路能够正常工作。

性能测试：测试电路的性能，包括输出电压和电流的波形、频率和效率。

如果有必要，可以进行调整和改进。

总结：。

基于matlab的单相电压型半桥逆变电路仿真研究

基于matlab的单相电压型半桥逆变电路仿真研究

基于matlab的单相电压型半桥逆变电路仿真研究近年来，随着半导体技术的不断发展，逆变技术也在不断地得到突破。

单相电压型半桥逆变电路是一种常见的逆变电路，其被广泛应用于工业控制、电力电子、船舶、交通运输、医疗仪器等领域。

本文主要以基于matlab的单相电压型半桥逆变电路仿真研究为例探讨逆变技术的发展及应用。

一、单相电压型半桥逆变电路的基本原理单相电压型半桥逆变电路由两个IGBT管和两个二极管组成，它的主要作用是将输入直流信号经过逆变，输出交流信号。

逆变信号的交流波形通常采用PWM调制方式进行控制，以保证输出信号质量。

二、基于matlab的单相电压型半桥逆变电路仿真研究matlab作为一种广泛应用的数学软件，在电力电子领域也得到了广泛的应用。

基于matlab的单相电压型半桥逆变电路仿真研究可以精确模拟电路运行过程，验证电路设计的正确性和可行性。

在matlab中，通过Simulink模块可建立单相电压型半桥逆变电路，实现逆变信号的PWM调制控制，并且可以设置输出波形的频率、幅值和相位等参数。

同时，也可以修改电路参数，如输入电压、输出负载等，探索电路的变化规律。

三、单相电压型半桥逆变电路的应用单相电压型半桥逆变电路广泛应用于工业控制、电力电子、船舶、交通运输、医疗仪器等领域。

例如在交通领域，电动车辆使用单相电压型半桥逆变电路可以实现高效能的电能转换和控制，提升汽车性能和节能效果；在医疗仪器领域，单相电压型半桥逆变电路可以用于制造X射线机，增强设备的稳定性和精准度。

综上所述，基于matlab的单相电压型半桥逆变电路仿真研究可以为逆变器动态特性研究提供有效手段，拓宽逆变技术的发展方向。

因此，逆变技术在工业领域中仍有很大的应用前景，未来将会有更多的新型逆变器问世。

(完整word版)逆变焊机主电路的设计

(完整word版)逆变焊机主电路的设计

4.1逆变焊机的工作原理与特点逆变焊机原理框图如图4。

1所示。

该系统采用双闭环控制系统，图中If为反馈电流，Uf为反馈电压,19为给定电流，Ug为给定电压，UO为实际输出电压。

内环为电流反馈闭环控制,反馈信号由电流霍尔传感器得到。

外环为电压反馈闭环控制，反馈信号由电压霍尔传感器得到。

具体控制过程后做分析。

逆变焊机工作时，先将单相220V/50Hz电压整流并滤波后,变为逆变主回路所需的310V左右平滑直流电压。

然后将该直流电压送入逆变主回路，经过大功率电子元件IGBT的交替逆变作用转变成为ZOK左右的中频交流电压，再经过中频降压变压器降压至适合于焊接的几十伏电压，最后经过整流滤波后得到直流焊接输出.借助于控制电路及反馈回路,以及焊接回路的阻抗，可以得到焊接工艺所需的外特性和动特性。

其交流变换顺序为:工频交流一直流一中频交流一降压一直流。

焊机在“交流一直流一交流”阶段的电压频率发生了改变，所以逆变焊也成为变频焊机。

交流和直流反复转换的目的是为了提高该电压的工作频率。

我们知道,按照正弦波分析时变压器输出有如下公式［60]：式中，变压器的体积、重量与Ns有关，而NS与变压器的工作频率f又有直接关系。

当凡一定时，若变压器工作频率从工频(SOHz)提高到20KHz,则绕组匝数与铁心截面积的乘积NS就减少到原来的l/400，而主变压器在逆变焊机中通常所占重量为1/3到2/3,因此提高变压器的工作频率可以使逆变焊机的体积和重量显著的减少。

同时，钢和铁的电能损耗将随所需材料的明显减少而大大降低,焊接质量也有进一步改善.由于上述原因,逆变焊机与传统的晶闸管式焊机和晶体管式焊机相比,具有众多优点：l）高效节能.逆变焊机材料的减少使焊机整体损耗大大降低,其效率可达80％到95％，功率因数可提高到0.9以上,空载损耗极小，只有几十瓦，这一点在能源紧张的今天尤为可贵.2)体积小,重量轻。

这是逆变焊机最明显的优点，主变压器的重量仅为传统弧焊电源工频变压器的几十分之一.3）动态响应时间短,控制速度提高。

(完整word版)电力电子课程设计_IGBT单相电压型全桥无源逆变电路(阻感负载)

(完整word版)电力电子课程设计_IGBT单相电压型全桥无源逆变电路(阻感负载)

1 引言本次课程设计的题目是IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计（阻感负载），根据电力电子技术的相关知识，单相桥式逆变电路是一种常见的逆变电路，与整流电路相比较，把直流电变成交流电的电路成为逆变电路。

当交流侧接在电网上，称为有源逆变；当交流侧直接和负载相接时，称为无源逆变，逆变电路在现实生活中有很广泛的应用。

2 工作原理概论2. 1 IGBT的简述绝缘栅双极晶体管（Insulated-gate Bipolar Transistor）,英文简写为IGBT。

它是一种典型的全控器件。

它综合了GTR和MOSFET的优点，因而具有良好的特性。

现已成为中、大功率电力电子设备的主导器件。

IGBT是三端器件，具有栅极G、集电极C和发射极E。

它可以看成是一个晶体管的基极通过电阻与MOSFET相连接所构成的一种器件。

其等效电路和电气符号如下：图2-1 IGBT等效电路和电气图形符号它的开通和关断是由栅极和发射极间的电压所决定的。

当UGE为正且大于开启电压UGE时，MOSFET内形成沟道，并为晶体管提供基极电流进而是IGBT导通。

由于前面提到的电导调制效应，使得电阻减小，这样高耐压的IGBT也具有很小的通态压降。

当山脊与发射极间施加反向电压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的积极电流被切断，使得IGBT关断。

2.2电压型逆变电路的特点及主要类型根据直流侧电源性质的不同可分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变电路；直流侧是电流源的则称为电流型逆变电路。

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。

而交流侧输出电流波形和相位因为负载阻抗的情况不同而不同。

当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。

为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。

单相全桥电压型无源逆变的设计与仿真

单相全桥电压型无源逆变的设计与仿真

本科课程设计专用封面设计题目： 单相全桥电压型无源逆变的设计与仿真 所修课程名称： 电力电子技术课程设计 修课程时间： 2012 年 06 月 17 日至 6 月 23 日 完成设计日期： 2012 年 06 月 23日 评阅成绩： 评阅意见：评阅教师签名： 年 月 日____工____学院___2009___级_电气工程及其自动化_专业 姓名___ _____ 学号___________………………………………（密）………………………………（封）………………………………（线）………………………………单相全桥电压型无源逆变的设计与仿真一．设计要求1）完成电压型无源逆变器的设计、仿真；2）设计要求：输入：DC100V；输出：AC80V，100Hz设计合理的滤波电路，使输出负载电流接近正弦波。

计算其主开关器件所承受的最大正反向电压，器件的额定电流，并建立合适的仿真模型，对主电路进行仿真。

然后根据电压型无源逆变器的驱动控制要求，设计其控制电路，产生符合电路驱动所要求的触发波形。

二．题目分析无源逆变的作用：无源逆变电路主要用在变频领域。

把某种固定频率的电能转变为另一种固定频率或频率可调节的电能称为变频，这种变换通常有两种方式：一种是先把交流电能转变成直流电能，然后再把直流电能转换成固定频率或频率可调的交流电能，这种通过中间直流环节的变频叫间接变频，也被叫作交-直-交变频；另一种方式是不通过中间环节而实现直接变频，叫直接变频，也被称为交-交变频。

交-直-交变频中交-直的过程就是整流的过程，而直-交的过程就是无源逆变的过程。

由此可知许多变频电路就是由整流电路和无源逆变电路构成的。

无源逆变器输出的电压或电流除了频率可以调节外，幅值也可以调整。

无源逆变的特点：从总体上讲，逆变电路的功率流向是从直流侧到交流侧，但在逆变过程中也有从交流侧到直流侧的过程，即在逆变过程中包含了整流过程，因此设计逆变器时必须保证它能够在4个象限工作。

电压型单相半桥逆变电路工作原理

电压型单相半桥逆变电路工作原理

电压型单相半桥逆变电路工作原理
电压型单相半桥逆变电路是一种常用的逆变器电路，用于将直流电源转换为交流电。

该电路由两个功率晶体管和两个二极管组成。

其中一个功率晶体管和一个二极管组成一个半桥单元，共有两个半桥单元。

工作原理如下：
1. 输入电压：将直流电源连接到半桥逆变电路的输入端。

2. 控制信号：通过控制信号对半桥逆变电路中的功率晶体管进行开关控制。

控制信号可以使一个半桥单元中的功率晶体管导通，另一个半桥单元的功率晶体管关闭，反之亦然。

通过改变控制信号的频率和占空比，可以实现不同的输出电压和频率。

3. 正向工作模式：当一个半桥单元的功率晶体管导通时，与之对应的二极管将被正向偏置，直流电源的电流通过该半桥单元。

这时输出电压为直流电源的电压。

4. 反向工作模式：当一个半桥单元的功率晶体管关闭时，二极管反向恢复电压，并导入电流。

这时输出电压为负的直流电源电压，即与正向工作模式相反。

通过控制信号的频率和占空比，可以使半桥逆变电路在正向和反向工作模式之间切换，从而实现将直流电源转换为交流电。

第4章 无源逆变电路

第4章 无源逆变电路

4.1 概 述
绝大多数逆变电路都采用全控型器件，小功率多 用MOSFET，中功率多用IGBT，大功率则用GTO。 4.1.1 逆变电路的类型 基本类型有： （1）根据输入直流电源的类型可分为电压源型逆变电 路（VSI）和电流源型逆变电路（CSI） 电压源型逆变电路的输入端并接有大电容，是为了 保证电压稳定，形成平稳的直流电压，同时为交流侧 的无功电流提供通路； 电流源型逆变电路的输入端串接有大电感，是为了 保证电流稳定，形成平稳的直流电流。同时也为来自 逆变侧的无功电压分量提供支撑，维持电路电压平衡， 保证无功功率流传。

u AB
ωt
u BC
ωt
uCA

ωt
u AO
2U d 3 Ud 3
ωt
u BO
ωt
uCO
ωt
iA
ωt
id
ωt
负载为三角形联接时 当负载为星形联接时
P ＋
Ud
A
R
＋
R Ｏ
P
A B
R R R
＋ P
A
R R Ｏ
C R Q B
Ud
Ｏ
Ud
B R Q C
4.2.2 全桥逆变电路 当 0 ≤ t < T0 2 期间，VT1、4导通， VT2、3关断，这时 u0 = +U d 当 T0 2 ≤ t < T0 期间，VT2、3导通， VT1、4关断，这时 u0 = −U d
4Uｄ u0 = ∑ sin nωt n =1,3,5,… nπ
∞
＋
。
VT1 VD1
uo uo Ud
t
4.1.3 逆变电路的基本构成
1．逆变主电路 由电力电子开关器件等组成，是能量变换 的主体。 2．驱动与控制电路 按照要求产生一系列的控制信号，对 主电路实现逆变控制，完成逆变电路的调压、调频或稳压、稳频 等功能。 3．输入、输出电路 输入电路是为了保证直流电源为恒压源或恒流源，必须设置 储能元件。采用电容元件能保证电压稳定，采用电感元件可保证 电流稳定。 输出电路主要是滤波电路。对于隔离式逆变电路，还应包含 逆变变压器；对于闭环控制的逆变电路还应包括输出量检测电路， 使输出量反馈到控制电路。 4．辅助电路 包括辅助电源和保护电路等。 辅助电源是为电路中各个部分提供直流工作电压。 保护电路是防止在故障或非正常情况下电路受到破坏。

单相半桥逆变电路工作过程

单相半桥逆变电路工作过程

单相半桥逆变电路工作过程单相半桥逆变电路是一种常用的电力电子变换器，常用于将直流电转换为交流电。

它由两个功率晶体管、两个二极管和一个中间点组成，通过逆变电路的工作过程，可以实现将直流电转换为交流电的功能。

单相半桥逆变电路的工作过程可以分为四个阶段：导通状态、关断状态、二极管导通状态和二极管关断状态。

下面将详细介绍每个阶段的工作过程。

首先是导通状态。

当晶体管1导通时，中间点N接地，晶体管2关断。

此时，电源的正极与电源的负极相连，形成了一个直流电路。

直流电流从电源的正极流入到电路中，经过晶体管1和负载电阻R1，最后回到电源的负极。

此时，负载电阻上的电压为正向直流电压。

接下来是关断状态。

当晶体管1关断时，中间点N不再接地，而是与电源的正极相连。

此时，电源的正极与负载电阻R1相连，形成了一个闭合回路。

由于负载电阻上存在正向电压，电流会从电源的正极流入负载电阻，然后经过二极管D1，最后回到电源的负极。

此时，负载电阻上的电压仍为正向直流电压。

然后是二极管导通状态。

当晶体管2导通时，中间点N接地，晶体管1关断。

此时，电源的负极与电源的正极相连，形成了一个直流电路。

直流电流从电源的负极流入到电路中，经过负载电阻R1和晶体管2，最后回到电源的正极。

此时，负载电阻上的电压为反向直流电压。

最后是二极管关断状态。

当晶体管2关断时，中间点N不再接地，而是与电源的负极相连。

此时，电源的正极与负载电阻R1相连，形成了一个闭合回路。

由于负载电阻上存在反向电压，电流会从电源的正极流入负载电阻，然后经过二极管D2，最后回到电源的负极。

此时，负载电阻上的电压仍为反向直流电压。

通过以上四个阶段的循环工作，单相半桥逆变电路可以将直流电转换为交流电。

在正向半周期中，负载电阻上的电压为正向交流电压；在反向半周期中，负载电阻上的电压为反向交流电压。

通过调节晶体管的导通和关断时间，可以改变交流电的频率和幅值。

总结起来，单相半桥逆变电路的工作过程是通过晶体管和二极管的导通和关断来实现直流电向交流电的转换。

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基于MOSFET的单相半桥无源逆变电路的设计 设计目的： 1·掌握单相桥式全控桥整流电路和单相半桥无源逆变电路的工作原 理，进行结合完成交-直-交电路的设计； 2·熟悉两种电路的拓扑，控制方法； 3·掌握两种电路的主电路，驱动电路，保护电路的设计方法，元器件参数的计算方法； 4·培养一定的电力电子的实验和调试能力； 5·培养学生综合运用知识解决问题的能力与实际动手能力； 6·加深理解《电力电子技术》课程的基本理论； 设计指标：MOSFET电压型单相半桥无源逆变电路设计（纯电阻负载） （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 总体目标及任务： 选择整流电路，计算整流变压器额定参数，选择全控器件的额定电压电流， 计算平波电抗器感值，设计保护电路 ，全控器件触发电路的设计，画出主电路原理图和控制电路原理图，进行Matlab的仿真，画出输出电压，电流模拟图。

1·主电路的设计： （1）整流部分主电路设计: 单项桥式全控整流电路带电阻性负载电路如图（1）： 图（1） 在单项桥式全控整流电路中，晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3 组成另一对桥臂。在u2正半周（即a点电位高于b点电位），若4个晶闸管均不导通，负载电流id为零，ud也为零，VT1、VT4串联承受电压u2，设VT1和VT4的漏电阻相等，则各承受u2的一半。若在触发角α处给VT1和VT4加触发脉冲，VT1、VT4即导通，电流从a端经VT1、R、VT4流回电源b端。当u2为零时，流经晶闸管的电流也降到零，VT1和VT4关断。 在u2负半周，仍在触发延迟角α处触发VT2和VT3（VT2和VT3的α=0处为ωt=π），VT2和VT3导通，电流从电源的b端流出，经VT3、R、VT2流回电源a端。到u2过零时，电流又降为零，VT2和VT3关断。此后又是VT1和VT4导通，如此循环的工作下去，整流电压ud和晶闸管VT1、VT4两端的电压波形如下图（2）所

示。晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为22U2和2U2。

工作原理： 第1阶段（0~ωt1）：这阶段u2在正半周期，a点电位高于b点电位晶闸管VT1和VT2方向串联后于u2连接，VT1承受正向电压为u2/2，VT2承受u2/2的反向电压；同样VT3和VT4反向串联后与u2连接，VT3承受u2/2的正向电压，VT4承受u2/2的反向电压。虽然VT1和VT3受正向电压，但是尚未触发导通，负载没有电流通过，所以Ud=0，id=0。 第2阶段（ωt1 ~π）：在ωt1 时同时触发VT1和VT3，由于VT1和VT3受正向电压而导通，有电流经a点→VT1→R→VT3→变压器b点形成回路。在这段区间里，ud=u2，id=iVT1=iVT3=ud/R。由于VT1和VT3导通，忽略管压降，uVT1=uVT2=0，而承受的电压为uVT2=uVT4=u2。 第3阶段（π~ωt2 ）：从ωt=π开始u2进入了负半周期，b点电位高于a点电位，VT1和VT3由于受反向电压而关断，这时VT1~VT4都不导通，各晶闸管承受u2/2的电压，但VT1和VT3承受的事反向电压，VT2和VT4承受的是正向电压，负载没有电流通过，ud=0，id=i2=0。 第4阶段（ωt2 ~π）：在ωt2 时，u2电压为负，VT2和VT4受正向电压，触发VT2和VT4导通，有电流经过b点→VT2→R→VT4→a点，在这段区间里，ud=u2，id=iVT2=iVT4=i2=ud/R。由于VT2和VT4导通，VT2和VT4承受u2的负半周期电压，至此一个周期工作完毕，下一个周期，充复上述过程，单项桥式整流电路两次脉冲间隔为180°。

（2）逆变部分主电路设计： 如图所示，它有两个桥臂，每个桥臂由一个全控器件和一个二极管反并联而成。在直流侧有两个相互串联的大电容，两个电容的中点为直流电源中点。负载接在直流电源中点和两个桥臂连接点之间。 开关器件设为V1和V2，当负载为感性时，输出为矩形波，Um=Ud/2. 刚开始V1为通态，V2为断态，给V1关断信号，V2开通信号后，V1关断，但由于感性负载，电流方向不能立即改变，就沿着VD2续流，直到电流为零时VD2截止，V2开通，电流开始反向。依此原理，V1和V2交替导通，VD1和VD2交替续流。 此电路优点在于结构简单，使用器件少，缺点是输出交流电压幅值仅为Ud/2。 （3）控制电路的设计： 控制电路需要实现的功能是产生控制信号，用于逆变电路中功率器件的通断，通过对逆变角的调节而达到对逆变后的交流电压的调节。 我们采用PWM控制方法，进行连续控制，我们采用了SG3525芯片，它是一款专用的PWM控制集成芯片，它采用恒频调宽控制方案，内部包括精密基准源，锯齿波振荡器，误差放大器，比较器，分频器和保护电路等。 SG3525是电流控制型PWM控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环和电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器。

SG3525的结构和工作原理: 1.Inv.input(引脚1)：误差放大器反向输入端。在闭环系统中，该引脚接反馈信号。在开环系统中，该端与补偿信号输入端（引脚9）相连，可构成跟随器。 2.Noninv.input(引脚2)：误差放大器同向输入端。在闭环系统和开环系统中，该端接给定信号。根据需要，在该端与补偿信号输入端（引脚9）之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型的调节器。 3.Sync(引脚3)：振荡器外接同步信号输入端。该端接外部同步脉冲信号可实现与外电路同步。

4.OSC.Output(引脚4)：振荡器输出端。 5.CT(引脚5)：振荡器定时电容接入端。 6.RT（引脚6）：振荡器定时电阻接入端。 7.Discharge(引脚7)：振荡器放电端。该端与引脚5之间外接一只放电电阻，构成放电回路。 8.Soft-Start(引脚8)：软启动电容接入端。该端通常接一只5 的软启动电容。 9.Compensation(引脚9)：PWM比较器补偿信号输入端。在该端与引脚2之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型调节器。 10.Shutdown(引脚10)：外部关断信号输入端。该端接高电平时控制器输出被禁止。该端可与保护电路相连，以实现故障保护。 11.Output A（引脚11）：输出端A。引脚11和引脚14是两路互补输出端。 12.Ground(引脚12)：信号地。 13.Vc(引脚13)：输出级偏置电压接入端。 14.Output B（引脚14）：输出端B。引脚14和引脚11是两路互补输出端。 15.Vcc（引脚15）：偏置电源接入端。 16.Vref(引脚16)：基准电源输出端。该端可输出一温度稳定性极好的基准

其中，脚16 为SG3525 的基准电压源输出，精度可以达到（5.1±1％）V，采用了温度补偿，而且设有过流保护电路。脚5，脚6，脚7 内有一个双门限比较器，内电容充放电电路，加上外接的电阻电容电路共同构成SG3525 的振荡器。振荡器还设有外同步输入端(脚3)。脚1 及脚2 分别为芯片内误差放大器的反相输入端、同相输入端。该放大器是一个两级差分放大器，直流开环增益为70dB 左右。

SG3525的特点如下： （1）工作电压范围宽：8—35V。 （2）5.1（1 1.0%）V微调基准电源。 （3）振荡器工作频率范围宽：100Hz¬—400KHz. （4）具有振荡器外部同步功能。 （5）死区时间可调。 （6）内置软启动电路。 （7）具有输入欠电压锁定功能。 （8）具有PWM琐存功能，禁止多脉冲。 （9）逐个脉冲关断。 （10）双路输出（灌电流/拉电流）： mA(峰值)。

各部分功能： a 基准电压源: 基准电压源是一个三端稳压电路，其输入电压VCC 可在（8～35）V 内变化，通常采用+15V，其输出电压VST＝5.1V，精度±1%，采用温度补偿，作为芯片内部电路的电源，也可为芯片外围电路提供标准电源，向外输出电流可达400mA，没有过流保护电路。

b 振荡电路： 由一个双门限电压均从基准电源取得，其高门限电压VH=3.9 V，低门限电压VL=0.9,内部横流源向CT 充电，其端压VC 线性上升，构成锯齿波的上升沿，当VC=VH时比较器动作，充电过程结束，上升时间t1 为：t1= 0.67RTCT

比较器动作时使放电电路接通，CT 放电，VC 下降并形成锯齿波的下降沿，当VC=VL时比较器动作，放电过程结束，完成一个工作循环，下降时间间t2 为：t2=1.3RDCT

注意：此时间即为死区时间 锯齿波的基本周期T 为: T=t1+t2=(0.67RT+1.3RD)CT 振荡频率：f=1/T CT和RT是连接脚5和脚6的振荡器的电阻和电容，RD是于脚7相连的放电电阻的阻值。

控制电路图： （4）驱动电路的设计：

如图，我们采用了电气隔离的光耦合方式。 光耦合器（optical coupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器，简称光耦。光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。 由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。 光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。光耦合器是70年代发展起来产新型器件，现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离 、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。