逆變電路課程設(shè)計

1、 本科電力電子技術(shù)課程設(shè)計說明書題目：基于SG3524芯片的逆變電源設(shè)計與MATLAB仿真 (控制電路）學(xué) 院：機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)：農(nóng)業(yè)電氣化與自動化 姓 名：王德昭 學(xué) 號：120514891 指導(dǎo)教師：洪 寶 棣 職 稱：副教授設(shè)計完成日期：二一五年一月1.1 電力電子簡介4 1.2課設(shè)的目的41.3課程設(shè)計要求41.4課程設(shè)計的主要內(nèi)容與技術(shù)參數(shù)5二、單相電壓型逆變電路72.1全橋逆變電路7三、器件的選擇83.1SG3524內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 3.2 SG3524引腳功能 3.3 SG3524引腳圖 四、 控制電路10 五、 心得體會 101、 前言1.1電力電子簡介電力電子技術(shù)又稱為功率電子

2、技術(shù)，他是用于電能變換和功率恐控制的電子 技術(shù)。電力電子技術(shù)示弱電控制強(qiáng)電的方法和手段，是當(dāng)代高興技術(shù)發(fā)展的重要 內(nèi)容，也是支持電力系統(tǒng)技術(shù)革命和技術(shù)革命的發(fā)展的重要基礎(chǔ)，并節(jié)能降耗、 增產(chǎn)節(jié)約提高生產(chǎn)效能的重要技術(shù)手段。微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)以及大功率電 力電子技術(shù)的快速發(fā)展，極大地推動了電工技術(shù)、電氣工程和電力系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展和進(jìn)步。電力電子器件是電力電子技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。正是大功率晶閘管的發(fā)明，使得半導(dǎo)體變流技術(shù)從電子學(xué)中分離出來，發(fā)展成為電力電子技術(shù)這一專門的學(xué)科。而二十時間九十年代各種全控型大功率半導(dǎo)體器件的發(fā)明，進(jìn)一步拓展了電力電子技術(shù)應(yīng)用和覆蓋的領(lǐng)域和范圍。電力電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)

3、深入到國民經(jīng)濟(jì)的各個部門，包括鋼鐵、冶金、化工、電力、石油、汽車、運(yùn)輸以及人們的日常生活。功率范圍大到幾千兆瓦的高壓直流輸電，小到一瓦的手機(jī)充電器，電力電子技術(shù)隨處可見。 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用中也有了長足的發(fā)展，電力電子裝置與傳統(tǒng)的機(jī)械式開關(guān)操作設(shè)備相比有動態(tài)響應(yīng)快，控制方便，靈活的特點(diǎn)，能夠顯著地改善電力系統(tǒng)的特性，在提高系統(tǒng)穩(wěn)定、降低運(yùn)行風(fēng)險、節(jié)約運(yùn)行成本方面有很大潛力。1.2課設(shè)的目的1）通過對單相橋式PWM逆變電路的設(shè)計，掌握單相橋式PWM逆變電路的工作原理，綜合運(yùn)用所學(xué)知識，進(jìn)行單項橋式全控整流電路和系統(tǒng)設(shè)計的能力。2）了解與熟悉單相橋式PWM逆變電路的控制方法。3）理解和

4、掌握單相橋式PWM逆變電路及系統(tǒng)的主電路、控制電路、保護(hù)電路的設(shè)計方法，掌握元器件的選擇計算方法。1.3課程設(shè)計要求1、輸入直流電源：24V10%；2、輸出交流電壓：220V10%；3、控制電路芯片為SG3524；4、過流保護(hù)電路。1.4課程設(shè)計的主要內(nèi)容與技術(shù)參數(shù) 1、主電路設(shè)計。2、通過計算選擇全控器件的具體型號。3、確定變壓器變比及容量。4、控制電路芯片分析及接線使用。5、繪制相關(guān)電路圖。6、MATLAB電路仿真，獲得輸出電壓波形；7、完成設(shè)計說明書。 課程設(shè)計任務(wù)書論文題目基于SG3524芯片的逆變電源設(shè)計與MATLAB仿真學(xué)院機(jī)電專業(yè)農(nóng)業(yè)電氣化與自動化班級12級農(nóng)電班課程設(shè)計的要求

5、1、輸入直流電源：24V10% ；2、輸出交流電壓：220V10%；3、控制電路芯片為SG3524； 4、過流保護(hù)電路。課程設(shè)計的主要內(nèi)容與技術(shù)參數(shù) 1、主電路設(shè)計。2、通過計算選擇全控器件的具體型號。3、確定變壓器變比及容量。4、控制電路芯片分析及接線使用。5、繪制相關(guān)電路圖。6、MATLAB電路仿真，獲得輸出電壓波形；7、完成設(shè)計說明書。課程設(shè)計工作計劃通過學(xué)習(xí)，查閱收集參考資料和文獻(xiàn)；進(jìn)行方案論證；做主電路設(shè)計；選擇器件；確定變壓器變比及容量；確定濾波電抗器；芯片分析接線；搭建仿真電路模擬輸出波形；總結(jié)并撰寫說明書；準(zhǔn)備答辯。接受任務(wù)日期 201 年 月 日 要求完成日期 201 年 月

6、 日學(xué) 生 (簽名) 年 月 日指 導(dǎo) 教 師 (簽名) 年 月 日院長(主任) (簽名) 年 月 日二、單相電壓型逆變電路2.1全橋逆變電路電壓型全橋逆變電路的原理圖如圖2-1 a所示，它共有四個橋臂，可以看成由兩個半橋電路組合而成。把橋臂1和4作為一對，橋臂2和3作為另一對，成對的兩個橋臂同時導(dǎo)通，兩對交替各導(dǎo)通180度。其輸出電壓u0的波形和圖2-1b的半橋電路的波形u0形狀相同，也會矩形波，但其幅值高出一倍，Um=Ud。在直流電壓和負(fù)載都相同的情況下，其輸出電流i0的波形當(dāng)然也和圖2-1b中的i0形狀相同，僅幅值增加一倍。圖一中的VD1、V1、VD2、V2相繼導(dǎo)通的區(qū)間，分別對應(yīng)于圖一

7、種的VD1和VD4,、V1和V4、VD2和VD3、V2和V3相繼導(dǎo)通的區(qū)間。關(guān)于無功能量的交換，對于半橋逆變電路的分析也完全適用于全橋逆變電路。在阻感負(fù)載時，還可以采用移相的方式來調(diào)節(jié)逆變電路的輸出電壓，這種方式稱為移相調(diào)壓。移相調(diào)壓實(shí)際上就是調(diào)節(jié)輸出電壓脈沖的寬度。在圖2-1a的單相全橋逆變電路中，各IGBT的柵極信號仍為180度正偏，180度反偏，并且V1和V2的柵極信號互補(bǔ)，V3和V4的柵極信號互補(bǔ)，但V3的基極信號不是比V1落后180度，而是只落后q（0< q<180度）。也就是說，V3、V4的柵極信號不是分別和V2、V1的柵極信號同相位，而是前移了180度q。這樣，輸出電

8、壓u0就不再是正負(fù)各為180度的脈沖，而是正負(fù)各為q 脈沖，各IGBT的柵極信號uG1uG4及輸出電壓u0、輸出電流i0的波形如圖2-1b所示。下面對其工作過程進(jìn)行具體分析。設(shè)在t1時刻前V1和V4導(dǎo)通，輸出電壓u0為Ud，t1時刻V3和V4柵極信號反向，V4截止，而因負(fù)載電感中的電流i0不能突變，V3不能立刻導(dǎo)通，VD3導(dǎo)通徐柳。因為V1和VD3同時導(dǎo)通，所以輸出電壓為零。到t2時刻V1和VD2柵極信號反向，V1截止，而V2不能立刻導(dǎo)通，VD2導(dǎo)通續(xù)流，和VD3構(gòu)成電流通道，輸出電壓為Ud。到負(fù)載電流過零并開始反向時，VD2和VD3截止，V2和V3開始導(dǎo)通，u0仍為Ud。t3時刻V3和V4柵

9、極信號再次反向，V3截止，而V4不能立刻導(dǎo)通，VD4導(dǎo)通續(xù)流，u0再次為零。以后的過程和前面類似。這樣，輸出電壓u0的正負(fù)脈沖寬度就各位q。改變q，就可以調(diào)節(jié)輸出電壓。在純電阻負(fù)載時，采用上述移相方法也可以得到相同的結(jié)果，只是VD1VD4不再導(dǎo)通，不起續(xù)流作用。在u0為零期間，四個橋臂均不導(dǎo)通，負(fù)載也沒有電流。顯然，上述移相調(diào)壓方式并不適用于半橋逆變電路。不過在純電阻負(fù)載時，仍可采用改變正負(fù)脈沖寬度的方法來調(diào)節(jié)半橋逆變電路的輸出電壓。這是，上下兩橋臂的柵極信號不再是各180度正偏、180度反偏并且互補(bǔ)，而是正偏的寬度為q、反偏的寬度為180度q，二者相位差為180度。這是輸出電壓u0也是振幅脈

10、沖的寬度各為q。圖2-1：單項全橋逆變電路的移相調(diào)壓方式3、 器件的選擇 3.1SG3524內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.2 SG3524引腳功能目前國內(nèi)外生產(chǎn)的PWM型和PFM（脈頻調(diào)制）型開關(guān)集成控制器已達(dá)上百種，其中PWM型集成控制器以SG3524較為流行， 它是美國硅通用公司（Silicon General）生產(chǎn)的雙端輸出式脈寬調(diào)制芯片，包括了所有無電源變壓器開關(guān)電源所要求的基本功能，如控制、保護(hù)、取樣放大等功能，使用方便靈活，同時在制造上采用常規(guī)的平面工藝。SG3524可為脈寬調(diào)制式推挽、橋式、單端及串聯(lián)型SMPS（固定頻率開關(guān)電源）提供全部控制電路系統(tǒng)的控制單元。由它構(gòu)成的PWM型開關(guān)電源的工作頻

11、率可達(dá)100kHz，適宜構(gòu)成100500W中功率推挽輸出式開關(guān)電源。 SG3524采用是定頻PWM電路，DIP16型封裝。引腳號引腳名稱引腳功能1Inv.input誤差放大器反向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)中，該引腳接反饋信號。在開環(huán)系統(tǒng)中，該端與補(bǔ)償信號輸入端（引腳9）相連，可構(gòu)成跟隨器。2Noninv.input誤差放大器同向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)中，該端接給定信號。根據(jù)需要，在該端與補(bǔ)償信號輸入端（引腳9）之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型的調(diào)節(jié)器。3Sync振蕩器外接同步信號輸入端。該端接外部同步脈沖信號可實(shí)現(xiàn)與外電路同步。4OSC.Output振蕩器輸出端5C

12、t振蕩器定時電容接入端。6Rt振蕩器定時電阻接入端。7Discharge振蕩器放電端。該端與引腳5之間外接一只放電電阻，構(gòu)成放電回路。8Soft-Start軟啟動電容接入端。該端通常接一只5 的軟啟動電容9CompensationPWM比較器補(bǔ)償信號輸入端。在該端與引腳2之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型調(diào)節(jié)器。10Shutdown外部關(guān)斷信號輸入端。該端接高電平時控制器輸出被禁止。該端可與保護(hù)電路相連，以實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)。11Output A輸出端A12Ground信號地13Vc輸出級偏置電壓接入端。14Output B輸出端B15Vcc偏置電源接入端。16Vref基

13、準(zhǔn)電源輸出端。該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極好的基準(zhǔn)電壓。 特點(diǎn)如下： （1） 工作電壓范圍寬：835V。 （2） 5.1（11.0%）V微調(diào)基準(zhǔn)電源。 （3） 振蕩器工作頻率范圍寬：100Hz400KHz. （4） 具有振蕩器外部同步功能。 （5） 死區(qū)時間可調(diào)。（6） 內(nèi)置軟啟動電路。 （7） 具有輸入欠電壓鎖定功能。 （8） 具有P3.3 SG3524引腳圖4、 控制電路及保護(hù)電路圖 五 心得體會 在這次的電力電子課程設(shè)計中，我遇見了各種各樣的困難。通過查閱資料，向老師和同學(xué)請教才解決了部分的問題。這讓我了解到了自己在這門課程上的不足之處和薄弱環(huán)節(jié)。另外課本知識和實(shí)踐設(shè)計還是有很大的差別，這更加讓我理解了真理