pwm開關(guān)型功率放大器

1、電力電子課程設(shè)計報告電力電子技術(shù)課程設(shè)計報告題 目 PWM開關(guān)型功率放大器的設(shè)計專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 電氣 學 號 學生姓名 指導教師 2008 年 春季 學期起止時間：2008年6月23日至2008年6月27日平 時（10%）任務(wù)完成（50%）答 辯（20%）課設(shè)報告（20%）總評成績設(shè)計任務(wù)書3 PWM開關(guān)型功率放大器的設(shè)計一、 設(shè)計任務(wù)常用的功率放大器為線性功放，功率管工作于線性放大區(qū)域，性能好，但功耗大。今設(shè)計一個PWM開關(guān)型交流信號功率放大器，將輸入交流電壓信號不失真地放大20倍后輸出，保持波形形狀不變。開關(guān)功率放大器也稱數(shù)字功率放大器。二、 設(shè)計條件與指標1. 單相交

2、流電源，額定電壓220V；2. 放大器額定輸出功率500VA，額定輸出電壓100VAC，放大倍數(shù)為20；3. 輸入信號：05VAC，信號頻率范圍：40500Hz； 4. 盡量減小輸出信號的波形失真度；三、 設(shè)計要求1. 分析題目要求，提出23種實現(xiàn)方案，比較確定主電路結(jié)構(gòu)和控制方案；2. 設(shè)計主電路原理圖、觸發(fā)電路的原理框圖，并設(shè)置必要的保護電路；3. 參數(shù)計算，選擇主電路及保護電路元件參數(shù)；4. 利用PSPICE、PSIM或MATLAB等進行電路仿真優(yōu)化；5. 典型工況下的波形失真度分析。6. 撰寫課程設(shè)計報告四、 參考文獻1 王兆安，電力電子技術(shù)，機械工業(yè)出版社；2 陳國呈譯，電力電子電路

3、，日本電氣學會編，科學出版社；一、總體設(shè)計1主電路的選型（方案設(shè)計）經(jīng)過對設(shè)計任務(wù)要求的總體分析，明確應(yīng)該使用電力電子組合變流中的間接交流變流的思想進行設(shè)計，因為任務(wù)要求頻率是可變的，故選擇交直交變頻電路（即VVVF電源）。交直交變頻電路有兩種電路：電壓型和電流型。在逆變電路中均選用雙極性調(diào)制方式。方案一：采用電壓型間接交流變流電路。其中整流部分采用單相橋式全控整流電路，逆變部分采用單相橋式PWM逆變電路，濾波部分為LC濾波，負載為阻感性。電路原理圖如下所示：方案二：采用電壓型間接交流變流電路。其中整流部分采用單相全橋整流電路，逆變部分采用單相橋式PWM逆變電路，濾波部分為LC濾波，負載為阻感

4、性。電路原理圖如下所示：方案三：采用電壓型間接交流變流電路。其中整流部分采用單相橋式PWM整流電路，逆變部分采用單相橋式PWM逆變電路，濾波部分為LC濾波，負載為阻感性。電路原理圖如下所示：分析：方案一中整流電路與逆變電路都采用全控型可以通過控制a角的大小來控制Ud的大小。方案二中的整流電路是單相全橋整流電路，屬于不可控型。Ud大小不可變。方案三采用雙PWM電路。整流電路和逆變電路的構(gòu)成可以完全相同，交流電源通過交流電抗器和整流電路聯(lián)接，通過對整流電路進行PWM控制，可以使輸入電流為正弦波并且與電源電壓同相位，因而輸入功率因數(shù)為1，并且中間直流電路的電壓可以調(diào)整。但由于控制較復雜，成本也較高，

5、實際應(yīng)用還不多，故此處沒有選用。經(jīng)過分析我選用了方案一。其中控制部分采用雙極性PWM波控制觸發(fā)，從而控制負載電流和電壓。由于逆變部分采用電壓型逆變電路，所以當選用電阻性負載時其電流大致呈正弦波，電壓呈矩形波。2. 總體實現(xiàn)框架二、主要參數(shù)及電路設(shè)計1. 主電路參數(shù)設(shè)計由已知條件可得負載端的電流,電阻。電壓計算：對電壓波形進行定量分析，把幅值為的矩形波展開成傅立葉級數(shù)得其中基波的幅值和基波有效值分別為 ，。由所以因為所以由此確定變壓器的變比為1.542. 濾波時電感L=10mH,電容C=1mF。3. 并聯(lián)的電容C=10mF。三、仿真驗證（設(shè)計、存在的問題及解決方法）1. 測試方案交流電壓經(jīng)過變比

6、為3：1變壓器輸出適合本題大小要求的電壓，通過單相橋式全控整流以后，再接PWM逆變電路，PWM開關(guān)型交流信號功率放大器控制IGBT的導通與關(guān)斷。通過對輸入信號幅值的調(diào)節(jié)來控制占空比，從而控制輸出電壓、電流的大小。2. 仿真驗證a) 主電路輸入為單相交流電源，額定電壓220V；b) 要求放大器額定輸出功率500VA，額定輸出電壓100VAC，放大 倍數(shù)為20；c) 輸入信號：05VAC，信號頻率范圍：40500Hz；3. 仿真波形1. 信號波和載波的圖形2. 產(chǎn)生的PWM波3. 整流后電壓波形4. 逆變后電壓波形5. 濾波后電壓、電流波形4. 存在的問題及解決方法（1）在用晶閘管做整流電路時使用

7、的方波發(fā)生裝置來觸發(fā)，由于對其脈沖和相角沒能正確的設(shè)置，導致輸出的波形并非設(shè)計的目的波形，通過仔細分析和檢查，終于懂了問題的所在，應(yīng)在每個周期觸發(fā)一次通過改正使脈沖頻率為50HZ，從而正確得出結(jié)果。（2）由于本題要用PWM控制，所以在做逆變電路時，對于IGBT的觸發(fā)電路沒能正確的掌握，僅僅通過套用資料上的一些例子來希望得到正確的結(jié)果，進入了誤區(qū)，使電路不能良好運行。通過查資料和老師的指導，僅使用一個放大器，對載波和信號波進行比較，再利用開關(guān)和反相器，從而實現(xiàn)了PWM控制IGBT的觸發(fā)的要求。（3）對與實驗結(jié)果，剛開始時負載端電流類似正弦波，電壓為矩形波，以為這就是最后結(jié)果，經(jīng)過老師指導才明白，

8、應(yīng)為存在諧波的影響才這樣，所以輸出要加濾波，從而得到正確的結(jié)果。（4）在把整流電路和逆變電路連在一起的時候還要注意同步的問題。四、小結(jié) 緊張的一周電力電子課程設(shè)計終于結(jié)束了，這次我做的課題是PWM開關(guān)型功率放大器的設(shè)計與分析，剛拿到課題看，基本上知道是屬于單相交直交變頻電路的問題，但是要求課本上講的都是比較基礎(chǔ)的一些關(guān)于調(diào)壓電路的知識，面對復雜而具體的任務(wù)要求，不得不求助于圖書館，拿到題目當天就去找了課題相關(guān)的科目，閱讀大量相關(guān)內(nèi)容后開始構(gòu)思設(shè)計，其中遇到了不少的難題，但也學到了很多東西。 經(jīng)過本次的課程設(shè)計，更多的掌握了電力電子器件的工作方式以及他們在工作時需要注意的問題。就好比說PWM的控

9、制原理和應(yīng)用，整流電路和逆便電路在具體應(yīng)用中個子應(yīng)該主義的那些問題，以及逆變出來的波形含有大量的諧波，應(yīng)該對其輸出進行濾波，才能得到正確的結(jié)果。以前上課聽老師講過這些知識，可是當自己真正去實踐證實之后明白理論需要實踐來充實，類似這樣的例子還有很多。能夠運用自己所學的知識，做成真正意義上的實物去實現(xiàn)某種功能，自己感覺很欣慰，也算是學以致用把，在這其中指導老師給了我不少的幫助，功不可沒。很感謝有這次實踐機會，通過這次實踐使我對以后電力電子的學習有了更深厚的基礎(chǔ)。希望以后會有更多這樣多機會。附件：參考文獻鄭瓊林, 耿文學，電力電子電路精選: 常用元器件 實用電路 設(shè)計實例，電子工業(yè)出版社；蘇文平，新型電子電路應(yīng)用實例精選，北京航空航天大學出版社；徐德鴻 沈旭 楊成林 周