逆變電路課程設(shè)計(jì)

1、 本科電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書題目：基于SG3524芯片的逆變電源設(shè)計(jì)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(dòng)化 姓 名：王德昭 學(xué) 號(hào)：120514891 指導(dǎo)教師：洪 寶 棣 職 稱：副教授設(shè)計(jì)完成日期：二一五年一月1.1 電力電子簡(jiǎn)介4 1.2課設(shè)的目的41.3課程設(shè)計(jì)要求41.4課程設(shè)計(jì)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(huì) 101、 前言1.1電力電子簡(jiǎn)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(jì)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(dòng)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(lái)，發(fā)展成為電力電子技術(shù)這一專門的學(xué)科。而二十時(shí)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)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(jiàn)。 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用中也有了長(zhǎng)足的發(fā)展，電力電子裝置與傳統(tǒng)的機(jī)械式開(kāi)關(guān)操作設(shè)備相比有動(dòng)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(xiǎn)、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(guò)對(duì)單相橋式PWM逆變電路的設(shè)計(jì)，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(shí)，進(jìn)行單項(xiàng)橋式全控整流電路和系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)方法，掌握元器件的選擇計(jì)算方法。1.3課程設(shè)計(jì)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(guò)流保護(hù)電路。1.4課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容與技術(shù)參數(shù) 1、主電路設(shè)計(jì)。2、通過(guò)計(jì)算選擇全控器件的具體型號(hào)。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(jì)說(shuō)明書。 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書論文題目基于SG3524芯片的逆變電源設(shè)計(jì)與MATLAB仿真學(xué)院機(jī)電專業(yè)農(nóng)業(yè)電氣化與自動(dòng)化班級(jí)12級(jí)農(nóng)電班課程設(shè)計(jì)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(guò)流保護(hù)電路。課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容與技術(shù)參數(shù) 1、主電路設(shè)計(jì)。2、通過(guò)計(jì)算選擇全控器件的具體型號(hào)。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(jì)說(shuō)明書。課程設(shè)計(jì)工作計(jì)劃通過(guò)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(jì)；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(shuō)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(zhǎng)(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(gè)橋臂，可以看成由兩個(gè)半橋電路組合而成。把橋臂1和4作為一對(duì)，橋臂2和3作為另一對(duì)，成對(duì)的兩個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，兩對(duì)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(huì)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(duì)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(wú)功能量的交換，對(duì)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(shí)，還可以采用移相的方式來(lái)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(hào)仍為180度正偏，180度反偏，并且V1和V2的柵極信號(hào)互補(bǔ)，V3和V4的柵極信號(hào)互補(bǔ)，但V3的基極信號(hào)不是比V1落后180度，而是只落后q（0< q<180度）。也就是說(shuō)，V3、V4的柵極信號(hào)不是分別和V2、V1的柵極信號(hào)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(hào)uG1uG4及輸出電壓u0、輸出電流i0的波形如圖2-1b所示。下面對(duì)其工作過(guò)程進(jìn)行具體分析。設(shè)在t1時(shí)刻前V1和V4導(dǎo)通，輸出電壓u0為Ud，t1時(shí)刻V3和V4柵極信號(hào)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?yàn)閂1和VD3同時(shí)導(dǎo)通，所以輸出電壓為零。到t2時(shí)刻V1和VD2柵極信號(hào)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(guò)零并開(kāi)始反向時(shí)，VD2和VD3截止，V2和V3開(kāi)始導(dǎo)通，u0仍為Ud。t3時(shí)刻V3和V4柵

9、極信號(hào)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(guò)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(shí)，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(gè)橋臂均不導(dǎo)通，負(fù)載也沒(méi)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(guò)在純電阻負(fù)載時(shí)，仍可采用改變正負(fù)脈沖寬度的方法來(lái)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(hào)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：?jiǎn)雾?xiàng)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(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的PWM型和PFM（脈頻調(diào)制）型開(kāi)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(guó)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(wú)電源變壓器開(kāi)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(shí)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(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)電源。 SG3524采用是定頻PWM電路，DIP16型封裝。引腳號(hào)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(hào)。在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，該端與補(bǔ)償信號(hào)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(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，該端接給定信號(hào)。根據(jù)需要，在該端與補(bǔ)償信號(hào)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(hào)輸入端。該端接外部同步脈沖信號(hào)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(shí)電容接入端。6Rt振蕩器定時(shí)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(dòng)電容接入端。該端通常接一只5 的軟啟動(dòng)電容9CompensationPWM比較器補(bǔ)償信號(hào)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(hào)輸入端。該端接高電平時(shí)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(hào)地13Vc輸出級(jí)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(shí)間可調(diào)。（6） 內(nèi)置軟啟動(dòng)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(huì) 在這次的電力電子課程設(shè)計(jì)中，我遇見(jiàn)了各種各樣的困難。通過(guò)查閱資料，向老師和同學(xué)請(qǐng)教才解決了部分的問(wèn)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(shí)和實(shí)踐設(shè)計(jì)還是有很大的差別，這更加讓我理解了真理