逆變電路課程設計

1、 本科電力電子技術課程設計說明書題目：基于SG3524芯片的逆變電源設計與MATLAB仿真 (控制電路）學 院：機電工程學院 專 業(yè)：農業(yè)電氣化與自動化 姓 名：王德昭 學 號：120514891 指導教師：洪 寶 棣 職 稱：副教授設計完成日期：二一五年一月1.1 電力電子簡介4 1.2課設的目的41.3課程設計要求41.4課程設計的主要內容與技術參數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內部結構圖 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又稱為功率電子

2、技術，他是用于電能變換和功率恐控制的電子 技術。電力電子技術示弱電控制強電的方法和手段，是當代高興技術發(fā)展的重要 內容，也是支持電力系統(tǒng)技術革命和技術革命的發(fā)展的重要基礎，并節(jié)能降耗、 增產節(jié)約提高生產效能的重要技術手段。微電子技術、計算機技術以及大功率電 力電子技術的快速發(fā)展，極大地推動了電工技術、電氣工程和電力系統(tǒng)的技術發(fā)展和進步。電力電子器件是電力電子技術發(fā)展的基礎。正是大功率晶閘管的發(fā)明，使得半導體變流技術從電子學中分離出來，發(fā)展成為電力電子技術這一專門的學科。而二十時間九十年代各種全控型大功率半導體器件的發(fā)明，進一步拓展了電力電子技術應用和覆蓋的領域和范圍。電力電子技術的應用領域已經

3、深入到國民經濟的各個部門，包括鋼鐵、冶金、化工、電力、石油、汽車、運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，小到一瓦的手機充電器，電力電子技術隨處可見。 電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用中也有了長足的發(fā)展，電力電子裝置與傳統(tǒng)的機械式開關操作設備相比有動態(tài)響應快，控制方便，靈活的特點，能夠顯著地改善電力系統(tǒng)的特性，在提高系統(tǒng)穩(wěn)定、降低運行風險、節(jié)約運行成本方面有很大潛力。1.2課設的目的1）通過對單相橋式PWM逆變電路的設計，掌握單相橋式PWM逆變電路的工作原理，綜合運用所學知識，進行單項橋式全控整流電路和系統(tǒng)設計的能力。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、保護電路的設計方法，掌握元器件的選擇計算方法。1.3課程設計要求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、過流保護電路。1.4課程設計的主要內容與技術參數 1、主電路設計。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、繪制相關電路圖。6、MATLAB電路仿真，獲得輸出電壓波形；7、完成設計說明書。 課程設計任務書論文題目基于SG3524芯片的逆變電源設計與MATLAB仿真學院機電專業(yè)農業(yè)電氣化與自動化班級12級農電班課程設計的要求

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、過流保護電路。課程設計的主要內容與技術參數 1、主電路設計。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、繪制相關電路圖。6、MATLAB電路仿真，獲得輸出電壓波形；7、完成設計說明書。課程設計工作計劃通過學習，查閱收集參考資料和文獻；進行方案論證；做主電路設計；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；總結并撰寫說明書；準備答辯。接受任務日期 201 年 月 日 要求完成日期 201 年 月

6、 日學 生 (簽名) 年 月 日指 導 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通，兩對交替各導通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。在直流電壓和負載都相同的情況下，其輸出電流i0的波形當然也和圖2-1b中的i0形狀相同，僅幅值增加一倍。圖一中的VD1、V1、VD2、V2相繼導通的區(qū)間，分別對應于圖一

7、種的VD1和VD4,、V1和V4、VD2和VD3、V2和V3相繼導通的區(qū)間。關于無功能量的交換，對于半橋逆變電路的分析也完全適用于全橋逆變電路。在阻感負載時，還可以采用移相的方式來調節(jié)逆變電路的輸出電壓，這種方式稱為移相調壓。移相調壓實際上就是調節(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，V3和V4的柵極信號互補，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就不再是正負各為180度的脈沖，而是正負各為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行具體分析。設在t1時刻前V1和V4導通，輸出電壓u0為Ud，t1時刻V3和V4柵極信號反向，V4截止，而因負載電感中的電流i0不能突變，V3不能立刻導通，VD3導通徐柳。因為V1和VD3同時導通，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不能立刻導通，VD2導通續(xù)流，和VD3構成電流通道，輸出電壓為Ud。到負載電流過零并開始反向時，VD2和VD3截止，V2和V3開始導通，u0仍為Ud。t3時刻V3和V4柵

9、極信號再次反向，V3截止，而V4不能立刻導通，VD4導通續(xù)流，u0再次為零。以后的過程和前面類似。這樣，輸出電壓u0的正負脈沖寬度就各位q。改變q，就可以調節(jié)輸出電壓。在純電阻負載時，采用上述移相方法也可以得到相同的結果，只是VD1VD4不再導通，不起續(xù)流作用。在u0為零期間，四個橋臂均不導通，負載也沒有電流。顯然，上述移相調壓方式并不適用于半橋逆變電路。不過在純電阻負載時，仍可采用改變正負脈沖寬度的方法來調節(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，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壓方式3、 器件的選擇 3.1SG3524內部結構圖3.2 SG3524引腳功能目前國內外生產的PWM型和PFM（脈頻調制）型開關集成控制器已達上百種，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）生產的雙端輸出式脈寬調制芯片，包括了所有無電源變壓器開關電源所要求的基本功能，如控制、保護、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可為脈寬調制式推挽、橋式、單端及串聯(lián)型SMPS（固定頻率開關電源）提供全部控制電路系統(tǒng)的控制單元。由它構成的PWM型開關電源的工作頻

11、率可達100kHz，適宜構成100500W中功率推挽輸出式開關電源。 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，該端與補償信號輸入端（引腳9）相連，可構成跟隨器。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。根據需要，在該端與補償信號輸入端（引腳9）之間接入不同類型的反饋網絡，可以構成比例、比例積分和積分等類型的調節(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現與外電路同步。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絡，可以構成比例、比例積分和積分等類型調節(jié)器。10Shutdown外部關斷信號輸入端。該端接高電平時控制器輸出被禁止。該端可與保護電路相連，以實現故障保護。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、準電源輸出端。該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極好的基準電壓。 特點如下： （1） 工作電壓范圍寬：835V。 （2） 5.1（11.0%）V微調基準電源。 （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。（6） 內置軟啟動電路。 （7） 具有輸入欠電壓鎖定功能。 （8） 具有P3.3 SG3524引腳圖4、 控制電路及保護電路圖 五 心得體會 在這次的電力電子課程設計中，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)。另外課本知識和實踐設計還是有很大的差別，這更加讓我理解了真理