电力电子技术课程设计范本

1、电力电子技术课程设计一、课程设计的性质和目的1、性质：是电气自动化专业的必修实践性环节。2、目的：1）培养学生综合运用知识解决问题的能力与实际动手能力；2）加深理解电力电子技术课程的基本理论；3）初步掌握电力电子电路的设计方法。二、课程设计的题目MOSFE电压型单相半桥无源逆变电路设计（阻感性负载） 设计条件：（1）输入直流电压： Ui=200V（ 2）输出功率： 500W（3）输出电压波形：1KHz方波三、课程设计的内容，指标内容及要求，应完成的任务1 、课程设计的要求1 ）整流电路的选择2）整流变压器额定参数的计算3）晶闸管（全控型器件）电压、电流额定的选择4）平波电抗器电感值的计算5）保

2、护电路（缓冲电路）的设计6）触发电路（驱动电路）的设计7）画出完整的主电路原理图和控制电路原理图2、指标要求（ 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。3、整流电路的选择整流电路选择感容滤波的二极管整流电路， 由于电容两端的电压不能突变， 故能 够保证输出电压为大小恒定的直流电压。ud波形更平直，电流i2的上升段平缓了许多，这对于电路的工作是有利的4、触发电路（驱动电路）的设计实现逆变的主电路中用的是全控型器件MOSFET触发电路主要是针对它%RV1+>MOSFETJ 5? 20Vfl的触发设计，电路的原理图如下图所示。0 -

3、VIrcc丄跟双极性晶体管相比，一般认为使 MOST导通不需要电流，只要 GS电压高于一定的值，就可以了。这个很容易做到，但是，我们还需要速度。在MOS?的结构中可以看到，在 GS GD之间存在寄生电容，而 MOS管的驱动，实际上就是对电容的充放电。对电容的充电需要一个电流，因为对电容充电 瞬间可以把电容看成短路，所以瞬间电流会比较大。选择 /设计MOST驱动时第 一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。第二注意的是，普遍用于高端驱动的 NMOS导通时需要是栅极电压大于源 极电压。而高端驱动的MOS?导通时源极电压与漏极电压（VCC）相同，所以这时 栅极电压要比VCC大4V或10V。如果在同一个

4、系统里，要得到比 VCC大的电压, 就要专门的升压电路了。很多马达驱动器都集成了电荷泵，要注意的是应该选择 合适的外接电容，以得到足够的短路电流去驱动 MOST。上边说的4V或10V是常用的MOST的导通电压，设计时当然需要有一定的 余量。而且电压越高，导通速度越快，导通电阻也越小。现在也有导通电压更小 的MOST用在不同的领域里，但在12V汽车电子系统里，一般4V导通就够用了。4、PWM产生电路SG3525勺结构SG3525电压谓节苗片阳35巧貝体的內都给输如明所旅"其中.脚L&为SUB,年前基准电 压源輪出，精度可以怙剥V.采用了潟度补偿.而且谨有过流保怕电再"

5、脚 H6r脾7内有一个双门眼止鞍器.内电容充放电电路.加上外接的皑阻电客电路共同构成 听贡沛擀 極序署严谊有肝同步術入端邮3脚反制、皆.为芯片匹淒差啟尢耕 的反昭阚入抉、皿枢蜒入携.该股丈牆丘一个两级羞分放玄蓊*直潦开坏堆益为左右. 根据乘统的动态，静态特性雯求 存逞差执尢曙的輸岀的中和聃1之同一體婆満加适当的反 读补信网培.皿汩酒i|- " IIOv -' 3 I V ,1 i-1'lid ,、=nc .订 丄luj心工冬L丄RSri叮沽眉入匚11啡VB el|一1卄口価入UI mVss(- aj川毗i 4】i*rrr叫曲:辄筍”；匸1 :i 1A,UT1i S1

6、NJrtix r1I ZJr71 oZlmm姓加一HoJ卜惯工作原理：SG3525内部结构框图如图所示，它在第一代脉宽调制芯片SG3524勺基础上作了较大的改进，主要表现在以下几个方面:(1) 电路中设置了欠电压锁定和限流关断电路。为了防止在欠电压状态下<8V) 时有效地使输出保持在关断状态，电路中设置了欠电压封锁电路，当U > 2 .5 V时欠电压封锁电路就开始工作，其上限值为8 V ，但在电路达到8 V前，电路各部分已进入正常工作状态，而当从8 V下降到7 . 5 V时，锁定电路又开始恢复工作，其中有 0.5 V的回差电压，用于消除钳位电路 在阀值点处的振荡。在锁定电路工作期间

7、，输出一高电平，加至组合逻辑门电路的输入端，以封锁PWM的脉冲信号。SG3525没有电流限制放大器，它采用了关 断控制电路来进行限流控制，其中包括逐个脉冲的电流限制和输出电流的限流控 制,只要将信号加于I 0脚就能实现限流控制。另外I 0脚也可提供各种程序控 制的需要。(2 )改进了振荡电路。主要是将时基电容 c的放电电路与充电电源分开， 单独设立引脚7，C放电通过外接电阻R 。来实现，改变R 。即可改变C 的放电时间常数，从而也改变了死区时间，而C的充电是由R规定的内部电流源决定的。振荡器的振荡频率为：CT(0.67RT+t3RD)(3 )输出电路的改进。SG3525俞出级采用了图腾柱输出电

8、路，它能使输出管更快地关断，V1由达林顿管组成，最大驱动能力为100mA，V 2作为开关器件，在其导通时可以迅速把外接 MO S管栅极上的电荷从它的集电极泄放 至地，最大吸收电流为50mA由图2结构框图可见，SG3525主要有基准稳压源、振荡器、误差放大器、 PWM匕较器和锁存器、分相器、或非门电路和图腾输出电路等几大部分组成：振荡器通过外接时基电容和电阻产生锯齿波振荡同时产生时钟脉冲信号，该信号的脉冲宽度与锯齿波的下降沿相对应。时钟脉冲作为由T触发器组成的分相器的触发信号，用来产生误差为1 8 0 o的一对方波信号u和U误差放大 器是一个双级差分放大器，经差分放大的信号uo与振荡器输出的锯齿

9、波电压u加至P WMt匕较器的负、 正输入端，比较器输出的调制信号经锁存后作为或 非门电路的输入信号u .或非门电路在正常情况下具有三路输入： 即分相器的 输出信号u m和u P WM调制信号u和时钟信号U。或非门电路的输出U川和U即为图腾柱电路的驱动信号。相关各点的波形如图3所示图3SG3525相关波形图5、应完成的任务在进行实际的设计之前，我们应该了解单相半桥逆变的应用范围， 熟练地掌 握电压型半桥逆变电路的工作原理，弄清楚电路中所应用的每一个器件在电路中 的作用，熟练地掌握 MOSFE的结构、工作原理、驱动电路的选择要求。在应用 Matlab仿真的时候应该对Matlab中的模块有一定的了

10、解，并能熟练地找到每 个模块所在的位置。6课程设计基本要求1）三人一个题目，按学号组合；2）明确设计任务、对所要求的内容进行具体分析，充分了解系统的性能，指标 内容及要求，制定设计方案3）进行具体设计，根据课程设计题目，收集相关资料、设计主电路、控制电路； 参数计算，器件选择；并完成系统调试；4）撰写课程设计报告一一画出主电路、控制电路原理图，说明主电路的工作原 理、，选择元器件参数，说明控制电路的工作原理、绘出主电路典型波形（比较 实际波形与理论波形），绘出触发信号（驱动信号）波形，说明调试过程中遇到 的问题和解决问题的方法，附参考资料；5）通过答辩。7、完整的主电路和控制电路原理图整流电路

11、：/wv输出波形:6 e逆变电路-+Ovi弋 ZKvd1朮2gV2O输出波形:-L33.B M)VDVDbl1MOSFETW动电路:半桥逆变电路是电子镇流器和电子节能灯中最常用也是最基本的电路，正确地理解它的工作原理，将有助于我们合理地选择元器件如磁环变压器、 扼流电感、 启动电容等元件的参数，正确地安排三极管的驱动电路，以降低它的功耗与热量， 提高整灯的可靠性。半桥逆变电路的优点是简单，使用的器件少。其缺点是交流 电压的幅值仅为输入电压的一半，且直流侧需要两个电容串联，工作时还要控制 两个电容器电压的均衡，因此，半桥逆变电路常用于及KW以下的小功率逆变电路。五、总体电路的功能框图及其说明各部

12、分作用：电容滤波的整流电路作用是为逆变提供幅值一定的直流电压,MOSFET驱动电路的作用是保证两个管子有效地触发，使逆变电路正常的工作半桥逆变电路的作用是根据管子的导通与关断的情况进行逆变工作六、总体电路原理图及其说明。前一半电路为整流电路，其主要目的是整流出我们需要的输入电压， 即幅值 恒为200V的直流电压。整流电路选择电容滤波的单相不可控整流电路，采用阻 感性负载，由于电容两端的电压不能突变，故能够保证输出电压为大小恒定的直 流电压，即逆变电路的输入电压为大小不变的直流电压。主电路，即逆变电路的工作原理可用下图说明。i曲屯I®性玫执电趙般书圈4,3 相半桥逆生电歸月遁刑圈改变开

13、关器件的控制信号频率即可改变输出交流电压的频率。值得注意的是：为 了保证逆变电路的正常工作，必须防止两个管子同时导通，否则将出现直通现象 我们要采取的措施是“先断后通”，即先给应该关断的器件一个关断信号，再给 应该导通的器件一个开通信号。我们课程设计的原理图与其的差别是我们用的是 全控型器件MOSFET其它的都是一样的，总体上说，基本原理是一样的七、实验仿真电路及其仿真结果。仿真时参数的设置：脉冲的周期设置为 0.2秒，电容的值C 10F，电阻的值为R 2 ，电感的值为L 1H 。八、收获、体会及改进这次电力电子课程设计使我认识到理论与实践之间的差距， 单纯的理论知识 在实践中会问遇到很多不能解释清楚的现象，尤其是电力电子器件的工作原理， 如果只是停留在理论的认识层面， 就很难解释一些与理论分析有些偏差的实际现 象。所以我们应该多加强实践， 使理论充分地应用于实践， 提高我们解决问题的 能力。在设计电路的过程中， 我们用的是 Matlab 仿真，在这个过程中，我对 Matlab 技术的应用有了更深的认识， 能够比之前更熟悉的应用其中的模块， 对于器件的 参数设置问题有了自己的认识。 在整个的设计过程中， 我也遇到了很多问题， 查 阅了很多资料， 向老师问了很多自己不能解决的问题。 这些都提高了我解决问题 的能力，知道了很多与电力电子课程有关的