IGBT单相电压型半桥无源逆变电路设计

本次课程设计的题目是IGBT单相半桥无源逆变电路设计，同时设计相应逆变；当交流侧直接和负载相接时，称为无源逆变，逆路在现实生活中有很广泛的应用。本次设计中主要由交流电源，整流，滤波和半桥逆变电路四部分构成电路动电源构成指挥主电路中逆变桥正确工作的控制电路。设计中使用到的绝缘栅双极晶体管（Insulated-gateBipolarTransistor）,关键词：IGBT;半桥；无源逆变ThecoursedesignisthesubjectofIGBTsingle-phasehalf-bridgepassiveinvertercircuitdesign,whilethedesignoftriggercircuitcorresponding.Accordingtotherelatedknowledgeofpowerelectronicstechnology,single-phasebridgeinvertercircuitisacircuitcommon,comparedwiththerectifiercircuit,theDCtoACinvertercircuitbecome.WhentheACsideisconnectedtothepowergrid,calledactiveinverter;whentheACsidedirectlyandload connected,calledpassiveinverter,theinvertercircuitiswidelyappliedinreallife.ThisdesignismainlycomposedofACpower,rectifier,filterandhalf-bridgeinvertercircuitfourpartsofthemaincircuitcircuit,drivingcircuitandpowersupplycontrolcircuitinthemaincircuitofinverterbridgecommandworkproperly.Insulatedgatebipolartransistortouseindesign(Insulated-gateBipolarTransistor),theEnglishabbreviationforIGBT.Itisatypicalcontroldevice.ItcombinestheadvantagesofGTRandMOSFET,whichhasagoodcharacteristic.Hasnowbecometheleadingdevice,highpowerelectronicequipment.ThispaperanalyzedandsimulatedwaveformsofIGBTsingle-phasehalf-bridgeinvertercircuitusingpassive.Keywords:IGBT;single-phasehalf-bridge;passiveinverter第一章系统方案设计及原理

系统方案电路。其中，交流电源、整流、滤波三个部分的功能分别由交流变压器、全桥整流模块和两个串联的电解电容实现;半桥逆变电路由半桥逆变和缓冲电路构成;而驱动电源和驱动电路则需要根据实际电路的要求进建。电源

图1电路原理图1.2系统工作原理1.2.1逆变电路的基本工作原理时，U0为负。这样，就把直流电变成了交流电，改变两组开关的切换频率，即输出交流电的频率。图2逆变电路原理图1.2.2单相半桥阻感负载逆变电路图3电压型半桥逆变电路及其电压电流波形补。若负载为阻感负载，t2时刻以前，T1有驱动信号导通，T2截止，U0=Ud/2t2时刻关断的T1，同时给T2发出导通信号。由于感性负载中的电流i。不能立即改变方向，于是D2导通续流，U0=-Ud/2。T3时刻i。降至零，D2截止，T2导通，i。开始反向增大，此时仍然有U0=-Ud/2在t4时刻关断T2，同时给T1发出导通信号，由于感性负载中的电流i。不能立即改变方向，D1先导通续流，此时仍然有U0=Ud/2；t5时刻i。降至零，T1导通，U0=Ud/2。1.2.3单相半桥纯电阻负载逆变电路图4单相半桥纯电阻负载逆变电路及IGBT脉冲波形1.3IGBT的结构特点和工作原理1.3.1IGBT的结构特点体管。 附于其上的电极称为源极。P+区称为漏区。器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极。沟道在紧靠栅区边界形成。在漏、源之间的P型区（包括P+与漏区和亚沟道区一起形成PNP双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空电调制，以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极。IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP晶体管提供基极电流，使IGBT导通。反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使IGBT所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET的沟道形成后，从P+基极注入到N一层的空穴，对N一层进行电导调制，减小N一层的电阻，使IGBT在高电压时，也具有低的通态电压。IGBT的开通和关断是由门极电压控制的，当门极加正向电压时，门极下方的P区中形成电子载流子到点沟道，电子载流子由发射极的图6常用IGBT的电气符号 如果IGBT栅极与发射极之间的电压,即驱动电压过低,则IGBT不能稳定正常地工作,如果过高超过栅极－发射极之间的耐压则IGBT可能永久性损坏;同样,如果加在IGBT集电极与发射极允许的电压超过集电极－发射极之间的耐压,流过IGBT集电极－发射极的电流超过集电极－发射极允许的最大电流,IGBT的结温超过其结温的允许值,IGBT都可能会永久性损坏。1.3.2 IGBT对驱动电路的要求IGBT的驱动条件与它的静态和动态特性密切相关。栅极的正偏压+VGE、负偏压-VGE和栅极电阻RG的大小，对IGBT的通态电压、开关时间、开关损耗、性的关系如表1所示：表1门极驱动条件与器件特性的关系特性 Vce(on)Ton、Eontoff、Eoff 负载短路能力电流dVce/dt+VCE-VCERC------------------------动电路提出了以下要求。VDS傩就越低，器件的导通损耗就越小，这有利于充分发挥管子的工作能力。但是，VGE并非越高越好，一般不允许超过20V，原因是一旦发生过流或短路，栅压越高，则电流幅值越高，IGBT损坏的可能性就越大。通常，综合考虑取+15V因此，最好给处于截止状态的IGBT加一反向栅压f幅值一般为5～15V），使IGBT在栅极出现开关噪声时仍能可靠截止。3）具有栅极电压限幅电路，保护极。合隔离。5）IGBT的栅极驱动电路应尽可能的简单、实用。应具有IGBT的完整保护，很强的抗干扰能力，且输出阻抗应尽可能的低。1~1.2第二章硬件电路设计与参数计算2.1系统硬件连接2.1.1单相半桥无源逆变主电路如图8下所示：图8单相半桥无源逆变主电路2.2整流电路设计方案2.2.1整流变压器的参数运算U2是一个重要的参数，选择过低就会无法保证输出额定电压。选择过大设计要求，采用公式：U

由表查得A=2.34；取ε=0.9；α角考虑10°裕量，则B=cosα=0.985U

1~1.2

1000.90.90.985

125 ~150V取U2=140V电压比K=U1/U2=220/140=1.57

P

U2R

502

16.7UIS2)（880840）VA860VA

R

5016.7

3AI2Id2I0236A

.

3.82A考虑空载电流取I11.053.82A4A3器容量的计算

1I1220V4A880VA；S2U2I2140V6A840VA；S1

2.2.2整流变压器元件选择1）整流元件选择二极管承受最大反向电压U

DM

2U

2

2140V197V，考虑三倍裕量，则UTN3197V594V，取600V。该电路整流输出接有大电容，而且负载为纯负载，所以简化计算得

D

12

.24

(1.5~2).

2..

15A2）滤波电容的选择C0=2200FU即选用2200F、250V电容器。3）IGBT的选择

d50V

2.2.3整流电路保护元件的选用1压器二次侧熔断器选择由于变压器最大二次电流I26A，故选用10A熔芯即可满足要求。应选用15A250V熔断器。2.3驱动电路设计方案 IGBT驱动器的基本驱动性能(1)动态驱动能力强，能为IGBT栅极提供具有陡峭前后沿的驱动脉冲。当IGBT在硬开关方式下工作时，会在开通及关断过程中产生较人的损耗。这个过化速度密切相关。IGBT的栅源特性显非线性电容性质，因此驱动器须具有足够峰，这既对主回路安全不利，也容易在控制电路中造成干扰。(2)能向IGBT提供适当的正向栅乐。IGBT导通肝的管压降与所加栅源电压流或短路，栅压越高，则电流幅值越高，IGBT损坏的可能性就越大。因此，在的正常传输。信号超出此范围就可能破坏栅极。(6)输出信号传输无延时。这小仪能够减少系统响应滞后，而且能提高快速性。(7)人电感负载下，IGBT的开关时间不能过分短，以限制di／dt所形成的2.3.2驱动电路电路与门极驱动电路相隔离。当光电耦合器导通时，V截止，V1导通，IGBT导2.4

触发电路设计方案通断，通过对占空比α的调节，达到控制输出电压大小的目的。此外，控制具有一定的保护功能。路非常容易设计，只需外部接一个软起动电容即可。图10触发电路图第三章3.1SIMULINK仿真软件介绍Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用 Simulink。3.2建立仿真模型真模型的步骤：②构造控制部分进行参数设置，把电源设置为直流100V,脉冲信号周期设置为③运行程序，打开示波器观察完成波形观测及分析部分。图11单相半桥无源逆变电路仿真模型图12电源参数设置图13驱动脉冲信号参数设置3.3

仿真结果分析可得仿真结果。方向为-50V图14单相半桥无源逆变电路仿真波形第四章，只有通过亲自动手制作，找出问题所在才能更好的掌握的理论知识。本次设计的工作过程，主要做了下面几点较突出的工作：块的相关电路结构。电压：Ud=100V，输出功率：300W，输出电压波形：1KHz方波。三，文章给出了系统具体的硬件设计方案,硬件结构电路图，各模块的详