【单相逆变全桥PWM触发控制电路设计（论文）6700字】

PAGE10单相逆变全桥PWM触发控制电路设计电源逆变技术是从直流设备到交流设备的主要电源技术。这种简单、小型和可靠的逆变器将成为电气逆变器市场中最具前景的电子产品。随着具备自动断开的晶体管出现之后，这种通过数字化控制逆变技术也得到了进一步的广泛应用。该种技术最大的优点是能够显著提升装置的可靠性，还可以大幅度简化逆变电路装置结构及提高抗噪音能力。因此，逆变电源发展的主要方向是数字化控制逆变技术及其深入应用。本文设计的一种基于PWM触发单相逆变控制电路，通过控制直流电压为100V、交流电压输出频率为30~6OHZ，并进其控制在30~50V变换。基于电力电子技术理论，通过构建逆变电路，而单相桥式逆变电路是较为常见的一种，可以通过对输出电压进行负载控制输出。其中在电路设计中以开关器件的形式来实现符合频率，主要是通过控制绝缘栅双极型晶体管来实现通断，从而实现交流电压频率在30~60H范围内实现变化，进而达成移相调节输出电压大小。关键词：单相逆变PWM逆变电路目录一引言 1二主电路设计 22.1主电路设计 22.2驱动电路设计 32.3控制电路设计 32.4总电路原理图 4三实验结果 6四结论 9参考文献 11一引言随着控制技术的革新和数字化进程的发展，越来越多的数字控制技术被推出，比如单相全桥逆变电路在不同的工况下发挥着重要的作用，且其应用范围也得到进一步的拓展。本研究选取的单相作为三相全桥逆变电路的基础，其越来受到诸多学者的关注和研究，主要是对单相逆变电路的动力学研究。这是因为在单相中存在着较多的电路开光，采用的PWM调制方法可以实现对电路控制系统产生较为丰富的非线性现象。PWM变换器是电电子设备，由强大的半导体开关组成。根据具体的生产实践需要，变压器的性能不仅可以代表交流/DC-交换机，但也有一个特点的DC/AC变压器，以确保双向能量流。它的主要思想是，为了将PWM工艺引入变频器控制，正弦变换器网络的横向电流，并在功率系数下工作，为了实现真正的绿色功率转换。由此可见，在电力电子领域中PWM技术具有重大的作用，尤其是在对电流为正弦、谐波低等进行优化设计，这是可以对整个变流器进行控制其谐波问题。从PWM变流器工作原理中可以看出，其存在着一个较为明显的电流控制特性，进而产生了同补偿量较为一致的数值，一旦出现了相位移动位的时候，则需要进行电流补偿，这也是为了能够进一步对谐波电流的消除。这也是PWM变流器的主要作用之一。本研究进行的单相逆变全桥PWM触发控制电路设计，主要涉及了单相电压型PWM整流电路、逆变电路工作原理，设计了单相全桥电压型PWM整流器、逆变器的控制系统。通过构建具有理论可行性分析设计基础上，来通过编程化的方式实现最终参数界面的设计，并将建立符合单相滤波器的数学仿真模型，进而通过试验的方式来对构想进行预测和验证，从而达成最终设计到应用的可行性。二主电路设计2.1主电路设计单相逆变全桥PWM触发控制电路设计涉及的主电路主要是主电路采用电压型逆变电路，原理框图如图2-1所示。图2-1主电路原理图从图2-1可以看出，电压型全桥逆变电路一共有4个桥臂，可以看成由两个半桥电路组和而成，把桥臂1和4设置为1对，2和3桥臂设置为1对，成对的两个桥臂进行互通，两对交替互通为180°，进而将输出的电压设置为半桥电波的波形形状。本研究选用的矩形波展开的傅里叶级数为：目前，对选择开关器件主要是按照以下步骤进行：首先是将滤波器进行通电，并根据补偿的谐波频率来有针对性去选择开关器件的频率。其次是将根据实际过程中的对谐波电流进行消除负载来确定最终的频率，这个时候需要基于采样定理，来实现对其电流频率增大2倍以上。但是在最终的实际应用过程中，这种对频率的调整将会存在着一定的混合和重叠的现象，从而导致最终的波形出现了较为显著的失真。滤波器存在着额定的电流和电压输出数值，且在这一数值基础上还会存在着最大值，这就需要在设计的时候考虑到一定的安全充裕数值。此外，在设计的时候还需要对其散热、开关频率进行优化设计。对于变流器存在较大容量的条件下，是可以将其与二级管进行集中封装在一起，从而实现对整个电路进行控制，这种控制方式也是一种通过开关的方式进行实现。据相关研究表明，这种通过对主电路进行参数计算法可以发现滤波器在整个电路参数设计中是相互影响和制约的。这其中就会存在直流电压与之前给定的电流边宽存在着一定的相关性，当直流电压逐渐增大的时候，则表明其电感也在逐渐增大，这种增大方式有可能对整个系统的补偿性造成一定的影响，这种导致整个系统性能逐渐降低。相反，通过对电感逐渐减少也可以让整个装置在补偿中无法得到满足。这种滤波器的应用范围较为广泛，且本设计将其负载的范围拉大到整个变化角度范围内，从而让电力电路在功率因数范围内实现变化，需要注意的是在机车工作中可能会发生超出这一范围的工况。由此可见，采用这种参数的计算方式，可以在不用角度范围之内实现负载功率的变化，进而在当负载需要进行补偿的时候可以不断满足额定容量的要求。虽然，在负载的时候电流会发生显著的变化，但本文所提出的这种设计方法也考虑到了最不利工况下，即电流在各个时刻中发生了负载，且出现了最大值。这也是在最不利条件下进行的一种参数补偿设计方法，则可以看出在其他工况下也是能够做到补偿的要求。2.2驱动电路设计驱动电力设计过程中会按照驱动方式来分为电压和电流驱动两种类型。驱动电路的设计主要是以主电路和控制电路之间的接口实现打通，这也是目前电子装置的关键流程，这对其在运行过程中所表现的性能有较大的影响。当驱动电路的性能较为良好的时候不仅可以显著缩短整个装置进行关开的时间，也对其运行的可靠性、稳定性、节能性及安全性有重大的正向影响。通常情况下，驱动电路实则上是通过对传递来的电子信息按照预设的控制目标参数要求在电子元器件之间实现与公共端口转化，这种可以通过对开关断开和接通的形式来达成控制，这种电子器件主要是选择驱动电路的形式来达成。这个时候需要对驱动电路的开关进行控制，因为这种电压型的驱动期间主要是以电压进行驱动。本设计选择的是MM57918L芯片，这是三菱公司常见的一种混合驱动电力集成芯片，其可以和其他类型的进行通配接线，在使用的过程中会存在着所需要的容量、开关频率及电流输入等参数的差异性。2.3控制电路设计控制电路主要工作原理是以控制电路运行来达成控制目的，绝缘栅双极型晶体管的关断速度决定了输出电压的频率。这种通过对电路进行有效控制的主要是以一种脉冲频率的信号来进行控制，且这种可以在绝缘栅双极型晶体管上以关断的方式来实现对电流和电压进行方向、频率的变化，进而获得预期设计的电路设计。电压保护中存在的换相，这是由于在其结束之后可以通过将其与控制器的连续二极管进行阻断，这种反向存在的电流在通过的时候会形成一种载流电子；在整个控制电路迅速恢复了阻断能力的条件下，这种反向的电流则会不断降低。究其原因可能是因为当电流变小的时候，这种通过电感的方式可以使得两端的全控器件产生了过高的电压。在过电压保护中主要是通过对元器件进行关断来实现的，因为当控制器处于高频率工作下，其主要是以产生正向电流的方式来不断降低正向电流的方式来使得元器件在电路两端感应出存在的过电压。过电流现象在电力电子中主要是其运行发生故障时候出现的，这个时候需要对其进行保护。但是在保护过程中需要区分是短路还是分载工况，从而不断提高过电流在采取合理的电压保护措施，从而提高其保护的稳定性和有效性。此外，在过电流保护中还需要注意各种措施之间的协调性。一般情况下，需要对电子电路进行保护，在第一保护中常见的是以短路保护方式，主要是通过熔断器进行快速分区断进行保护，当直流电在经过快速熔断器的时候是需要电力进行自我保护，以防止因过电流荷载过大而进行的保护。目前，在对过电流进行保护中主要是为快速熔断器来进行保护，其是最有效且是最广泛的一种措施之一。基于前文分析可以知道，当正电压和负电压均处于180的脉冲工况下的时候，需要通过改变交流电压输出的有效值来实现直流电压的数值的变化，尤其是在存在阻感负载的情况下，这种可以不断通过移动相的方式来调节逆变电路的输出电压。这种调节电压的方式其实就是通过对电压脉冲的宽度进行输出调节。因为当删极信号vl、v2同v3、v4不是出于同一相位的时候，这就是需要对其进行前移。因为这个时候输出的电压假设为U，则脉冲为一半的时候就不再是正负各占比一半，则是e的脉冲，此时的删极信号和输出电压为U0，进而输出对应的电流i0波形图。工作原理：设在t时刻前vl和v4导通，输出电压U0为Ud，tl时刻v3和v4栅极信号反向，v4停止，而因负载电感中的电流i0不能突变，v3不能立刻导通，vD3导通续流。囚为vl和vD3同时导通，所以输出电压为零。到tZ时刻Vl和VZ栅极信号反向，Vl截止，而VZ不能立刻导通，VDZ导通续流，和VD3构成电流通道，输出电压为ud。到负载电流过零并开始反向时，vD2和vD3截止，V2和V3导通，U0=Ud。t3时刻v3和v4栅极信号再次反向，V3截止，而v4不能立刻导通，vD4导通续流，U0=0。以后重复该过程。这样，输出电压的正负脉冲宽度就各为e。改变e，就可以调节输出电压。2.4总电路原理图整流电路是指将交流能转换成直流能的电路。大多数整流电路由变压器组成，广泛应用于直流电动机速度调节、发电机励磁调节、电解等领域。交换电路通常由主电路组成，滤清器和变压器。自20世纪70年代以来，主电路主要由硅整流器和可控硅整流器组成。滤清器与主电路和滤清器负荷相结合。脉动恒压分量的变化交流输入电压和直流电压，整流电路的设计是为了将低压交流转换为从交流电路，到单向脉动直流电路，即交流整流过程，整流后的电压不是交流电压，直流和交流电压混合。通常称为恒压单向脉动。SPWM逆变器工作原理：由于逆变器的预期输出是正弦电压形式，正弦半波可以分成等分部分。然后，一个区域周围的正弦曲线和水平线，将由一个面积相同的矩形脉冲代替。矩形脉冲的中心值等于正弦波的每分点的中点。因此，形状，由X宽度不同的矩形脉冲组成，等于正弦半周期。正弦波的负半周可以等同于同一方法。这一系列的脉冲是SP信号的形式，由于每脉冲幅度等于反相器可以用直流电源供电。反相器输出脉冲幅度-整流器输出电压。当所有反相器开关均处于理想状态时，相应开关的驱动信号也应是一系列相似的脉冲形式，从理论上讲，可以精确计算出这一系列脉冲的宽度，为在逆变器中控制开关装置提供基础。然而，在通信中使用“调制”的概念更为实际。利用所要求的形状（因为等腰三角形波是线性对称变化的形式上下宽。当它与任何光滑曲线相交，它控制装置在交叉时的开关，并接收一组矩形脉冲，具有这种振幅和脉冲宽度，与SPWM所需的曲线函数值成正比的逆变器控制方法有两个主要类型：计算和调制方法。本设计采用的是调制法，因为在采用等腰三角的时候需要对其上下宽度设置成与高度相互对应的线性关系，且这种偏向于平滑的正弦调制信号波相交时，可以得到交点处的波幅度的脉冲。主电路原理图控制电路原理图模拟驱动电路原理图三实验结果基于总电路原理图分析可知，本研究单相逆变全桥PWM触发控制电路设计为驱动电路，由于芯片不足，对PWM触发控制电路进行简化，模拟方波驱动三极管，结果如图3-1所示。图3-1方波驱动三极管由图3-1可以看出，黄色波形的方波驱动信号，蓝色波形为驱动信号经过光电耦合器以后的波形，输出响应信号为下降沿触发响应信号，说明可对三极管进行驱动。图3-2电阻负载时正弦波波形由图3-2可以看出，在电阻负载工况下，输出为正弦波波形幅值为0.12mV，频率为1/0.5~1/0.2之间可调，这表明了在电阻负载时正弦波波形存在着变频的可能性。图3-3感性负载时正弦波波形由图3-2可以看出，在感性负载时电阻负载工况下，波形幅值为0.12mV，频率为1/0.5~1/0.2之间可调对比阻性负载和感性负载可知，感性负载波形存在一定畸形，阻性负载下，更接近于正弦波。由此可见，感性负载时正弦波波形最后将趋向于稳定。本研究主要是通过采用采用双极性调制方式来控制其波形的变化，主要是以单极性控制方式调制波形会随着参考波形幅值变化，双极性则不会，从上述结果呈现来看，为双极性控制方式。在本实验中，以异步调制的方式，具体参考波形正弦波可调，载波三角波固定，因此，进行频谱搬移以后，的调制波形频率为正弦波频率，也即正弦波决定合成波频率，因此是异步调制，也即载波信号与调制信号没有维持同步调制。为了让最后的波形更接近正弦波，频率的输入和输出受到电阻负载的影响，通常情况下当输入的是正弦波频率，这个时候只需要对输出的频率进行改变，而不需要对其电压进行调整。此外，还可以通过对载波比进行增大处理的方式来提升输出波形趋向于正弦波。相反，当载波比变低的时候，其呈现出的波形则偏离正弦波。图3-4频率调节原理图图3-4为频率调节原理图，从图3-4可以看出，在该处进行占空比和频率调节RV4调节频率，RV5调节占空比较高。

四结论本文主要是以单相逆变全桥PWM触发控制电路设计为主旨，根据设计的内容是已知直流输入电压100V，负载自拟，要求交流输出在固定的电压频率范围可调，其它性能指标自定。本文首先对全桥电压型逆变电路进行重点介绍，主要是利用移动相来对电压的有效值进行控制和输出。一般来说，这种输入的电压为直流型，但是考虑到实际生活中的常规交流电是220HZ,因此还需要增设一个整流稳压的电路。想要在可控的电压范围内对其进行优化调整，需要通过移动相进行调节压力，这就需要利用到PWM技术来实现最终的控制，其主要是按照对开关的速度进行控制，从而得到符合输出频率要求的电压信号。与此同时，也是需要在不断的测试和实践过程中充分发挥其对输出电压信号的控制，从而实现对PWM控制电路设计的兼容性能，这在后续的产品使用过程中也将会进一步作优化和提升。此外，本系统在设计完成之后经过的测试属于单点测试，并未对整个设计进行多点测试，这也是未来需要进一步深入研究之处。众所周知，电子技术既是基础的，也是实践的课程。此外，在综合应用知识的框架内，通过必要的分析和比较，进一步验证理论知识。同时，本次课程设计也为我们以后的学习打下了良好的基础，还让我们知道了最重要的是心态，在拿到单相逆变全桥PWM触发控制电路设计时会觉得困难，但是只要有信心，就能完成的。经过这次的电子技术课程设计，一方面对已经学习的专业知识做进一步巩固，另一方面对自己的自学能力有了较大的提升。因为在之前上课学习的时候大多数是处于一种被动接受专业理论知识的状态，而此次是以设计的方式来对单相桥式逆变电路进行设计，这也让我更加深了对其原理的认知，进而做到真正对其电路进行控制。在本次设计过程中也遇到了各种各样的问题，尤其是在对设计的电路图的时候存在着很多不懂之处，但好在经过参阅相关研究文献，并与组内成员进行交流和学习，从而发现了解决问题的方法，进而为本次的单相逆变全桥PWM触发控制电路设计奠定了坚实的基础，进而使得自己的动手设计能力有了显著的提升，从而重拾了学习的信心。参考文献[1]王武江,陈树凯.常用集成电路速查手册.北京：冶金工业出版社，2004[1]王强,李兵,王天施,刘晓琴.新型单相全桥谐振直流环节逆变器[J].电子学报,2020,48(12):2493-2496.[2]王强,王有政,王天施,刘晓琴.中小功率单相全桥节能型谐振极逆变器[J].电子学报,2020,48(11):2263-2266.[3]尹成斌,冯雪姣.单相全桥逆变器建模及复合控制研究[J].机电工程技术,2020,49(09):78-80.[4]王强,李兵,王天施,刘晓琴.具有升压谐振直流环节的单相全桥软开关逆变器[J].电机与控制学报,2020,24(08):101-108.[5]王强,李兵,王天施,刘晓琴.高效率单相全桥软开关逆变器[J].电机与控制学报,2020,24(06):90-97.[6]王有政.高效率单相全桥谐振极软开关逆变器的研究[D].辽宁石油化工大学,2020.[7]王强,王有政,王天施,刘晓琴.辅助电路与负载并联的新型单相全桥软开关逆变器[J].电子学报,2020,48(05):1036-1040.[8]汪玲,王成悦.单相全桥逆变器基于电容电流反馈的有源阻尼控制策略研究[J].通信电源技术,2020,37(07):10-14+19.[9]王强,王有政,王