单相半桥无源逆变电路的设计文档.doc
《单相半桥无源逆变电路的设计文档.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《单相半桥无源逆变电路的设计文档.doc(23页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、 1概述1.1课题背景和意义功率MOSFET(金属氧化物-半导体场效应晶体管)是最重要的一种功率场效应晶体管,除此之外还有MISFET、MESFET、JFET等几种。功率MOSFET为功率集成器件,内含数百乃至上万个相互并联的MOSFET单元。为提高其集成度和耐压性,大都采用垂直结构(即VMOS),如VVMOS(V型槽结构)、VUMOS、SIPMOS等。 图1如图1显示了一种SIPMOS(n沟道增强型功率MOSFET)的部分剖面结构。其栅极用导电的多晶硅制成,栅极与半导体之间有一层二氧化硅薄膜,栅极与源极位于硅片的同一面,漏极则在背面。从总体上看,漏极电流垂直地流过硅片,漏极和源极间电压也加在
2、硅片的两个面之间。 该器件属于耗尽型n沟道的功率MOSFET,其源极和漏极之间有一n型导电沟道,改变栅极对源极的电压,可以控制通过沟道的电流大小。耗尽型器件在其栅极电压为零时也存在沟道,而增强型器件一定要施加栅极电压才有沟道出现。与n沟道器件对应,还有p沟道的功率MOSFET。 图2图2为图1所示SIPMOS的输出特性。它表明了栅极的控制作用及不同栅极电压下,漏极电流与漏极电压之间的关系。图2中,在非饱和区(),源极和漏极间相当于一个小电阻;在亚阈值区()则表现为开路;在饱和区(),器件具有放大作用。功率MOSFET属于电压型控制器件。它依靠多数载流子工作,因而具有许多优点:能与集成电路直接相
3、连;开关频率可在数兆赫以上(可达100MHz),比双极型功率晶体管(GTR)至少高10倍;导通电阻具有正温度系数,器件不易发生二次击穿,易于并联工作。与GTR相比,功率MOSFET的导通电阻较大,电流密度不易提高,在100kHz以下频率工作时,其功率损耗高于GTR。此外,由于导电沟道很窄(微米级),单元尺寸精细,其制作也较GTR困难。在80年代中期,功率MOSFET的容量还不大(有100A/60V,75A/100V,5A/1000V等几种)。功率MOSFET是70年代末开始应用的新型电力电子器件,适合于数千瓦以下的电力电子装置,能显著缩小装置的体积并提高其性能,预期将逐步取代同容量的 GTR。
4、功率MOSFET的发展趋势是提高容量,普及应用,与其他器件结合构成复合管,将多个元件制成组件和模块,进而与控制线路集成在一个模块中(这将会更新电力电子线路的概念)。此外,随着频率的进一步提高,将出现能工作在微波领域的大容量功率MOSFET。 同时运用MOSFET晶体管来进行电路的整流和逆变有很大的优点功率场效应晶体管(VF)又称VMOS场效应管。在实际应用中,它有着比晶体管和MOS场效应管更好的特性。即是在大功率范围应用的场效应晶体管,它也称作功率MOSFET,其优点表现在以下几个方面:1. 具有较高的开关速度。2. 具有较宽的安全工作区而不会产生热点,并且具有正的电阻温度系数,因此适合进行并
5、联使用。3. 具有较高的可靠性。4. 具有较强的过载能力。短时过载能力通常额定值的4倍。5. 具有较高的开启电压,即是阈值电压,可达26V(一般在1.5V5V之间)。当环境噪声较高时,可以选 用阈值电压较高的管子,以提高抗干扰能力;反之,当噪声较低时,选用阈值电压较低的管子,以降低所需的输入驱动信号电压。给电路设计带来了极大地方便。6. 由于它是电压控制器件,具有很高的输入阻抗,因此其驱动功率很小,对驱动电路要求较低。由于这些明显的优点,功率场效应晶体管在电机调速,开关电源等各种领域应用的非常广泛。2主电路的设计2.1整流部分主电路设计单项桥式全控整流电路带电阻性负载电路如图1.1图2.1在单
6、项桥式全控整流电路中,晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂,VT2和VT3 组成另一对桥臂。在u2正半周(即a点电位高于b点电位),若4个晶闸管均不导通,负载电流id为零,ud也为零,VT1、VT4串联承受电压u2,设VT1和VT4的漏电阻相等,则各承受u2的一半。若在触发角处给VT1和VT4加触发脉冲,VT1、VT4即导通,电流从a端经VT1、R、VT4流回电源b端。当u2为零时,流经晶闸管的电流也降到零,VT1和VT4关断。在u2负半周,仍在触发延迟角处触发VT2和VT3(VT2和VT3的=0处为t=),VT2和VT3导通,电流从电源的b端流出,经VT3、R、VT2流回电源a端。到u2过零时,
7、电流又降为零,VT2和VT3关断。此后又是VT1和VT4导通,如此循环的工作下去,整流电压ud和晶闸管VT1、VT4两端的电压波形如下图(2)所示。晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为U2和U2。 工作原理 第1阶段(0t1):这阶段u2在正半周期,a点电位高于b点电位晶闸管VT1和VT2方向串联后于u2连接,VT1承受正向电压为u2/2,VT2承受u2/2的反向电压;同样VT3和VT4反向串联后与u2连接,VT3承受u2/2的正向电压,VT4承受u2/2的反向电压。虽然VT1和VT3受正向电压,但是尚未触发导通,负载没有电流通过,所以Ud=0,id=0。 第2阶段(t1 ):在t1 时同
8、时触发VT1和VT3,由于VT1和VT3受正向电压而导通,有电流经a点VT1RVT3变压器b点形成回路。在这段区间里,ud=u2,id=iVT1=iVT3=ud/R。由于VT1和VT3导通,忽略管压降,uVT1=uVT2=0,而承受的电压为uVT2=uVT4=u2。 第3阶段(t2 ):从t=开始u2进入了负半周期,b点电位高于a点电位,VT1和VT3由于受反向电压而关断,这时VT1VT4都不导通,各晶闸管承受u2/2的电压,但VT1和VT3承受的事反向电压,VT2和VT4承受的是正向电压,负载没有电流通过,ud=0,id=i2=0。 第4阶段(t2 ):在t2 时,u2电压为负,VT2和VT
9、4受正向电压,触发VT2和VT4导通,有电流经过b点VT2RVT4a点,在这段区间里,ud=u2,id=iVT2=iVT4=i2=ud/R。由于VT2和VT4导通,VT2和VT4承受u2的负半周期电压,至此一个周期工作完毕,下一个周期,充复上述过程,单项桥式整流电路两次脉冲间隔为180。2.2逆变部分主电路设计如图所示,它有两个桥臂,每个桥臂由一个全控器件和一个二极管反并联而成。在直流侧有两个相互串联的大电容,两个电容的中点为直流电源中点。负载接在直流电源中点和两个桥臂连接点之间。开关器件设为V1和V2,当负载为感性时,输出为矩形波,Um=Ud/2.刚开始V1为通态,V2为断态,给V1关断信号
10、,V2开通信号后,V1关断,但由于感性负载,电流方向不能立即改变,就沿着VD2续流,直到电流为零时VD2截止,V2开通,电流开始反向。依此原理,V1和V2交替导通,VD1和VD2交替续流。此电路优点在于结构简单,使用器件少,缺点是输出交流电压幅值仅为Ud/2。图2.22.3控制电路的设计控制电路需要实现的功能是产生控制信号,用于逆变电路中功率器件的通断,通过对逆变角的调节而达到对逆变后的交流电压的调节。我们采用PWM控制方法,进行连续控制,我们采用了SG3525芯片,它是一款专用的PWM控制集成芯片,它采用恒频调宽控制方案,内部包括精密基准源,锯齿波振荡器,误差放大器,比较器,分频器和保护电路
11、等。SG3525是电流控制型PWM控制器,所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较,从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环和电流环双环系统,因此,无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高,是目前比较理想的新型控制器。 SG3525的结构和工作原理: 图2.3图2.41.Inv.input(引脚1):误差放大器反向输入端。在闭环系统中,该引脚接反馈信号。在开环系统中,该端与补偿信号输入端(引脚9)相连,可构成跟随器。2.Noninv.input(引脚2
12、):误差放大器同向输入端。在闭环系统和开环系统中,该端接给定信号。根据需要,在该端与补偿信号输入端(引脚9)之间接入不同类型的反馈网络,可以构成比例、比例积分和积分等类型的调节器.3.Sync(引脚3):振荡器外接同步信号输入端。该端接外部同步脉冲信号可实现与外电路同步。4.OSC.Output(引脚4):振荡器输出端。5.CT(引脚5):振荡器定时电容接入端。6.RT(引脚6):振荡器定时电阻接入端。7.Discharge(引脚7):振荡器放电端。该端与引脚5之间外接一只放电电阻,构成放电回路。8.Soft-Start(引脚8):软启动电容接入端。该端通常接一只5 的软启动电容。9.Comp
13、ensation(引脚9):PWM比较器补偿信号输入端。在该端与引脚2之间接入不同类型的反馈网络,可以构成比例、比例积分和积分等类型调节器。10.Shutdown(引脚10):外部关断信号输入端。该端接高电平时控制器输出被禁止。该端可与保护电路相连,以实现故障保护。11.Output A(引脚11):输出端A。引脚11和引脚14是两路互补输出端。12.Ground(引脚12):信号地。13.Vc(引脚13):输出级偏置电压接入端。14.Output B(引脚14):输出端B。引脚14和引脚11是两路互补输出端。15.Vcc(引脚15):偏置电源接入端。16.Vref(引脚16):基准电源输出端
14、。该端可输出一温度稳定性极好的基准其中,脚16 为SG3525 的基准电压源输出,精度可以达到(5.11)V,采用了温度补偿,而且设有过流保护电路。脚5,脚6,脚7 内有一个双门限比较器,内电容充放电电路,加上外接的电阻电容电路共同构成SG3525 的振荡器。振荡器还设有外同步输入端(脚3)。脚1 及脚2 分别为芯片内误差放大器的反相输入端、同相输入端。该放大器是一个两级差分放大器,直流开环增益为70dB 左右。SG3525的特点如下:(1)工作电压范围宽:835V。(2)5.1(1 1.0%)V微调基准电源。(3)振荡器工作频率范围宽:100Hz400KHz.(4)具有振荡器外部同步功能。(
15、5)死区时间可调。(6)内置软启动电路。(7)具有输入欠电压锁定功能。(8)具有PWM琐存功能,禁止多脉冲。(9)逐个脉冲关断。(10)双路输出(灌电流/拉电流): mA(峰值)。 a 基准电压源: 基准电压源是一个三端稳压电路,其输入电压VCC 可在(835)V 内变化,通常采用+15V,其输出电压VST5.1V,精度1%,采用温度补偿,作为芯片内部电路的电源,也可为芯片外围电路提供标准电源,向外输出电流可达400mA,没有过流保护电路。b 振荡电路: 由一个双门限电压均从基准电源取得,其高门限电压VH=3.9 V,低门限电压VL=0.9,内部横流源向CT 充电,其端压VC 线性上升,构成锯
16、齿波的上升沿,当VC=VH时比较器动作,充电过程结束,上升时间t1 为:t1= 0.67RTCT 2.1 比较器动作时使放电电路接通,CT 放电,VC 下降并形成锯齿波的下降沿,当VC=VL时比较器动作,放电过程结束,完成一个工作循环,下降时间间t2 为:t2=1.3RDCT 2.2注意:此时间即为死区时间 锯齿波的基本周期T 为:T=t1+t2=(0.67RT+1.3RD)CT 振荡频率:f=1/T 2.3CT和RT是连接脚5和脚6的振荡器的电阻和电容,RD是于脚7相连的放电电阻的阻值。控制电路图:图2.5(1) 驱动电路的设计: 图2.6如图2.6,我们采用了电气隔离的光耦合方式。光耦合器
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 完整 word 单相 无源 电路 设计 文档
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【精***】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【精***】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。