三相橋式PWM逆變電路

1、湘潭大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書題目：三相橋式PWM逆變電路設(shè)計(jì)學(xué)院信息工程學(xué)院專業(yè)學(xué)生自動化同組成員指導(dǎo)教師課程編號課程學(xué)分起始日期TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6一、課題背景1 HYPERLINK l bookmark8二、三相橋式SPWM逆變器的設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求2 HYPERLINK l bookmark16三、SPWM逆變器的工作原理3 HYPERLINK l bookmark20工作原理4 HYPERLINK l bookmark30控制方式5 HYPERLINK l bookmark76正弦脈寬調(diào)制的算法8 HYPERLINK l bookmark103四

2、、MATLAB仿真分析17 HYPERLINK l bookmark86五、電路設(shè)計(jì)11 HYPERLINK l bookmark88主電路設(shè)計(jì)11 HYPERLINK l bookmark117控制電路設(shè)計(jì)12 HYPERLINK l bookmark119保護(hù)電路設(shè)計(jì)14驅(qū)動電路設(shè)計(jì)15六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)21附錄22參考文獻(xiàn)23 三相橋式SPWM逆變電路設(shè)計(jì)一、課題背景隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，正弦波輸出變壓變頻電源已被廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域中，與此同時(shí)對變壓變頻電源的輸出電壓波形質(zhì)量也提出了越來越高的要求。對逆變器輸出波形質(zhì)量的要求主要包括兩個方面：一是穩(wěn)態(tài)精度高；二是動態(tài)性能好。因此，研究開發(fā)

3、既簡單又具有優(yōu)良動、靜態(tài)性能的逆變器控制策略，已成為電力電子領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。在現(xiàn)有的正弦波輸出變壓變頻電源產(chǎn)品中，為了得到SPWM波，一般都采用雙極性調(diào)制技術(shù)。該調(diào)制方法的最大缺點(diǎn)是它的6個功率管都工作在較高頻率（載波頻率），從而產(chǎn)生了較大的開關(guān)損耗，開關(guān)頻率越高，損耗越大。本實(shí)驗(yàn)針對正弦波輸出變壓變頻電源SPWM調(diào)制方式及數(shù)字化控制策略進(jìn)行了研究，以SG3525為主控芯片，以期得到一種較理想的調(diào)制方法，實(shí)現(xiàn)逆變電源變壓、變頻輸出。正弦逆變電源作為一種可將直流電能有效地轉(zhuǎn)換為交流電能的電能變換裝置被廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)生活中,其中有:針對計(jì)算機(jī)等重要負(fù)載進(jìn)行斷電保護(hù)的交流不間斷電源UP

4、S（UninterruptlePowerSupply）;針對交流異步電動機(jī)變頻調(diào)速控制的變頻調(diào)速器;針對智能樓宇消防與安防的應(yīng)急電源EPS（EmergencePowerSupply）;針對船舶工業(yè)用電的岸電電源SPS（ShorePowerSupply）;還有針對風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等而開發(fā)的特種逆變電源等等.隨著控制理論的發(fā)展與電力電子器件的不斷革新,特別是以絕緣柵極雙極型晶體管IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor）為代表的自關(guān)斷可控型功率半導(dǎo)體器件出現(xiàn),大大簡化了正弦逆變電源的換相問題,為各種PWM型逆變控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了新的實(shí)現(xiàn)方法,從而進(jìn)一步簡化了正弦

5、逆變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與控制.電力電子器件的發(fā)展經(jīng)歷了晶閘管（SCR）、可關(guān)斷晶閘管（GTO）、晶體管（BJT）、絕緣柵晶體管（IGBT）等階段。目前正向著大容量、高頻率、易驅(qū)動、低損耗、模塊化、復(fù)合化方向發(fā)展，與其他電力電子器件相比，IGBT具有高可靠性、驅(qū)動簡單、保護(hù)容易、不用緩沖電路和開關(guān)頻率高等特點(diǎn)，為了達(dá)到這些高性能，采用了許多用于集成電路的工藝技術(shù)，如外延技術(shù)、離子注入、精細(xì)光刻等。IGBT最大的優(yōu)點(diǎn)是無論在導(dǎo)通狀態(tài)還是短路狀態(tài)都可以承受電流沖擊。它的并聯(lián)不成問題，由于本身的關(guān)斷延遲很短，其串聯(lián)也容易。盡管IGBT模塊在大功率應(yīng)用中非常廣泛，但其有限的負(fù)載循環(huán)次數(shù)使其可靠性成了問題，其主要

6、失效機(jī)理是陰極引線焊點(diǎn)開路和焊點(diǎn)較低的疲勞強(qiáng)度，另外,絕緣材料的缺陷也是一個問題。二、三相橋式SPWM逆變器的設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1設(shè)計(jì)內(nèi)容1.1、理論設(shè)計(jì)掌握三相橋式PWM逆變電路的工作原理，設(shè)計(jì)三相橋式PWM逆變電路的主電路和控制電路。包括IGBT額定電流、額定電壓的選擇，驅(qū)動和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)，畫出完整的主電路原理圖和控制電路原理圖，列出主電路所用元器件的明細(xì)表。1.2、仿真實(shí)驗(yàn)利用MATLAB仿真軟件對三相橋式PWM逆變電路主電路和控制電路進(jìn)行建模并仿真。1.3、實(shí)際制作利用PROTEL軟件繪出原理圖，結(jié)合具體所用元器件管腳數(shù)、外形尺寸、考慮散熱和抗干擾等因素、設(shè)計(jì)PCB印刷電路板。最后完成系

7、統(tǒng)電路的組裝、調(diào)試。2、設(shè)計(jì)要求對三相橋式SPWM逆變電路的主電路及控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。分兩組參數(shù)，每組參數(shù)要求如下：直流電壓為150V,三相阻感負(fù)載，負(fù)載中R=2Q,L=lmH，要求輸出頻率范圍10Hz100Hz。 #三、SPWM逆變器的工作原理由于期望的逆變器輸出是一個正弦電壓波形，可以把一個正弦半波分作N等分。然后把每一等分的正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用個與此面積相等的等高矩形脈沖來代替，矩形脈沖的中點(diǎn)與正弦波每一等分的中點(diǎn)重合。這樣，由N個等幅不等寬的矩形脈沖所組成的波形為正弦的半周等效。同樣，正弦波的負(fù)半周也可用相同的方法來等效。這一系列脈沖波形就是所期望的逆變器輸出SPWM波形。由

8、于各脈沖的幅值相等，所以逆變器可由恒定的直流電源供電，也就是說，這種交一直一交變頻器中的整流器采用不可控的二極管整流器就可以了(見圖1、圖2、圖3)。逆變器輸出脈沖的幅值就是整流器的輸出電壓。當(dāng)逆變器各開關(guān)器件都是在理想狀態(tài)下工作時(shí)，驅(qū)動相應(yīng)開關(guān)器件的信號也應(yīng)為與形狀相似的一系列脈沖波形，這是很容易推斷出來的。從理論上講，這一系列脈沖波形的寬度可以嚴(yán)格地用計(jì)算方法求得，作為控制逆變器中各開關(guān)器件通斷的依據(jù)。但較為實(shí)用的辦法是引用通信技術(shù)中的“調(diào)制”這一概念，以所期望的波形(在這里是正弦波)作為調(diào)制波(ModulationWave)，而受它調(diào)制的信號稱為載波(CarrierWave)。在SPWM

9、中常用等腰三角波作為載波，因?yàn)榈妊遣ㄊ巧舷聦挾染€性對稱變化的波形，當(dāng)它與任何一個光滑的曲線相交時(shí)，在交點(diǎn)的時(shí)刻控制開關(guān)器件的通斷，即可得到一組等幅而脈沖寬度正比于該曲線函數(shù)值的矩形脈沖，這正是SPWM所需要的結(jié)果。調(diào)壓調(diào)頻圖1可控整流器調(diào)壓、六拍逆變器變頻圖2不控整流、斬波器調(diào)壓、六拍逆變器變頻50HZ調(diào)壓調(diào)頻圖3不控整流、PWM逆變器調(diào)壓調(diào)頻1、工作原理圖4是SPWM變頻器的主電路，圖中VT1VT6是逆變器的六個功率開關(guān)器件(在這里畫的是IGBT)，各由一個續(xù)流二極管反并聯(lián)，整個逆變器由恒值直流電壓U供電。圖5是它的控制電路，一組三相對稱的正弦參考電壓信號，由參考信號發(fā)生器提供，其頻率決

10、定逆變器輸出的基波頻率，應(yīng)在所要求的輸出頻率范圍內(nèi)可調(diào)。參考信號的幅值也可在一定范圍內(nèi)變化，決定輸出電壓的大小。三角載波信號是共用的，分別與每相參考電壓比較后,給出“正”或“零”的飽和輸出，產(chǎn)生SPWM脈沖序列波，作為逆變器功率開關(guān)器件的驅(qū)動控制信號。圖4MATLAB仿真主電路當(dāng)U”U時(shí)，給V1導(dǎo)通信號，給V4關(guān)斷信號，UUN=Ud2。當(dāng)U”U時(shí)，給V4導(dǎo)通信號，給V1關(guān)斷信號，UUN,=-Ud2。當(dāng)給V1(V4)加導(dǎo)通信號時(shí)，可能是V1(V4)導(dǎo)通,也可能是VD1(VD4)導(dǎo)通。UUN、UVN和UWN,的PWM波形只有土Ud2兩種電平。UUV波形可由UUN，-UVN得出，當(dāng)1和6通時(shí)，UVN

11、=Ud，當(dāng)3和4通時(shí)，UVN=-Ud，當(dāng)1和3或4和6通時(shí)，UVN=0。輸出線電壓PWM波由土Ud和0三種電平構(gòu)成。負(fù)載相電壓PWM波由23Ud、13Ud和0共5種電平組成。防直通的死區(qū)時(shí)間同一相上下兩臂的驅(qū)動信號互補(bǔ)，為防止上下臂直通而造成短路，留一小段上下臂都施加關(guān)斷信號的死區(qū)時(shí)間。死區(qū)時(shí)間的長短主要由開關(guān)器件的關(guān)斷時(shí)間決定。死區(qū)時(shí)間會給輸出的PWM波帶來影響，使其稍稍偏離正弦波。Ura三相正Urb比玆波發(fā)較生器器驅(qū)動逆變器的開芙元件 # # #三角液發(fā)生器圖5控制電路原理2、控制方式脈寬調(diào)制的控制方式從調(diào)制脈沖的極性上看，可分為單極性和雙極性之分:參加調(diào)制的載波和參考信號的極性不變，稱為

12、單極性調(diào)制;相反，三角載波信號和正弦波信號具有正負(fù)極性，則稱為雙極性調(diào)制。2.1、單極性正弦脈寬調(diào)制單極性正弦脈寬調(diào)制用幅值為U的參考信號波U與幅值為f,頻率為f的三角波Urrooc比較，產(chǎn)生功率開關(guān)信號。其原理波形如圖6所示。圖6是用單相正弦波全波整流電壓信號與單向三角形載波交截，再通過倒相產(chǎn)生功率開關(guān)驅(qū)動信號參考波頻率fr決定了輸出頻率fo，每半周期的脈沖數(shù)P決定于載波頻率fc。即:用參考電壓信號的幅值Ur,與三角形載波信號的幅值Uc的比值，即調(diào)制度m=Ur/Uc,來控制輸出電壓變化。當(dāng)調(diào)制度由01變化時(shí)，脈寬由On/p變化，輸出電壓由0E變化。如果每個脈沖寬度為則輸出電壓的傅里葉級數(shù)展開

13、式為：U(t)藝(A0nn1cosn，0+Bnsinn，02) # # #系數(shù)An和Bn由每個脈寬為。，起始角為a的正脈沖來決定和對應(yīng)的負(fù)脈沖起始角n+a來決定。如果第j個脈沖的起始角為a.則有卩A4En00)sincosna+一nj1n兀2”j2丿B丄4Esinn00sin0na0)+一nj1n兀2一j2丿由式(2-3a)、式(2-3b)可計(jì)算輸出電壓的傅里葉級數(shù)的系數(shù)2E-n兀”j1丄2E-j=1n?！盇nBnsinn(a+0)-sinnajjj-cosna一cosn(a+0jjj(3a)(3b)(4a)(4b)2.2、雙極性正弦脈寬調(diào)制雙極性正弦脈寬調(diào)制的輸出電壓uO(t)波形在02n區(qū)

14、間關(guān)于中心對稱、在0n區(qū)間關(guān)于軸對稱，其傅里葉級數(shù)展開式為U(t)0n1,3,5.Bsinn，tn(5)兀u(t)sinn,td00式(2-5)中輸出電壓u0(t)可看成是幅值為E,頻率為f。的方波與幅值為2E、頻率為fc的負(fù)脈沖序列(起點(diǎn)和終點(diǎn)分別為巴巴&2p_i2p的疊加。因此卜Esinnetd(et)-Ja2Esinnetd(et)二0a】兀一Ja4Esinnetd(et)-JapEsinnetd(et)=4En,a31-Y(cosna一cosna)2j-12ia2p-1j=1則輸出電壓為U(t)=乞竺on,n=1,3,51-Y(cosna-cosna2j2j1j=1輸出電壓基波分量錯誤

15、!未找到引用源。ut)=4E01n,1-YCosna-cosna)2j-12jj=1)sismnetsinnet(8)需要注意的是，從主回路上看，對于雙極性調(diào)制，由于同一橋臂上的兩個開關(guān)元件始終輪流交替通斷，因此容易引起電源短路，造成環(huán)流。為防止環(huán)流，就必須增設(shè)延時(shí)觸發(fā)環(huán)節(jié)，設(shè)置死區(qū)。3、正弦脈寬調(diào)制的調(diào)制算法三角波變化一個周期，它與正弦波有兩個交點(diǎn)，控制逆變器中開關(guān)元件導(dǎo)通和關(guān)斷各一次。要準(zhǔn)確的生成SPWM波形，就要精確的計(jì)算出這兩個點(diǎn)的時(shí)間。開關(guān)元件導(dǎo)通時(shí)間是脈沖寬度，關(guān)斷時(shí)間是脈沖間隙。正弦波的頻率和幅值不同時(shí)，這些時(shí)間也不同，但對計(jì)算機(jī)來說，時(shí)間由軟件實(shí)現(xiàn)，時(shí)間的控制由定時(shí)器完成，是很

16、方便的，關(guān)鍵在于調(diào)制算法。調(diào)制算法主要有自然采樣法、規(guī)則采樣法、等面積法等。3.1.自然采樣法按照SPWM控制的基本原理，在正弦波和三角波的交點(diǎn)時(shí)刻生成的PWM波的方法，其求解復(fù)雜，工程應(yīng)用不多。如圖7所示圖7自然采樣法原理圖3.2.規(guī)則采樣法三角波兩個正峰值之間為一個采樣周期Tc。自然采樣法中，脈沖中點(diǎn)不和三角波（負(fù)峰點(diǎn)）重合。規(guī)則采樣法使兩者重合，使計(jì)算大為簡化。如圖所示確定A、B點(diǎn)，在tA和tB時(shí)刻控制開關(guān)器件的通斷。脈沖寬度d和用自然采樣法得到的脈沖寬度非常接近。uuO4uO圖8規(guī)則采樣原理正弦調(diào)制信號波為u=asintrr脈沖寬度T，c(1+asint)2rD7三角波一周期內(nèi)，脈沖兩

17、邊間隙寬度,1-,)-二2c4rD三角波載波公用，三相正弦調(diào)制波相位依次差120，分別為，V、，u和，w，脈沖兩邊的間隙寬度分別為，u、，電壓之和為零。(10)(11)同一三角波周期內(nèi)三相的脈寬和，W，同一時(shí)刻三相調(diào)制波(12)(13)+，W3T2,u+,v+,w-譽(yù)利用以上兩式可簡化三相SPWM波的計(jì)算從圖17可以看出，系統(tǒng)輸出正弦波周期為0.02s左右，即頻率約為50HZ第一路波為調(diào)制波,接著三路波形分別為uUN、UVN和UWN,，第五路為輸出UV線電壓，第六路為輸出U相電壓。可以看出UUN、Uvn和UWN,的PWM波形只有75V兩種電平，輸出UV線電壓的PWM波形由150V和0V構(gòu)成，輸

18、出U相電壓的PWM波由100V,50V,0V共五種電平組成。 從圖16可以看出，系統(tǒng)輸出正弦波周期為0.033s左右，即頻率約為30HZ.第一路波為調(diào)制波，接著三路波形分別為uUN、UVN和UWN,，第五路為輸出UV線電壓，第六路為輸出U相電壓?？梢钥闯鯱UN、Uvn和UWN,的PWM波形只有75V兩種電平，輸出UV線電壓的PWM波形由150V和0V構(gòu)成，輸出U相電壓的PWM波由100V,50V,0V共五種電平組成。 四、MATLAB仿真分析1、直流電壓為150V頻率為30HZ時(shí)的實(shí)驗(yàn)：將控制電路中的三相正弦波函數(shù)發(fā)生器SineWave的頻率調(diào)為30HZ，即在頻率參數(shù)欄中輸入60*pi,則系統(tǒng)

19、輸出頻率也應(yīng)為30HZ。直流電壓源均調(diào)為75V。仿真運(yùn)行系統(tǒng)，顯示如圖16所示。加圖16電壓為150V頻率為30HZ仿真模型2、直流電壓為150V頻率為50HZ時(shí)的實(shí)驗(yàn)：將控制電路中的三相正弦波函數(shù)發(fā)生器SineWave的頻率調(diào)為50HZ，即在頻率參數(shù)欄中輸入100*pi，則系統(tǒng)輸出頻率也應(yīng)為50HZ。直流電壓源均調(diào)為75V。仿真運(yùn)行系統(tǒng)，顯示如圖17所示。刪UrIES3?UmIEQE5疆1E?5翔珮溺娥価疆擁5擁順福D38458fiIE1BH1K388538?1EP5lluir-.nkww0-100m99fiIBSIK99G598?1E?5IK圖17電壓為150V頻率為50HZ仿真模型 從圖

20、19可以看出，系統(tǒng)輸出正弦波周期為0.01s，即頻率約為100HZ.第一路波為調(diào)制波,接著三路波形分別為uUN、UVN和UWN,第五路為輸出UV線電壓，第六路為輸出U相電壓?？梢钥闯鯱UN、Uvn和UWN,的PWM波形只有75V兩種電平，輸出UV線電壓的PWM波形由150V和0V構(gòu)成，輸出U相電壓的PWM波由100V,50V,0V共五種電平組成。 3、直流電壓為150V頻率為100HZ時(shí)的實(shí)驗(yàn):將控制電路中的三相正弦波函數(shù)發(fā)生器SineWave的頻率調(diào)為100HZ，即在頻率參數(shù)欄中輸入200*pi,則系統(tǒng)輸出頻率也應(yīng)為100HZ。直流電壓源均調(diào)為75V。仿真運(yùn)行系統(tǒng)，顯示如圖19所示。1000

21、BSOUm五、電路設(shè)計(jì)1、主電路設(shè)計(jì)1.1、主電路原理圖如下:UrU口鞏調(diào)制旦電路rLie圖9主電路原理圖1.2、原理分析由于期望的逆變器輸出是一個正弦電壓波形，可以把一個正弦半波分作N等分。然后把每一等分的正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用個與此面積相等的等高矩形脈沖來代替，矩形脈沖的中點(diǎn)與正弦波每一等分的中點(diǎn)重合。這樣，由N個等幅不等寬的矩形脈沖所組成的波形為正弦的半周等效。同樣，正弦波的負(fù)半周也可用相同的方法來等效。這一系列脈沖波形就是所期望的逆變器輸出SPWM波形。由于各脈沖的幅值相等，所以逆變器可由恒定的直流電源供電，也就是說，這種交一直一交變頻器中的整流器采用不可控的二極管整流器就可以

22、了。逆變器輸出脈沖的幅值就是整流器的輸出電壓。當(dāng)逆變器各開關(guān)器件都是在理想狀態(tài)下工作時(shí)，驅(qū)動相應(yīng)開關(guān)器件的信號也應(yīng)為與形狀相似的一系列脈沖波形，這是很容易推斷出來的。從理論上講，這一系列脈沖波形的寬度可以嚴(yán)格地用計(jì)算方法求得，作為控制逆變器中各開關(guān)器件通斷的依據(jù)。但較為實(shí)用的辦法是引用通信技術(shù)中的“調(diào)制”這一概念，以所期望的波形(在這里是正弦波)作為調(diào)制波(ModulationWave)，而受它調(diào)制的信號稱為載波(CarrierWave)。在SPWM中常用等腰三角波作為載波，因?yàn)榈妊遣ㄊ巧舷聦挾染€性對稱變化的波形，當(dāng)它與任何一個光滑的曲線相交時(shí)，在交點(diǎn)的時(shí)刻控制開關(guān)器件的通斷，即可得到一組

23、等幅而脈沖寬度正比于該曲線函數(shù)值的矩形脈沖，這正是SPWM所需要的結(jié)果。1.3、器件的選型1.3.1、整流二極管的選擇1.3.1.1、確定二極管電壓額定值整流二極管的耐壓值由下式確定：UrrmAUAC2KVa（14）其中，UAC為整流橋輸入電壓額定值，乘2為輸入電壓峰值；KV為電壓波形系數(shù)，KV1；a為安全系數(shù)。URRM467V。二極管耐壓參數(shù)分為800V,1600V等幾檔，所以選擇800V。1.3.1.2、確定二極管電流額定值整流二極管的額定電流由下式確定：IF，巳ma（15）F1.57其中Idm根據(jù)電路的功率和過載因素計(jì)算，IDMP3U0016)計(jì)算得If=58A。F1.3.2、開關(guān)器件I

24、GBT的選擇。1.3.2.1、三相全橋逆變電路開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的功率器件承受的峰值電壓為：U，（U1.15+150）xa（17）CESPCE式中，U為IGBT的C、E兩端承受的電壓，取150V；1.15是電壓保護(hù)系數(shù)；150V為CELd引起的尖峰電壓；a為安全系數(shù)，通常取1.1；得到U=355V。實(shí)際應(yīng)用中必然取dtcespUU，參考IGBT的實(shí)際電壓等級，取U=600V。cEscEspcEsp1.3.2.2、求電流，顯然有：I，（18）03U0P是逆變器額定輸出，U是逆變器輸出電壓380V，又有0Ic，10（21.51.4）（19）2為Io峰值；1.5是1分鐘內(nèi)允許的過載流量；1.4是電流Ic減

25、小系數(shù)。I，21.51.4P=45.1A，根據(jù)IGBT的等級，Ic取50A。C3UC0根據(jù)計(jì)算參數(shù)和實(shí)際器件型號，選用IRGPS60B120KD型號IGBT器件，該器件支持最大電壓為1200V,最大電流為50A,個封裝內(nèi)包含2個IGBT模塊。能夠滿足后級三項(xiàng)逆變電路工作條件。2.控制電路設(shè)計(jì)2.1、電路原理框圖1113Vnii/Vcc_眶平轉(zhuǎn)換亦I1I適道冃cC-H7lluSDnVdivVllI欠E7L.LraiyiPL麗2丨COM圖10控制電路原理框圖2.2、電路原理圖圖11控制電路原理圖2.3、原理分析據(jù)自然采樣法，三個互差120o的正弦波與高頻三角載波進(jìn)行比較，每路結(jié)果再經(jīng)反相器產(chǎn)生與原

26、信號相反的控制波，分別控制上下橋臂IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷。這樣產(chǎn)生的六路SPWM波分別控制六個IGBT的通斷，從而在負(fù)載端產(chǎn)生與調(diào)制波同頻的三相交流電。原理圖中的三角載波用S函數(shù)產(chǎn)生。2.4、主要器件介紹美國IR公司生產(chǎn)的IR2110驅(qū)動器。它兼有光耦隔離（體積小）和電磁隔離（速度快）的優(yōu)點(diǎn)，是中小功率變換裝置中驅(qū)動器件的首選品種。IR2110采用HVIC和閂鎖抗干擾CMOS制造工藝，DIP14腳封裝。具有獨(dú)立的低端和高端輸入通道；懸浮電源采用自舉電路，其高端工作電壓可達(dá)500V，dv/dt=50V/ns,15V下靜態(tài)功耗僅116mW；輸出的電源端（腳3,即功率器件的柵極驅(qū)動電壓）電壓范圍102

27、0V；邏輯電源電壓范圍（腳9）515V，可方便地與TTL，CMOS電平相匹配，而且邏輯電源地和功率地之間允許有5V的偏移量；工作頻率高，可達(dá)500kHz；開通、關(guān)斷延遲小，分別為120ns和94ns；圖騰柱輸出峰值電流為2A。3、保護(hù)電路設(shè)計(jì)3.1保護(hù)電路的作用電力電子電路中設(shè)置保護(hù)電路主要是防止電路中電力電子器件的損毀。3.2電路原理圖圖12過流保護(hù)電路圖13過電壓保護(hù)電路3.3原理分析電力電子電路運(yùn)行不正?；蛘甙l(fā)生故障時(shí)，可能會發(fā)生過電流。過電流分為過載和短路兩種情況。通常采用的保護(hù)措施有：快速熔斷器、直流快速斷路器和過電流繼電器。一般電力電子裝置均同時(shí)采用集中過流保護(hù)措施，以提高保護(hù)的可

28、靠性和合理性。綜合本次設(shè)計(jì)電路的特點(diǎn)，采用快速熔斷器，即給晶閘管串聯(lián)一個保險(xiǎn)絲實(shí)施電流保護(hù)。如圖12電流保護(hù)電路所示。對于所選的保險(xiǎn)絲，遵從I2t值小于晶閘管的允許12t值。電力電子裝置中可能發(fā)生的過電壓分為外因過電壓和內(nèi)因過電壓兩類。外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原因。本設(shè)計(jì)主要用于室內(nèi)，為了使用方便不考慮來自雷擊的威脅。根據(jù)以上產(chǎn)生過電壓的的各種原因，設(shè)計(jì)相應(yīng)的保護(hù)電路。如圖5過電壓保護(hù)電路所示。其中：圖中是利用一個電阻加電容進(jìn)行電壓抑制，當(dāng)電壓過高時(shí)，保護(hù)電路中的電容會阻礙其電壓的上升，從而防止電子器件IGBT管因電壓的過高厄爾損壞。圖13中的電阻可以是1KQ左右的電阻，

29、而電容的值可以為100UF左右，這樣形成一個保護(hù)電路。4、IGBT驅(qū)動保護(hù)電路本設(shè)計(jì)采用日本富士公司的EXB841（日本富士公司的EXB系列混合集成電路是生產(chǎn)的IGBT專用驅(qū)動芯片）高速集成芯片去驅(qū)動。它本身具有驅(qū)動電流放大能力，同時(shí)具有使控制電路和IGBT所在主電路間實(shí)現(xiàn)電流隔離的功能，還具有過電流保護(hù)功能。驅(qū)動芯片EXB841的控制原理EXB841的驅(qū)動主要有三個工作過程：正常開通過程、正常關(guān)斷過程和過流保護(hù)動作過程。14和15兩腳間外加PWM控制信號，當(dāng)觸發(fā)脈沖信號施加于14和15引腳時(shí)，在GE兩端產(chǎn)生約16V的IGBT開通電壓；當(dāng)觸發(fā)控制脈沖撤銷時(shí)，在GE兩端產(chǎn)生-5.1V的IGBT關(guān)

30、斷電壓。過流保護(hù)動作過程是根據(jù)IGBT的CE極間電壓U的大小判定是否過流而進(jìn)行保ce護(hù)的，U由二極管Vd7檢測。當(dāng)IGBT開通時(shí)，若發(fā)生負(fù)載短路等發(fā)生大電流的故障,Ucece會上升很多，使得Vd7截止，EXB841的6腳“懸空”，B點(diǎn)和C點(diǎn)電位開始由約6V上升,當(dāng)上升至13V時(shí)，Vz1被擊穿，V3導(dǎo)通，C4通過R7和V3放電，E點(diǎn)的電壓逐漸下降，V6導(dǎo)通，從而使IGBT的GE間電壓U下降，實(shí)現(xiàn)軟關(guān)斷，完成EXB841對IGBT的保護(hù)。射ce極電位為-5.1V，由EXB841內(nèi)部的穩(wěn)壓二極管Vz2決定。其典型接線圖如下： #從圖19可以看出，系統(tǒng)輸出正弦波周期為0.01s，即頻率約為100HZ.

31、第一路波為調(diào)制波,接著三路波形分別為uUN、UVN和UWN,第五路為輸出UV線電壓，第六路為輸出U相電壓?？梢钥闯鯱UN、Uvn和UWN,的PWM波形只有75V兩種電平，輸出UV線電壓的PWM波形由150V和0V構(gòu)成，輸出U相電壓的PWM波由100V,50V,0V共五種電平組成。 # #從圖19可以看出，系統(tǒng)輸出正弦波周期為0.01s，即頻率約為100HZ.第一路波為調(diào)制波,接著三路波形分別為uUN、UVN和UWN,第五路為輸出UV線電壓，第六路為輸出U相電壓。可以看出UUN、Uvn和UWN,的PWM波形只有75V兩種電平，輸出UV線電壓的PWM波形由150V和0V構(gòu)成，輸出U相電壓的PWM波

32、由100V,50V,0V共五種電平組成。 #13P丿二-1UTAM5WL6T #從圖19可以看出，系統(tǒng)輸出正弦波周期為0.01s，即頻率約為100HZ.第一路波為調(diào)制波,接著三路波形分別為uUN、UVN和UWN,第五路為輸出UV線電壓，第六路為輸出U相電壓?？梢钥闯鯱UN、Uvn和UWN,的PWM波形只有75V兩種電平，輸出UV線電壓的PWM波形由150V和0V構(gòu)成，輸出U相電壓的PWM波由100V,50V,0V共五種電平組成。 # #從圖19可以看出，系統(tǒng)輸出正弦波周期為0.01s，即頻率約為100HZ.第一路波為調(diào)制波,接著三路波形分別為uUN、UVN和UWN,第五路為輸出UV線電壓，第六

33、路為輸出U相電壓?？梢钥闯鯱UN、Uvn和UWN,的PWM波形只有75V兩種電平，輸出UV線電壓的PWM波形由150V和0V構(gòu)成，輸出U相電壓的PWM波由100V,50V,0V共五種電平組成。 #圖14M57962L型IGBT驅(qū)動器的原理與接線圖 從圖19可以看出，系統(tǒng)輸出正弦波周期為0.01s，即頻率約為100HZ.第一路波為調(diào)制波,接著三路波形分別為uUN、UVN和UWN,第五路為輸出UV線電壓，第六路為輸出U相電壓?？梢钥闯鯱UN、Uvn和UWN,的PWM波形只有75V兩種電平，輸出UV線電壓的PWM波形由150V和0V構(gòu)成，輸出U相電壓的PWM波由100V,50V,0V共五種電平組成。

34、 #JE.Dh-jrr:L?；CZ3flIE,flIQj.lMim:VIF城1111S4ZZHU巴toIE圖15VU-I：rJA_.m雪】EE00rrnrrso0HDJK2CJOUH單個IGBT驅(qū)動保護(hù)電路原理圖丄or 從圖19可以看出，系統(tǒng)輸出正弦波周期為0.01s，即頻率約為100HZ.第一路波為調(diào)制波,接著三路波形分別為uUN、UVN和UWN,第五路為輸出UV線電壓，第六路為輸出U相電壓?？梢钥闯鯱UN、Uvn和UWN,的PWM波形只有75V兩種電平，輸出UV線電壓的PWM波形由150V和0V構(gòu)成，輸出U相電壓的PWM波由100V,50V,0V共五種電平組成。 #六、心得體會這次課程設(shè)計(jì)

35、歷時(shí)一個月，通過這段時(shí)間的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是比較缺乏，理論聯(lián)系實(shí)際的能力還急需提高。課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。回顧此次課程設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，比如有時(shí)候被一些小的，細(xì)的問題擋住前進(jìn)的步伐，讓我們總是為了解決一個小問題而花費(fèi)很長的時(shí)間。最后還要查閱其他的書籍才能找出解決的辦法。比如說在simulink仿真里面找元件，表面上看起

36、來相同的兩個元件功能卻完全不同。還有就是對simulink的使用開始時(shí)候是一無所知。自己看起來多完美的設(shè)計(jì)在實(shí)踐下就漏洞百出了。并且我在做設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)有很多東西，也知道自己的很多不足之處，知道自己對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固.以前認(rèn)為學(xué)了沒用的課程現(xiàn)在也用到了。溫故而知新。課程設(shè)計(jì)開始的時(shí)候思緒全無，舉步維艱，對于理論知識學(xué)習(xí)不夠扎實(shí)的我們深感“書到用時(shí)方恨少”，于是想起圣人之言“溫故而知新”，便重拾教材與實(shí)驗(yàn)手冊，對知識系統(tǒng)而全面進(jìn)行了梳理，遇到難處先是苦思冥想再向同學(xué)請教，終于熟練掌握了基本理論知識，而且領(lǐng)悟諸多平時(shí)學(xué)習(xí)難以理解掌握的較難知識，學(xué)會了如何思考的思維方

37、式，找到了設(shè)計(jì)的靈感。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，最后在努力下終于迎刃而解。同時(shí)發(fā)現(xiàn)了還有很多工具及理論以后亟待學(xué)習(xí)。它培養(yǎng)了我們嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的思維，通過它架起理論與實(shí)踐橋梁。 從圖19可以看出，系統(tǒng)輸出正弦波周期為0.01s，即頻率約為100HZ.第一路波為調(diào)制波,接著三路波形分別為uUN、UVN和UWN,第五路為輸出UV線電壓，第六路為輸出U相電壓?？梢钥闯鯱UN、Uvn和UWN,的PWM波形只有75V兩種電平，輸出UV線電壓的PWM波形由150V和0V構(gòu)成，輸出U相電壓的PWM波由100V,50V,0V共五種電平組成。 #SreeVSnefelATlHVlt:躺t附錄:三血EG磯誡I迥金|-罪1h!m2NUTHOT1norTOptofcrlEmEuEmTlne-lteSeriKRLC&anci #從圖19可以看出，系統(tǒng)輸出正弦波周期為0.01s，即頻率約為100HZ.第一路波為調(diào)制波,接著三路波形分別為uUN、UVN和UWN,第五路為輸出UV線電壓，第六路為輸出U相電壓?？梢钥闯鯱UN、Uvn和UWN,的PW