【單相逆變全橋PWM觸發(fā)控制電路設計（論文）6700字】

PAGE10單相逆變全橋PWM觸發(fā)控制電路設計電源逆變技術是從直流設備到交流設備的主要電源技術。這種簡單、小型和可靠的逆變器將成為電氣逆變器市場中最具前景的電子產品。隨著具備自動斷開的晶體管出現(xiàn)之后，這種通過數(shù)字化控制逆變技術也得到了進一步的廣泛應用。該種技術最大的優(yōu)點是能夠顯著提升裝置的可靠性，還可以大幅度簡化逆變電路裝置結構及提高抗噪音能力。因此，逆變電源發(fā)展的主要方向是數(shù)字化控制逆變技術及其深入應用。本文設計的一種基于PWM觸發(fā)單相逆變控制電路，通過控制直流電壓為100V、交流電壓輸出頻率為30~6OHZ，并進其控制在30~50V變換?；陔娏﹄娮蛹夹g理論，通過構建逆變電路，而單相橋式逆變電路是較為常見的一種，可以通過對輸出電壓進行負載控制輸出。其中在電路設計中以開關器件的形式來實現(xiàn)符合頻率，主要是通過控制絕緣柵雙極型晶體管來實現(xiàn)通斷，從而實現(xiàn)交流電壓頻率在30~60H范圍內實現(xiàn)變化，進而達成移相調節(jié)輸出電壓大小。關鍵詞：單相逆變PWM逆變電路目錄一引言 1二主電路設計 22.1主電路設計 22.2驅動電路設計 32.3控制電路設計 32.4總電路原理圖 4三實驗結果 6四結論 9參考文獻 11一引言隨著控制技術的革新和數(shù)字化進程的發(fā)展，越來越多的數(shù)字控制技術被推出，比如單相全橋逆變電路在不同的工況下發(fā)揮著重要的作用，且其應用范圍也得到進一步的拓展。本研究選取的單相作為三相全橋逆變電路的基礎，其越來受到諸多學者的關注和研究，主要是對單相逆變電路的動力學研究。這是因為在單相中存在著較多的電路開光，采用的PWM調制方法可以實現(xiàn)對電路控制系統(tǒng)產生較為豐富的非線性現(xiàn)象。PWM變換器是電電子設備，由強大的半導體開關組成。根據(jù)具體的生產實踐需要，變壓器的性能不僅可以代表交流/DC-交換機，但也有一個特點的DC/AC變壓器，以確保雙向能量流。它的主要思想是，為了將PWM工藝引入變頻器控制，正弦變換器網絡的橫向電流，并在功率系數(shù)下工作，為了實現(xiàn)真正的綠色功率轉換。由此可見，在電力電子領域中PWM技術具有重大的作用，尤其是在對電流為正弦、諧波低等進行優(yōu)化設計，這是可以對整個變流器進行控制其諧波問題。從PWM變流器工作原理中可以看出，其存在著一個較為明顯的電流控制特性，進而產生了同補償量較為一致的數(shù)值，一旦出現(xiàn)了相位移動位的時候，則需要進行電流補償，這也是為了能夠進一步對諧波電流的消除。這也是PWM變流器的主要作用之一。本研究進行的單相逆變全橋PWM觸發(fā)控制電路設計，主要涉及了單相電壓型PWM整流電路、逆變電路工作原理，設計了單相全橋電壓型PWM整流器、逆變器的控制系統(tǒng)。通過構建具有理論可行性分析設計基礎上，來通過編程化的方式實現(xiàn)最終參數(shù)界面的設計，并將建立符合單相濾波器的數(shù)學仿真模型，進而通過試驗的方式來對構想進行預測和驗證，從而達成最終設計到應用的可行性。二主電路設計2.1主電路設計單相逆變全橋PWM觸發(fā)控制電路設計涉及的主電路主要是主電路采用電壓型逆變電路，原理框圖如圖2-1所示。圖2-1主電路原理圖從圖2-1可以看出，電壓型全橋逆變電路一共有4個橋臂，可以看成由兩個半橋電路組和而成，把橋臂1和4設置為1對，2和3橋臂設置為1對，成對的兩個橋臂進行互通，兩對交替互通為180°，進而將輸出的電壓設置為半橋電波的波形形狀。本研究選用的矩形波展開的傅里葉級數(shù)為：目前，對選擇開關器件主要是按照以下步驟進行：首先是將濾波器進行通電，并根據(jù)補償?shù)闹C波頻率來有針對性去選擇開關器件的頻率。其次是將根據(jù)實際過程中的對諧波電流進行消除負載來確定最終的頻率，這個時候需要基于采樣定理，來實現(xiàn)對其電流頻率增大2倍以上。但是在最終的實際應用過程中，這種對頻率的調整將會存在著一定的混合和重疊的現(xiàn)象，從而導致最終的波形出現(xiàn)了較為顯著的失真。濾波器存在著額定的電流和電壓輸出數(shù)值，且在這一數(shù)值基礎上還會存在著最大值，這就需要在設計的時候考慮到一定的安全充裕數(shù)值。此外，在設計的時候還需要對其散熱、開關頻率進行優(yōu)化設計。對于變流器存在較大容量的條件下，是可以將其與二級管進行集中封裝在一起，從而實現(xiàn)對整個電路進行控制，這種控制方式也是一種通過開關的方式進行實現(xiàn)。據(jù)相關研究表明，這種通過對主電路進行參數(shù)計算法可以發(fā)現(xiàn)濾波器在整個電路參數(shù)設計中是相互影響和制約的。這其中就會存在直流電壓與之前給定的電流邊寬存在著一定的相關性，當直流電壓逐漸增大的時候，則表明其電感也在逐漸增大，這種增大方式有可能對整個系統(tǒng)的補償性造成一定的影響，這種導致整個系統(tǒng)性能逐漸降低。相反，通過對電感逐漸減少也可以讓整個裝置在補償中無法得到滿足。這種濾波器的應用范圍較為廣泛，且本設計將其負載的范圍拉大到整個變化角度范圍內，從而讓電力電路在功率因數(shù)范圍內實現(xiàn)變化，需要注意的是在機車工作中可能會發(fā)生超出這一范圍的工況。由此可見，采用這種參數(shù)的計算方式，可以在不用角度范圍之內實現(xiàn)負載功率的變化，進而在當負載需要進行補償?shù)臅r候可以不斷滿足額定容量的要求。雖然，在負載的時候電流會發(fā)生顯著的變化，但本文所提出的這種設計方法也考慮到了最不利工況下，即電流在各個時刻中發(fā)生了負載，且出現(xiàn)了最大值。這也是在最不利條件下進行的一種參數(shù)補償設計方法，則可以看出在其他工況下也是能夠做到補償?shù)囊蟆?.2驅動電路設計驅動電力設計過程中會按照驅動方式來分為電壓和電流驅動兩種類型。驅動電路的設計主要是以主電路和控制電路之間的接口實現(xiàn)打通，這也是目前電子裝置的關鍵流程，這對其在運行過程中所表現(xiàn)的性能有較大的影響。當驅動電路的性能較為良好的時候不僅可以顯著縮短整個裝置進行關開的時間，也對其運行的可靠性、穩(wěn)定性、節(jié)能性及安全性有重大的正向影響。通常情況下，驅動電路實則上是通過對傳遞來的電子信息按照預設的控制目標參數(shù)要求在電子元器件之間實現(xiàn)與公共端口轉化，這種可以通過對開關斷開和接通的形式來達成控制，這種電子器件主要是選擇驅動電路的形式來達成。這個時候需要對驅動電路的開關進行控制，因為這種電壓型的驅動期間主要是以電壓進行驅動。本設計選擇的是MM57918L芯片，這是三菱公司常見的一種混合驅動電力集成芯片，其可以和其他類型的進行通配接線，在使用的過程中會存在著所需要的容量、開關頻率及電流輸入等參數(shù)的差異性。2.3控制電路設計控制電路主要工作原理是以控制電路運行來達成控制目的，絕緣柵雙極型晶體管的關斷速度決定了輸出電壓的頻率。這種通過對電路進行有效控制的主要是以一種脈沖頻率的信號來進行控制，且這種可以在絕緣柵雙極型晶體管上以關斷的方式來實現(xiàn)對電流和電壓進行方向、頻率的變化，進而獲得預期設計的電路設計。電壓保護中存在的換相，這是由于在其結束之后可以通過將其與控制器的連續(xù)二極管進行阻斷，這種反向存在的電流在通過的時候會形成一種載流電子；在整個控制電路迅速恢復了阻斷能力的條件下，這種反向的電流則會不斷降低。究其原因可能是因為當電流變小的時候，這種通過電感的方式可以使得兩端的全控器件產生了過高的電壓。在過電壓保護中主要是通過對元器件進行關斷來實現(xiàn)的，因為當控制器處于高頻率工作下，其主要是以產生正向電流的方式來不斷降低正向電流的方式來使得元器件在電路兩端感應出存在的過電壓。過電流現(xiàn)象在電力電子中主要是其運行發(fā)生故障時候出現(xiàn)的，這個時候需要對其進行保護。但是在保護過程中需要區(qū)分是短路還是分載工況，從而不斷提高過電流在采取合理的電壓保護措施，從而提高其保護的穩(wěn)定性和有效性。此外，在過電流保護中還需要注意各種措施之間的協(xié)調性。一般情況下，需要對電子電路進行保護，在第一保護中常見的是以短路保護方式，主要是通過熔斷器進行快速分區(qū)斷進行保護，當直流電在經過快速熔斷器的時候是需要電力進行自我保護，以防止因過電流荷載過大而進行的保護。目前，在對過電流進行保護中主要是為快速熔斷器來進行保護，其是最有效且是最廣泛的一種措施之一?；谇拔姆治隹梢灾溃斦妷汉拓撾妷壕幱?80的脈沖工況下的時候，需要通過改變交流電壓輸出的有效值來實現(xiàn)直流電壓的數(shù)值的變化，尤其是在存在阻感負載的情況下，這種可以不斷通過移動相的方式來調節(jié)逆變電路的輸出電壓。這種調節(jié)電壓的方式其實就是通過對電壓脈沖的寬度進行輸出調節(jié)。因為當刪極信號vl、v2同v3、v4不是出于同一相位的時候，這就是需要對其進行前移。因為這個時候輸出的電壓假設為U，則脈沖為一半的時候就不再是正負各占比一半，則是e的脈沖，此時的刪極信號和輸出電壓為U0，進而輸出對應的電流i0波形圖。工作原理：設在t時刻前vl和v4導通，輸出電壓U0為Ud，tl時刻v3和v4柵極信號反向，v4停止，而因負載電感中的電流i0不能突變，v3不能立刻導通，vD3導通續(xù)流。囚為vl和vD3同時導通，所以輸出電壓為零。到tZ時刻Vl和VZ柵極信號反向，Vl截止，而VZ不能立刻導通，VDZ導通續(xù)流，和VD3構成電流通道，輸出電壓為ud。到負載電流過零并開始反向時，vD2和vD3截止，V2和V3導通，U0=Ud。t3時刻v3和v4柵極信號再次反向，V3截止，而v4不能立刻導通，vD4導通續(xù)流，U0=0。以后重復該過程。這樣，輸出電壓的正負脈沖寬度就各為e。改變e，就可以調節(jié)輸出電壓。2.4總電路原理圖整流電路是指將交流能轉換成直流能的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器組成，廣泛應用于直流電動機速度調節(jié)、發(fā)電機勵磁調節(jié)、電解等領域。交換電路通常由主電路組成，濾清器和變壓器。自20世紀70年代以來，主電路主要由硅整流器和可控硅整流器組成。濾清器與主電路和濾清器負荷相結合。脈動恒壓分量的變化交流輸入電壓和直流電壓，整流電路的設計是為了將低壓交流轉換為從交流電路，到單向脈動直流電路，即交流整流過程，整流后的電壓不是交流電壓，直流和交流電壓混合。通常稱為恒壓單向脈動。SPWM逆變器工作原理：由于逆變器的預期輸出是正弦電壓形式，正弦半波可以分成等分部分。然后，一個區(qū)域周圍的正弦曲線和水平線，將由一個面積相同的矩形脈沖代替。矩形脈沖的中心值等于正弦波的每分點的中點。因此，形狀，由X寬度不同的矩形脈沖組成，等于正弦半周期。正弦波的負半周可以等同于同一方法。這一系列的脈沖是SP信號的形式，由于每脈沖幅度等于反相器可以用直流電源供電。反相器輸出脈沖幅度-整流器輸出電壓。當所有反相器開關均處于理想狀態(tài)時，相應開關的驅動信號也應是一系列相似的脈沖形式，從理論上講，可以精確計算出這一系列脈沖的寬度，為在逆變器中控制開關裝置提供基礎。然而，在通信中使用“調制”的概念更為實際。利用所要求的形狀（因為等腰三角形波是線性對稱變化的形式上下寬。當它與任何光滑曲線相交，它控制裝置在交叉時的開關，并接收一組矩形脈沖，具有這種振幅和脈沖寬度，與SPWM所需的曲線函數(shù)值成正比的逆變器控制方法有兩個主要類型：計算和調制方法。本設計采用的是調制法，因為在采用等腰三角的時候需要對其上下寬度設置成與高度相互對應的線性關系，且這種偏向于平滑的正弦調制信號波相交時，可以得到交點處的波幅度的脈沖。主電路原理圖控制電路原理圖模擬驅動電路原理圖三實驗結果基于總電路原理圖分析可知，本研究單相逆變全橋PWM觸發(fā)控制電路設計為驅動電路，由于芯片不足，對PWM觸發(fā)控制電路進行簡化，模擬方波驅動三極管，結果如圖3-1所示。圖3-1方波驅動三極管由圖3-1可以看出，黃色波形的方波驅動信號，藍色波形為驅動信號經過光電耦合器以后的波形，輸出響應信號為下降沿觸發(fā)響應信號，說明可對三極管進行驅動。圖3-2電阻負載時正弦波波形由圖3-2可以看出，在電阻負載工況下，輸出為正弦波波形幅值為0.12mV，頻率為1/0.5~1/0.2之間可調，這表明了在電阻負載時正弦波波形存在著變頻的可能性。圖3-3感性負載時正弦波波形由圖3-2可以看出，在感性負載時電阻負載工況下，波形幅值為0.12mV，頻率為1/0.5~1/0.2之間可調對比阻性負載和感性負載可知，感性負載波形存在一定畸形，阻性負載下，更接近于正弦波。由此可見，感性負載時正弦波波形最后將趨向于穩(wěn)定。本研究主要是通過采用采用雙極性調制方式來控制其波形的變化，主要是以單極性控制方式調制波形會隨著參考波形幅值變化，雙極性則不會，從上述結果呈現(xiàn)來看，為雙極性控制方式。在本實驗中，以異步調制的方式，具體參考波形正弦波可調，載波三角波固定，因此，進行頻譜搬移以后，的調制波形頻率為正弦波頻率，也即正弦波決定合成波頻率，因此是異步調制，也即載波信號與調制信號沒有維持同步調制。為了讓最后的波形更接近正弦波，頻率的輸入和輸出受到電阻負載的影響，通常情況下當輸入的是正弦波頻率，這個時候只需要對輸出的頻率進行改變，而不需要對其電壓進行調整。此外，還可以通過對載波比進行增大處理的方式來提升輸出波形趨向于正弦波。相反，當載波比變低的時候，其呈現(xiàn)出的波形則偏離正弦波。圖3-4頻率調節(jié)原理圖圖3-4為頻率調節(jié)原理圖，從圖3-4可以看出，在該處進行占空比和頻率調節(jié)RV4調節(jié)頻率，RV5調節(jié)占空比較高。

四結論本文主要是以單相逆變全橋PWM觸發(fā)控制電路設計為主旨，根據(jù)設計的內容是已知直流輸入電壓100V，負載自擬，要求交流輸出在固定的電壓頻率范圍可調，其它性能指標自定。本文首先對全橋電壓型逆變電路進行重點介紹，主要是利用移動相來對電壓的有效值進行控制和輸出。一般來說，這種輸入的電壓為直流型，但是考慮到實際生活中的常規(guī)交流電是220HZ,因此還需要增設一個整流穩(wěn)壓的電路。想要在可控的電壓范圍內對其進行優(yōu)化調整，需要通過移動相進行調節(jié)壓力，這就需要利用到PWM技術來實現(xiàn)最終的控制，其主要是按照對開關的速度進行控制，從而得到符合輸出頻率要求的電壓信號。與此同時，也是需要在不斷的測試和實踐過程中充分發(fā)揮其對輸出電壓信號的控制，從而實現(xiàn)對PWM控制電路設計的兼容性能，這在后續(xù)的產品使用過程中也將會進一步作優(yōu)化和提升。此外，本系統(tǒng)在設計完成之后經過的測試屬于單點測試，并未對整個設計進行多點測試，這也是未來需要進一步深入研究之處。眾所周知，電子技術既是基礎的，也是實踐的課程。此外，在綜合應用知識的框架內，通過必要的分析和比較，進一步驗證理論知識。同時，本次課程設計也為我們以后的學習打下了良好的基礎，還讓我們知道了最重要的是心態(tài)，在拿到單相逆變全橋PWM觸發(fā)控制電路設計時會覺得困難，但是只要有信心，就能完成的。經過這次的電子技術課程設計，一方面對已經學習的專業(yè)知識做進一步鞏固，另一方面對自己的自學能力有了較大的提升。因為在之前上課學習的時候大多數(shù)是處于一種被動接受專業(yè)理論知識的狀態(tài)，而此次是以設計的方式來對單相橋式逆變電路進行設計，這也讓我更加深了對其原理的認知，進而做到真正對其電路進行控制。在本次設計過程中也遇到了各種各樣的問題，尤其是在對設計的電路圖的時候存在著很多不懂之處，但好在經過參閱相關研究文獻，并與組內成員進行交流和學習，從而發(fā)現(xiàn)了解決問題的方法，進而為本次的單相逆變全橋PWM觸發(fā)控制電路設計奠定了堅實的基礎，進而使得自己的動手設計能力有了顯著的提升，從而重拾了學習的信心。參考文獻[1]王武江,陳樹凱.常用集成電路速查手冊.北京：冶金工業(yè)出版社，2004[1]王強,李兵,王天施,劉曉琴.新型單相全橋諧振直流環(huán)節(jié)逆變器[J].電子學報,2020,48(12):2493-2496.[2]王強,王有政,王天施,劉曉琴.中小功率單相全橋節(jié)能型諧振極逆變器[J].電子學報,2020,48(11):2263-2266.[3]尹成斌,馮雪姣.單相全橋逆變器建模及復合控制研究[J].機電工程技術,2020,49(09):78-80.[4]王強,李兵,王天施,劉曉琴.具有升壓諧振直流環(huán)節(jié)的單相全橋軟開關逆變器[J].電機與控制學報,2020,24(08):101-108.[5]王強,李兵,王天施,劉曉琴.高效率單相全橋軟開關逆變器[J].電機與控制學報,2020,24(06):90-97.[6]王有政.高效率單相全橋諧振極軟開關逆變器的研究[D].遼寧石油化工大學,2020.[7]王強,王有政,王天施,劉曉琴.輔助電路與負載并聯(lián)的新型單相全橋軟開關逆變器[J].電子學報,2020,48(05):1036-1040.[8]汪玲,王成悅.單相全橋逆變器基于電容電流反饋的有源阻尼控制策略研究[J].通信電源技術,2020,37(07):10-14+19.[9]王強,王有政,王