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单相PWM整流电路的仿真设计.doc.doc

发布时间：2022-06-14 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.35M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    一、 课程名称 PWM 整流电路的仿真 二、 课程设计的内容，指标内容及要求，应完成的任务 本课程设计是要设计一个 PWM 整流电路，而我们选择设计单 相全桥 PWM 整流电路，对于全桥电路来说，直流侧电容只要一个 就可以了，交流侧电感和电阻是电路正常工作所必须的。我们设计 的单相全桥 PWM 整流电路的具体设计内容如下：1、整流电路为单 相全桥电路；2、整流变压器额定参数的计算；3、晶闸管（全控型 器件）电压、电流额定的选择；4、电抗器电感值的计算；5、保护 电路（缓冲电路）的设计；6、触发电路（驱动电路）的设计；7、 画出完整的主电路原理图和控制电路原理图；8、用 MATLAB 进行仿 真，观察结果。 本课程设计的指标内容要求是要使设计出的 PWM 整流电路工 作在整流状态，即交流侧电流 Is 与电压 Us 相位相同且超前于线电 压 Uab,从而能够达到整流目的。 应完成的任务是调节 PWM 控制电路和主电路里的各元件参数， 从而使交流侧电流 Is 与电压 Us 相位相同且超前于线电压 Uab，使电 路工作在整流状态。 三、 设计方案选择及论证 设计方案的选择：我们选择的主电路是单相全桥电路其中全控型 器件为电力 MOSFET，控制电路为单极性 PWM 控制，控制方法为间 接电流控制。 设计方案的论证：同 SPWM 逆变电路控制输出电压相类似，可在 PWM 整流电路的交流输入端 AB 之间产生一个正弦波调制 PWM 波
    Uab，Uab 中除了含有与电源同频率的基波分量外，还含有与开关频 率有关的高次谐波。由于电感 Ls 的滤波作用，这些高次谐波电压只 会使交流电流 is 产生很小的脉动。如果忽略这种脉动，Is 为频率与电 源频率相同的正弦波。在交流电源电压 Us 一定时，Is 的幅值和相位 由 Uab 中基波分量的幅值及其与 us 的相位差决定。改变 Uab 中基波 分量的幅值和相位，就可以使 Is 与 Us 同相位。 四、 总体电路的功能框图及其说明 控制电路产生 PWM 控制信号，控制电路产生的控制信号传到驱动电路，驱动 电路把控制信号转换为加在 MOSFET 控制端和公共端之间，可以使其开通或关断 的信号。通过控制 MOSFET 的开通和关断来控制主电路，即单相全桥电路工作。 保护电路是用来保护电路的，防止电路产生过电流、过电压和欠电压等现象损害 电路设备。 五、 单相全桥 PWM 整流电路 1、 主电路原理图：
    工作原理：同 SPWM 逆变电路控制输出电压相类似，可在 PWM 整流电路的交流输入端 AB 之间产生一个正弦波调制 PWM 波 Uab， Uab 中除了含有与电源同频率的基波分量外，还含有与开关频率有关 的高次谐波。由于电感 Ls 的滤波作用，这些高次谐波电压只会使交 流电流 Is 产生很小的脉动。如果忽略这种脉动，Is 为频率与电源频率 相同的正弦波。在交流电源电压 Us 一定时，Is 的幅值和相位由 Uab 中基波分量的幅值及其与 us 的相位差决定。改变 Uab 中基波分量的 幅值和相位，就可以使 Is 与 Us 同相位。 2、控制电路 id PI u* + d - ud R L ua,ub,uc 三角波 + - uA,B,C ud + 负载 uR + - - R sin(t+2k/3) uL (k=0,1,2) XL cos(t+2k/3) (k=0,1,2)
    控制原理：单极性 PWM 控制方式（单相桥逆变）在 ur 和 uc 的交点 时刻控制 MOSFET 的通断,ur 正半周，V1 保持通，V2 保持断,当 ur>uc 时使 V4 通，V3 断，uo=Ud,当 uruc 时使 V3 断，V4 通，uo=0,虚线 uof 表示 uo 的基波分量。
    3、 驱动电路 说明：驱动电路，是电力电子主电路与控制电路之间的接口，良好的 驱动电路使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间， 减小开关损耗，对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义， 一些保护措施也往往设在驱动电路中，或通过驱动电路实现，专为驱 动电力 MOSFET 而设计的混合集成电路有三菱公司的 M57918L，其输 入信号电流幅值为 16mA，输出最大脉冲电流为+2A 和-3A，输出驱动 电压+15V 和-10V。 如图所示驱动电路的工作原理当无输入信号时高 速放大器 A 输出负电平，V3 导通输出负驱动电压，当有输入信号时 A 输出正电平，V2 导通输出正驱动电压。 4、 保护电路 说明：1）防止栅极 di／dt 过高：由于采用驱动芯片，其输出 阻抗较低，直接驱动功率管会引起驱动的功率管快速的开通和关 断，有可能造成功率管漏源极间的电压震荡，或者有可能造成功 率管遭受过高的 di／dt 而引起误导通。为避免上述现象的发生， 通常在 MOS 驱动器的输出与 MOS 管的栅极之间串联一个电阻， 电阻的大小一般选取几十欧姆。
    2)防止栅源极间过电压 由于栅极与源极的阻抗很高，漏极与 源极间的电压突变会通过极间电容耦合到栅极而产生相当高的栅 源尖峰电压，此电压会使很薄的栅源氧化层击穿，同时栅极很容 易积累电荷也会使栅源氧化层击穿，所以要在 MOS 管栅极并联稳 压管以限制栅极电压在稳压管稳压值以下，保护 MOS 管不被击 穿，MOS 管栅极并联电阻是为了释放栅极电荷，不让电荷积累。 3)防护漏源极之间过电压 虽然漏源击穿电压 VDS 一般都很大， 但如果漏源极不加保护电路，同样有可能因为器件开关瞬间电流 的突变而产生漏极尖峰电压，进而损坏 MOS 管，功率管开关速度 越快，产生的过电压也就越高。为了防止器件损坏，通常采用齐 纳二极管钳位和 RC 缓冲电路等保护措施。 当电流过大或者发生短路时，功率 MOSFET 漏极与源极之间的 电流会迅速增加并超过额定值，必须在过流极限值所规定的时间 内关断功率 MOSFET，否则器件将被烧坏，因此在主回路增加电流 采样保护电路，当电流到达一定值，通过保护电路关闭驱动电路 来保护 MOSFET 管。当电流过大或者发生短路时，功率 MOSFET 漏极与源极之间的电流会迅速增加并超过额定值，必须在过流极 限值所规定的时间内关断功率 MOSFET，否则器件将被烧坏，因此 在主回路增加电流采样保护电路，当电流到达一定值，通过保护 电路关闭驱动电路来保护 MOSFET 管。下图是 MOSFET 管的保护 电路
    六、 仿真电路及波形 1、 总体电路
    2、 输出波形
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