1、目錄 MOSFET 和電壓型無源逆變電路簡介 1 1. MOSFET 簡介 1 2. 電壓型無源逆變電路簡介 1 主電路圖設計和參數計算 2 1.主電路圖設計 2 2. 相關參數計算 2 驅動電路的設計和選型 4 1.驅動電路簡介 4 2. 驅動電路的選用 4 電路的過電壓保護和過電流保護設計 5 1. 過電壓保護 5 2. 過電流保護 7 3. 保護電路的選擇以及參數計算 8 MATLAB10 1. 主電路圖以及參數設定 10 2. 仿真結果 14 總結與體會 15 附錄：電路圖 16 、 MOSFET 和電壓型無源逆變電路的介紹 1.MOSFET 簡介 金屬-氧化層 半導 體場效晶體管，簡

2、 稱金氧半場 效晶體管 (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)是一種可以廣泛 使用在模擬電路與數字電路的場效晶體管(field-effect transistor)。MOSFET依照 其“通道”的極性不同，可分為“ N型”與“ P型”的MOSFET,通常又稱為 NMOSFET 與 PMOSFET，其他簡稱尚包括 NMOS FET、PMOS FET、nMOSFET、 pMOSFET 等。其特點是用柵極電壓來控制漏極 電流，驅動電路簡單，需要的 驅動功率小，開關速度快，工作頻率高，熱穩定性優于GTR，但其電流容量小，

3、耐壓低，一般只適用于功率不超過 10kW 的電力電子裝置。 2.電壓型無源逆變電路簡介 把直流電變成交流電稱為逆變。 逆變電路分為三相和單相兩大類。 其中，單 相逆變電路主要采用橋式接法。 主要有： 單相半橋和單相全橋逆變電路。 而三相 電壓型逆變電路則是由三個單相逆變電路組成。 如果將逆變電路的交流側接到交流電網上， 把直流電逆變成同頻率的交流電 反送到電網去，稱為有源逆變。 無源逆變是指逆變器的交流側不與電網連接， 而是直接接到負載， 即將直流 電逆變為某一頻率或可變頻率的交流電供給負載。 它在交流電機變頻調速、 感應 加熱、不停電電源等方面應用十分廣泛，是構成電力電子技術的重要內容。 電

4、壓型逆變電路有以下特點： 直流側為電壓源， 或并聯有大電容， 相當于電 壓源。直流側電壓基本無脈動， 直流回路呈現低阻抗。 由于直流電壓源的鉗位作 用，交流側輸出電壓波形為矩形波，并且與負載阻抗角無關。 13 、主電路圖設計和參數計算 1主電路圖設計 Ud 圖一：主電路圖 電路采用全橋接法。它的電路結構主要由四個橋臂組成，其中每個橋臂都有 一個全控器件MOSFE和一個反向并接的續流二極管，在直流側并聯有大電容而 負載接在橋臂之間。其中橋臂1,4為一對，橋臂2，3為一對。 由于課程設計要求負載為純電阻負載， 則右端負載中沒有電感和電容，且續 流二極管中無電流流過。電路中 V與Va有驅動信號時，V

5、2和V3無驅動信號；V2 與V3有驅動信號時，Vi和Va無驅動信號。兩對橋臂各導通 180，這樣就把直流 電轉換成了交流電。 2.相關參數計算 輸入直流電壓Ud 100V ,輸出功率為200W輸出電壓波形為1KHz方波。 該電路所有元件均視為理想器件，且每個 MOST在半個周期內電壓為0,半 個周期內承受的電壓為U，所以有： Uo Ud 100V 又因為P 200W，所以有電阻: Uo 50 則輸出電流有效值: 2A 晶閘管額定值計算。電流最大值: max Io 2A 額定電流取大于Imax即可。 最大反向電壓： U max 100V 則額定電壓： Un (2 3) 100200300V 三、

6、驅動電路的設計和選型 1.驅動電路簡介 驅動電路 主電路與控制電路之間的接口 態，縮短開關時間，減小開 關損耗，對裝置的運行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。 對器件或整個裝置的一些保護措施也往往設在驅動電路中，或通過 驅動電路實現。 驅動電路的基本任務： 將信息電子電路傳來的信號按控制目標的要求，轉換為加在電力電 子器件控制端和公共端之間，可以使其開通或關斷的信號。 對半控型器件只需提供開通控制信號。 對全控型器件則既要提供開通控制信號，又要提供關斷控制信號。 驅動電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環節，一般采用光隔離 或磁隔離。 光隔離一般采用光耦合器 磁隔離的元件通常是脈沖變壓

7、器 a）bci 圖2:光耦合器的類型及接法 a）普通型b） 高速型c）高傳輸比型 2.驅動電路的選用 電力MOSFE是電壓驅動型器件。電力MOSFE的柵源極之間有數千皮法左右 的極間電容，為快速建立驅動電壓，要求驅動電路具有較小的輸出電阻。 使電力 MOSFE開通的柵源極間驅動電壓一般取1015V。同樣，關斷時施加一定幅值的 負驅動電源（一般取-5-15V）有利于減小關斷時間和關斷損耗。 在柵極串入一 只低值電阻（數十歐左右）可以減小寄生振蕩，該電阻阻值應隨被驅動器件電流 額定值的增大而減小。 專為驅動電力MOSFE而設計的混合集成電路有三菱公司的 M57918L其輸 入信號電流幅值為16mA

8、輸出最大脈沖電流為+2A和-3A，輸出驅動電壓+15V和 -10V。本次課程設計的驅動電路采用如下電路。 圖3:驅動電路 該驅動電路包括電氣隔離和晶體管放大電路兩部分。當無輸入信號時高速放 大器A輸出負電平，Vs導通輸出負驅動電壓。當有輸入信號時 A輸出正電平，V2 導通輸出正驅動電壓。 四、電路的過電壓保護和過電流保護設計 1.過電壓保護 電力電子裝置中可能發生的過電壓分為外因過電壓和內因過電壓兩類。夕卜因 過電壓主要來自雷擊和系統中的操作過程等外部原因，包括： 操作過電壓：由分閘、合閘等開關操作引起的過電壓。 雷擊過電壓：由雷擊引起的過電壓。 內因過電壓主要來自電力電子裝置內部器件的開關過

9、程，包括： 換相過電壓：由于晶閘管或者與全控型器件反并聯的續流二極管在 換相結束后不能立刻恢復阻斷能力，因而有較大的反向電流流過，使殘存的 載流子恢復，因而其恢復了阻斷能力時，反向電流急劇減小，這樣的電流突 變會因線路電感而在晶閘管陰陽極之間或續流二極管反并聯的全控型器件 兩端產生過電壓。 關斷過電壓：全控型器件在較高頻率下工作，當器件關斷時，因正 向電流的迅速降低而由線路電感在器件兩端感應出的過電壓。 圖4所示出了各種保護措施及其配置位置， 各電力電子裝置可見具體情 況只采用其中的幾種。其中RC3和RCD為抑制內因過電壓的措施。在抑制外 因過電壓的措施中，采用RC過電壓抑制電路是最為常見的，

10、其典型聯結方 式見圖4。RC過電壓抑制電路可接于供電變壓器的兩側（通常供電網一側稱 網側，電力電子電路一側稱為閥側），或電力電子電路的直流側。對于大容 量電力電子裝置，可采用圖6所示的反向阻斷式RC電路。有關保護電路的 參數計算可參照相關的工程手冊。采用雪崩二極管、金屬氧化物壓敏電阻、 硒堆和轉折二極管（BOD等非線性元器件來限制或吸收過電壓也是較常用 的措施。 a)b) 圖5: RC過電壓抑制電路聯結方式 農軋力電干裝畫 圖6:反向阻斷式過電壓抑制用 RC電路 2.過電流保護 電力電子電路運行不正常或者發生故障時， 可能會發生過電流。過電流分過 載和短路兩種情況。圖5-4給出了各種過電流保護

11、措施及其配置位置，其中采用 快速熔斷器、直流快速斷路器和過電流繼電器是較為常見的措施。 一般電力電子裝置均采用幾種過電流保護措施， 以提高保護的可靠性和合理 性。在選擇各種保護措施時應注意相互協調。 通常，電子電路作為第一保護措施， 快速熔斷器僅作為短路時的部分區段的保護， 直流快速斷路器整定在電子電路動 作之后實現保護，過電流繼電器整定在過載時動作。 采用快速熔斷器是電力電子裝置中最有效、應用最廣的一種過電流保護措 施。在選擇快速熔斷器時應考慮： 電壓等級應根據熔斷后快熔實際承受的電壓來確定。 電流容量應按其在主電路的接入方式和主電路聯結形式確定。快熔 一般與電力半導體器件串聯連接， 在小容

12、量裝置中也可串接于閥側交流母線 或直流母線中。 快熔的12t值應小于被保護器件的允許12t值。 為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應考慮其時間-電流特性。 3保護電路的選擇以及參數計算 對于MOSFE管用RC吸收電路進行過電壓保護。保護電路圖如圖 8所示 I1 11 R C 1IJ 圖8： RC吸收電路 根據前面計算，It(av)2A。 C (24) 103It(av)F 48nF R (1030) 電容可選瓷片電容，電阻 對于MOSFE管用快速熔斷器進行過電流保護。由于電路簡單、功率小且只 有純電阻負載，故可以將快速熔斷器與電源串聯接在主回路中。 I MAX 2A 快速熔斷器額定電流 INT

13、 (1.31.5) IMAX 2.63A 額定電壓 UNT 1.1U MAX 1.1 100 110V 熔斷器可選RLS-10,額定電流為3A。 五、MATLAB真 Matlab被譽為三大數學軟件之一，它在數學類科技應用軟件中在數值方面 首屈一指。Matlab可以進行矩陣、繪制函數和數據、實現算法、創建用戶界面、 連接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算、控制設計、信號處理與通訊、 圖像處理、信號檢測、金融建模設計與分析等領域，受到各個研究領域的推崇和 關注。本文也采用MATLAB件對研究結果經行仿真，以驗證結果是否正確。 1.主電路圖以及參數設定 主電路圖如圖9所示。 圖9:仿真電路 各

14、元件參數設置: DC Voltage Source: Series RLC Bran ch: RLC ETsr.ih ；乂諒 link- Ixpl?STnt Jet si.9uLa:lcn tiQt Auplituds: 1 F 6-r- Eiz.ctaxs 呂二 I -D ITI 2.仿真結果 負載電壓電流波形（上為電壓，下為電流）： 脈沖發生器波形（上為第1個和第4個，下為第2個和第3 個）: 第一個 從仿真結果可以看出輸出電壓為幅值為100V、頻率為1kHz的方波，負載電流和 電壓相位相同且幅值為2A,說明電路是正確的，仿真成功。 1 六、總結與體會 這次課程設計是圍繞著電力電子技術這門課展開的。其中共有20 個課 題，我選的課題是MOSFE單相橋式無源逆變電路設計（純電阻電路）。 從開始做到到做完， 大概用了我三天的時間。 其中設計電路圖并不難， 教材 上有；主要難點在于保護電路的選用、參數計算和MATLA仿真。由于教材上對 于保護電路的介紹十分簡短， 沒有參數計算過程， 所以電路選用和參數計算只能 查找資料。最后根據我在網上找到的資料和自己的理解， 選擇了合