单相PWM整流电路-仿真

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、控制电路图6-31PI+-负载三角波sin(t+2k/3)(k=0,1,2)cos(t+2k/3)(k=0,1,2)u*dud+-+--+iduRuLXLRuA,B,CudRLua,ub,uc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uruc时使V4通，V3断，uo=Ud,当uruc时使V4断，V3通，uo=0,ur负半周，V1保持断，V2保持通,当uruc时使V3通，V4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、输出波形七、元器件型号参数器件名称规格与型号数量绝缘栅双极型晶体管200V/10A4个电阻0.52个电感0.01H2个PWM控制器SG35251片交流电压源50V/50H1个直流电压源100V1个二极管0.7V4个八、收获、体会及改进想法收获、体会：一周下来，各种各样的找资料，了解了很多电力电子相关知识，对这门课有更多的了解。在电路的搭建过程中的问题，和调试过程中的问题，通过查阅许多相关资料并请教老师后终于将问题解决，完成了电路的调试。在探讨问题的的过程中，感觉获益匪浅，对学习也有了更多的理解。改进：组长有兴趣完成三相PWM整流电路的想法。九、参考文献[1]《电力电子技术.机械工业出版社》.王兆安.第五版[2]《计算机仿真技术与CAD-基于MATLAB的控制系统》.电子工业出版社.李国勇.第二版[3]《现代电力电子技术及其应用》.东南大学出版社，王维平.[4]《电力电子技术计算机仿真实验》.北京：电子工业出版社.李传琦.[5]《电力电子技术与MATLAB仿真》.北京：中国电力出版社.周渊深.