单相H桥逆变控制系统设计

时间:2024-12-25 14:19:01 来源:作文网 作者:管理员

摘要:文章针对全桥逆变电路,提出了一种解决上桥臂为N沟道的控制方法,采用理论分析与仿真实验研究相结合的方法,对主电路和控制驱动电路进行了设计,并用Saber仿真软件对所提方案进行了验证,验证了设计方案的可行性。

关键词:H桥逆变 SPWM控制 N沟道MOS管

1 概述

根据输入逆变电路的电源性质,可以将逆变电路分为电流型和电压型两种电路形式,通常采用电压型逆变电路。本设计为单相逆变系统的设计,单相电压型逆变电路有半桥逆变电路和全桥逆变电路两种,其中半桥逆变电路有两个桥臂,只有上桥臂,由两个开关器件构成;而全桥逆变电路有上下两个桥臂,由四个开关器件构成。相对而言,半桥逆变电路更好控制,但却较难实现输入侧两个电容的均压问题,输入侧不均压导致输出交流电的质量低,并且输出交流电的幅值只能为输入直流电的一半;而对于全桥逆变电路则存在上桥臂开关管控制问题,由于P沟道的耐压相对N沟道较低,当选择耐压较高的N沟道开关管作为上ต桥臂的开关器件时,存在寄生电容充放电等问题,针对以上问题,本文主要研究设计单相全桥逆变系统的控制。

2 系统方案确定

根据设计要求,本部分首先给出单相全桥逆变电路的主电路结 ☺构并计算主电路参数,再给出控制驱动电路方案。

对于全桥逆变电路的主电路,主要选择的器件是开关管型号。而对于阻感性负载的电路,为防止电感中储存的能量回流,导致同一个桥臂的两个开关管同时导通,造成短路,常在开关管两侧并联一个续流二极管。现如今,逆变电路常用的全控型器件是电力MOSFET和IGBT,其中IGBT多用在大功率的场合,且内部没有寄生二极管;考虑到本设计对输出功率要求不大,且MOSFET内部已经集成了寄生二极管,可以不用再额外设计续流二极管,因此,为了方便设计,简化计算,本设计采用MOSFET作为全桥逆变电路的开关管。

2.2 控制电路设计 逆变电路常采用PWM和SPWM控制方式。PWM控制技术,就是对脉冲的宽度进行控制的技术,而SPWM控制技术基于PWM控制繁衍而生,原理相似,根据面积等效原理,将要求输出的波形用一系列等副不等宽的脉冲代替,得到作用效果相同的新波形。现今,人们已经不满足于方波,而是希望输出纯净的正弦波,也就是采用以正弦波作为调制信号、三角波作为载波的SPWM控制技术,故本设计采用以EG8010作为逆变电路控制芯片的SPWM控制技术作为全桥逆变电路的控制手段。

图2 IR2110驱动单相全桥逆变电路结构图

IR2110芯片的VB引脚与VS引脚之间的自举电容可以根据经验值来选取,本设计采用10uF的电解电容作为自举电容;VB引脚与VCC引脚间的自举二极管选取FR107作为快恢复二极管。当上半桥选择N沟道的MOS管时,驱动信号不能直接驱动MOS管,而是在驱动信号与MOS管的栅极之间接一个栅极电阻,栅极电阻阻值与驱动速度成反比,实际硬件电路中,需在栅极电阻上并联一个二极管加快驱动速度。而且为了消耗掉MOS管中的寄生电容并防止同一桥臂的两个MOS管同时导通,需在栅极与源极之间接一个下拉电阻。

3 系统仿真与分析

在♚前面已经确定了逆变系统的主电路和控制驱动电路方案的基础上,此部分以输出60Hz频率交流电为例,在Saber环境中对已设计方案进行了系统搭建与仿真分析,如图3所示。由于控制信号与MOSFET的栅极之间需要进行隔离,故接线图中采用VCVS实现隔离功能,仿真输出波形如图4所示。由图4可知,按照设计方案原理所做的仿真电路负载两侧的输出电压为正弦波,经测量,波形的频率为60.042HZ,故由仿真结果可知,本文所设计的EG8010控制全桥逆变实现逆变功能的方案可行。并且根据第三章所介绍的控制原理与方法可知,采用本设计方法将能够很容易地实现调频控制。

图3 单相全桥逆变电路仿真图

图4 负载两侧电压输出波形图

4 总结

通过对单相全桥逆变系统的工作原理进行分析与探讨,验证了本文所提出的单相逆变系统控制方案具有可行性,解决了上下桥臂均为N沟道MOS管的导通问题,具有一定的实际应用价值。

参考文献:

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