第6章 Multisim 12.0在电源电路中的应用和仿真

图6-12
降压斩波电路图

3） XFG1设置为方波，频率为500Hz，振幅为10v偏置为10v ，占空比50%，运行仿真分析之后，输出波形如图6-13所示.
图6-13直流斩波降压电路输出波形

1）直流升压斩波变换电路模型如图6-14所示，输出电压Uo总 是大于输入电压UD，当开关S闭合时，二极管受电容C上的反 偏电压影响而截止，于是将输出级隔离，由输入端电源向电 感供应能量。
图6-16 函数发生器设置对话框

3）启动仿真之后，可看到输出电压在短暂的上升之后，趋近 稳定，达到20.07V，点击示波器，升压斩波电路输出电压变 化曲线如图6-17所示。
图6-17
直流升压斩波电路仿真波形

1）直流降压-升压斩波变换电路的输出电压可以高于或低于 输入电压，具有相对输入电压公共端为负极性的输出电压， 由直流降压和直流变换电路串接而成。稳态时，假定两个变 换电路的开关具有相同的占空比，这时输出-输入电压的变换 比是两个串接变换电路变换比的乘积。电路模型如图6-18所 示。

3）在图6-26中增加一个滤波电感（1H）和电容（10uF），如图6-29 所示，重新仿真之后，可以看到经过一段时间稳定后输出一个正弦 波，波形图如6-30所示。
图6-29 带LC滤波的 MOSFET DC-AC全桥逆变电路
图 6-30 滤波电路输出波形


1）正弦脉宽调制逆变电路是一种交流-直流-交流变换器，它先把工 频交流电通过整流器整流成直流，然后再通过逆变器把直流电转变 成固定频率的交流电，逆变部分通常采用正弦脉宽调制逆变器。 一个电压型单相桥式逆变电路如图6-31所示，采用电力晶体管作为开 关器件，V1、V2通断互补，V3、V4通断互补。
图6-4 单相半波带滤波可控整流电路图
图6-5单相半波带滤波可控整流电路仿真波形

1）在单相桥式可控整流电路中，每次都要触发2只晶闸管， 电路复杂，为了简化电路，采用一只晶闸管控制导电回路， 另一只整流二极管来代替另一只晶闸管，如图6-6所示。 。
图6-6 单相半波可控整流电路

1）在单相桥式可控整流电路中，每次都要触发2只晶闸管， 电路复杂，为了简化电路，采用一只晶闸管控制导电回路， 另一只整流二极管来代替另一只晶闸管，如图6-6所示。 。
6-19直流降压-升压斩波变换电路
图6-20 V2脉冲源参数设置对话框

3）仿真结果如图6-21、6-22所示。
图6-21 D=0.6时的输出波形
图6-22 D=0.2时的输出波形

逆变电路是指将低电压变为高电压,把直流电变为交流电的电 路,它与整流电路相对应,是通用变频器的核心部件之一，在 太阳能和风力发电中有着非常重要的作用。 逆变电路的基本功能是在控制电路的控制下,将中间的直流电 路输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源 。逆变分为有源逆变和无源逆变，有源逆变是一种以晶闸管 为开关元件的相控方式，无源逆变是以可关断器件构成的 PWM运行方式。
图6-26
MOSFET DC-AC全桥逆变电路

2）启动仿真，点击示波器，可以看到ɑ=0°时的输出波形如图6-27 所示。对V1-V4的延迟时间设置为1.25ms，此时触发角ɑ=45°（ 1.25×2π/10），对应的输出波形如图6-28所示。
图6-27 ɑ=0°时输出波形
图 6-28 ɑ=45°的输出波形
图6-2
信号发生器设置

3）运行仿真之后，电源两端和负载端电压仿真曲线如图6-3 所示。从图6-3中可见，当触发角ɑ为0°时，在电源电压正半 周，晶闸管导通，单相半波可控整流电路负载有电流流过。 在负半周，晶闸管断开，没有电流通过。
图6-3 触发角ɑ=0°的仿真曲线

4）根据单相半波带滤波可控整流电路的拓扑结构，把电容并 联到负载两端，电路图如图6-4所示，运行仿真之后，仿真曲 线如图6-5所示，从图中可见，由于滤波电容的存在，使得负 载电压的脉动减小，负载电压趋向平缓，验证了仿真电路的 正确性。


2）从Multisim12.0元件库里调用单向交流电压源、晶闸管、 电阻元件，从仪器仪表库里调用信号发生器和示波器，按照 单相半波可控整流电路拓扑结构图的要求连接仿真模型，如 图6-1所示。
图6-1 单相半波可控整流电路

2）设置晶闸管脉冲触发信号，双击信号发生器，打开信号发 生器窗口，波形设置如图6-2所示，电源器件参数设置为： V=220v，R1=1Ώ，f=50Hz。

直流斩波变换电路是将一个固定的直流电压变换成电压大小 可调的直流电压的电路，也称为直流变换电路，不包括直 流—交流—直流的情况。

直流斩波技术被广泛应用在开关电源和直流电动机的驱动中， 如不间断电源（UPS）、无轨电车、地铁列车、蓄电池供电的 机动车辆的无极变速及电动汽车的控制。能使上述控制获得 加速平稳、快速响应的性能，并同时获得节能的效果。
图6-6 单相半控桥整流电路

2）通过调整V1和V2的延迟参数，达到调节晶闸管VT1和VT3 的触发延迟时间，从而改变触发角。触发脉冲V1和V2的参数 设置如图6-7所示。
图6-7触发脉冲参数设置

3）触发角ɑ为0°时的波形，如图6-8所示。
图6-8 ɑ为0°时的波形图

1）三相桥式整流电路是由三相半波整流电路演变而来，它由 三相半波共阴极接法和三相半波共阳极接法的串联组合。六 个二极管分别按照一定规律的脉冲触发导通，来实现对三相 调用元器件交流电的整流。相桥式整流电路电路图如图6-9所 示。



三相桥式电路具有以下特点： 在任何时刻都有2个整流管导通，其中电位最高相共阴极组的 二极管和电位最低相的共阳极组的二极管导通，每个二极管 导通2π/3。 整流整流管导通的顺序VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6-VT1,循环 往复。 整流输出电压在一个电压周期内脉动6次，每次脉冲的波形都 一样。
R
L
信号波 载波调制 电路图6-31电压型单相桥式逆变电路结构

2）SPWM产生电路如图6-32所示，函数发生器XFG1产生频率1kHz的 三角波信号作为载波信号，函数发生器XFG2产生的50Hz的正弦波信 号作为调制信号，比较器作为调制器。三角波信号和正弦波信号分 别加在比较器的同相和反相输入端，通过比较器进行比较，从而输 出SPWM波。
图6-23
逆变电路简图及其波形

2）把图6-23中S1、S2、S3、S4四个开关换成四个晶体管，为 了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并 联续流二极管，直流侧并联一个大电容，就组成了DC-AC全桥 逆变电路。从对应库里找到所需器件，放置到窗口中，进行连 线，电路图如图6-24所示。
图6-14 直流升压斩波电路结构

2）直流升压斩波电路如图6-15所示，V1是直流输入电源，电 压为9V，Q1（2SK3070L)为开关管，栅极受脉冲发生器XFG1 控制，用鼠标双击XFG1，打开对话框，设置频率、幅值、占 空比，偏置电压等等。参数设置如图6-16所示。
图6-15直流升压斩波电路图
图6-32
SPWM产生电路

3）XFG1和XFG2的设置如图6-33所示。
图6-33
XFG1和XFG2的设置对话框

4）产生的波形如图6-34所示，通过比较器产生的波形如图6-35所示 。
图6-34 输入波形图
图6-35 SPWM产生电路输入输出波形
图6-24
DC-AC全桥逆变电路图

3）四个桥臂中，Q1和Q4是一对，Q2和Q3是一对，两队桥臂 交替导通180°，为此在设置Q1、Q4和Q2、Q3的基极控制电 压时，其相位互差180°。运行仿真后，输入输出如图6-25所 示。
图6-25
输入输出波形图

1） MOSFET DC-AC全桥逆变电路如图6-26所示，图中，Ud为输入电 压源，电压控制电压源VCVS1-VCVS4和脉冲电压源V1-V4组成 MOSFET功率开关管驱动电路，栅极受电压控制的电压源控制，受控 源又受对应的脉冲源控制。
图6-9三相桥式整流电路图

2）从相应库里调用对应元件，放到合适的位置，创建三相桥 式整流电路。电路中二极管D1、D3、D5按共阴极连接，D2、 D4、D6按共阳极连接，此外二极管D1、D2接a相，D3、D4接 b相，D5、D6接C相。运行仿真分析之后，输入输出波形如图 6-10所示。
图6-10
三相桥式整流电路输入输出电压波形

1） IGBT 降压斩波电路就是直流斩波中最基本的一种电路， 是用 IGBT 作为全控型器件的降压斩波电路，用于直流到直流 的降压变换。降压式斩波电路的输出电压平均值低于直流电 压。其电路结构如图6-11所示。
图6-11
降压斩波电路结构

2)从对应库里找到所需器件，放置到窗口中，进行连线，电 路图如图6-12所示。
01
整流电路
02
03
直流斩波变换电路
逆变电路

将交变电路变换成单向脉动电流的过程叫做整流，而完成整 流过程的电力电子电路称为整流电路。 利用晶闸管的单向导电性及其可以控制导通的特性，可以构 成直流电压可控、可调的整流电路，由于其可调可控是通过 控制晶闸管门级脉冲和输入电压的相位来实现的，故称相控 整流电路。


1）单相桥式逆变电路来说明其工作原理，其简图如6-23所示。图中 S1~S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。S1、 S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。S1、S4断开，S2、S3闭合 时，负载电压uo为负，从而把直流电转变成交流电。改变两组开关切 换频率，可改变输出交流电频率。输出交流电的频率与两组开关的 切换频率成正比，由此就实现了直流电到交流电的逆变。当是电阻 负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位也相同。当是阻感负载时 ，io相位滞后于uo，波形也不同。