IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计要点

电子技术课程设计

说明书

IGBT 单相电压型全桥无源逆变电路

设计

学生姓名： 学号：

学 院：

专

指导教师：

2013年01月

XXX 1005044245 信息与通讯工程学院 电气工程及其自动化

中北大学

电子技术课程设计任务书

2012/2013 学年第一学期

学院：信息与通讯工程学院

专业：电气工程及其自动化

学生姓名：胡定章学号： 1005044245

课程设计题目：IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计

起迄日期: 12月24日~ 01月4 日

课程设计地点:电气工程系软件实验室

指导教师:石喜玲

系主任：王忠庆

下达任务书日期: 2012 年 12 月 24日

课程设计任务书

课程设计任务书

目录

1 引言 (1)

2 工作原理概论 (1)

2.1 IGBT的简述 (1)

2.2 电压型逆变电路的特点及主要类型 (2)

2.3 IGBT单相电压型全桥无源逆变电路原理分析 (2)

3 主电路设计及参数选择 (3)

3.1 主电路仿真图 (3)

3.2参数设置及计算 (3)

3.2.1参数设置 (3)

3.2.2计算 (3)

3.2.3设置主电路 (4)

4 仿真电路结果的分析 (5)

4.1 仿真电路图 (5)

1.1.14.1.1 触发电平与负载输出波的波形图 (5)

4.1.2 IGBT电流电压波形图 (6)

4.2 仿真波形分析 (6)

5 总结 (7)

参考文献 (7)

2引言

本次课程设计的题目是IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计，根据电力电子技术的相关知识，单相桥式逆变电路是一种常见的逆变电路，与整流电

路相比较，把直流电变成交流电的电路成为逆变电路。当交流侧接在电网上，称为有源逆变；当交流侧直接和负载相接时，称为无源逆变，逆变电路在现实

生活中有很广泛的应用。

3工作原理概论

2. 1 IGBT的简述

绝缘栅双极晶体管（Insulated-gate Bipolar Transistor）,英文简写为IGBT。它是一种典型的全控器件。它综合了GTR和MOSFET的优点，因而具有良好的特性。现已成为中、大功率电力电子设备的主导器件。IGBT是三端器件，具有栅极G、集电极C 和发射极E。它可以看成是一个晶体管的基极通过电阻与MOSFET相连接所构成的一种器件。其等效电路和电气符号如下：

图1 IGBT等效电路和电气图形符号

它的开通和关断是由栅极和发射极间的电压错误!未找到引用源。所决定的。当UGE 为正且大于开启电压UGE时，MOSFET内形成沟道，并为晶体管提供基极电流进而是IGBT 导通。由于前面提到的电导调制效应，使得电阻错误!未找到引用源。减小，这样高耐压的IGBT也具有很小的通态压降。当山脊与发射极间施加反向电压或不加信号时，

MOSFET内的沟道消失，晶体管的积极电流被切断，使得IGBT关断。

2.2 电压型逆变电路的特点及主要类型

根据直流侧电源性质的不同可分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变电路；直流侧是电流源的则称为电流型逆变电路。电压型逆变电路有以下特点：直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。

由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位因为负载阻抗的情况不同而不同。

当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧想直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。又称为续流二极管。

逆变电路分为三相和单相两大类。其中，单相逆变电路主要采用桥式接法。主要有：单相半桥和单相全桥逆变电路。而三相电压型逆变电路则是由三个单相逆变电路组成。

2.3 IGBT单相电压型全桥无源逆变电路原理分析

单相逆变电路主要采用桥式接法。它的电路结构主要由四个桥臂组成，其中

每个桥臂都有一个全控器件IGBT和一个反向并接的续流二极管，在直流侧并联有

大电容而负载接在桥臂之间。其中桥臂1,4为一对，桥臂2，3为一对。可以看成

由两个半桥电路组合而成。其基本电路连接图如下所示：

图2 电压型全桥无源逆变电路的电路图

由于采用绝缘栅晶体管（IGBT）来设计,如图2的单相桥式电压型无源逆变电路，此课程设计为阻感负载，故应将RLC负载中电容的值设为零。此电路由两对桥臂组成，V1和V4与V2和V3两对桥臂各导通180度。再加上采用了移相调压法，所以VT3的基极信号落后于VT1的90度，VT4的基极信号落后于VT2的90度。因为是电阻负载，故晶体管均没有续流作用。输出电压和电流的波形相同，均为90度正值、90度零、90度负值、90度零……这样一直循环下去。

4主电路设计及参数选择

4.1主电路仿真图

在本次设计中，主要采用单相全桥式无源逆变电路(电阻负载)作为设计的主电路。由于软件上的电源等器件都是理想器件，故可将直流侧并联的大电容直接去掉。由以上工作原理概论的分析可得其主电路仿真图如下所示：

图3 单相电压型全桥无源逆变电路（阻感负载）的主电路

3.2参数设计及计算

3.2.1参数设置

电阻负载，直流侧输入电压错误!未找到引用源。=100V, 脉宽为θ=90°的方波，输出功率为300W，电容设置为理想零状态。频率为1000Hz。

3.2.2计算

由频率为1000Hz即可得出周期为T=0.001s，由于V3的基波信号比V1的落后