桥式可逆斩波电路四象限运行分析教案资料
基于单片机控制的桥式可逆斩波电路研究
2009 年第 4 期 19理论与设计基于单片机控制的桥式可逆斩波电路研究王俭朴南京工程学院（211167）Research of the Bridgelike Reversible Chopper Based on the Single Chip MicroprocessorWang JianpuNanjing Institute of Technology式可逆斩波电路的特点，具有反应速度快、效率高、开关元件承受反压小的特点。
本文给出了桥式可逆斩波电路详细的分析和仿真。
1 电路拓扑和工作原理桥式可逆斩波电路原理图，如图1。
设电动机感应电动势为E M ，电感电流正方向为A→B。
桥式可逆斩波电路包括四个工作模态。
摘 要：以单片机为核心的桥式可逆斩波电路实现直-直电压的斩波控制，有利于提高变换器的功率密度和功率效率。
文章给出其工作模态和工作原理，讨论了三种P W M调制策略，并指出单极性调制策略可降低开关损耗。
斩波开关元件采用电力电子器件I G B T。
系统具有控制灵活、外围器件少、结构简单、精度高、可靠性高等特点，通过仿真得到了验证。
关键词：斩波器 直-直变换器 微控制器Abstract: Realization the dc-dc voltage choppercontrol by means of the brigelike reversible chopper based upon the single chip microprocessor as the key, was helpful to increase the power density and ef fi ciency. The working model and principle were put forward, three kinds of PWM modulation strategies were discussed and single-pole modulation strategy bringing up with the benefit to reduce the switch loss was advised as well in the paper. The power electronics IGBT was used as the chopper switching elements with the advantages of fl exible control, less parts of the outside circuit, simple construction, high accuracy and remarkable reliability. The simulation result proved all these.Keywords: Chopper DC/DC converter Microproc-essor直流斩波电路是城市轨道交通车辆电力牵引系统中广泛应用的电力电子电路，主要用于构成驱动直流电机的调压调速主电路和辅助电路的前级。
电力电子复习(有答案)
第一章填空题：1.电力电子器件一般工作在_开关__状态。
2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为_通态损耗_，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为_开关损耗。
3.电力电子器件组成的系统，一般由_主电路_、_驱动电路_、_控制电路_三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加_保护电路_。
4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为单极型器件、双极型器件、复合型器件三类。
5.电力二极管的工作特性可概括为单向导通。
6.电力二极管的主要类型有普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管。
7.肖特基二极管的开关损耗__小于_快恢复二极管的开关损耗。
8.晶闸管的基本工作特性可概括为正向有触发则导通、反向截止。
（SCR晶闸管）9.对同一晶闸管，维持电流I H与擎住电流I L在数值大小上有I L_大于I H。
（I L=2~4I H）10.晶闸管断态不重复电压U DRM与转折电压U bo数值大小上应为，U DRM_小于_Ubo。
11.逆导晶闸管是将_二极管_与晶闸管_反并联_（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。
12.GTO的__阴极和门极在器件内并联_结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。
（GTO门极可关断晶闸管）13.功率晶体管GTR从高电压小电流向低电压大电流跃变的现象称为_二次击穿_ 。
14.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的_截止区_、前者的饱和区对应后者的_放大区_、前者的非饱和区对应后者的_饱和区_。
15.电力MOSFET的通态电阻具有正温度系数。
（MOSFET场效应晶体管、GTR电力晶体管、IGBT绝缘栅双极型16.IGBT 的开启电压U GE（th）随温度升高而_略有下降_，开关速度_低于_电力MOSFET 。
晶体管）17.功率集成电路PIC分为二大类，一类是高压集成电路，另一类是智能功率集成电路。
(完整word版)《电力电子技术》课后答案..
第二章 电力电子器件2. 使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。
或：u AK >0且u GK >0。
3. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。
要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。
4. 图1-43中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I 1、I 2、I 3。
π4π4π25π4a)b)c)图1-43图1-43 晶闸管导电波形解：a) I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m=π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1=⎰ππωωπ42)()sin (21t d t I m =2m I π2143+≈0.4767 I m b) I d2 =π1⎰ππωω4)(sin t td I m =πm I (122+)≈0.5434 I m I 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =22m I π2143+≈0.6741I m c)I d3=π21⎰20)(πωt d I m =41 I mI 3 =⎰202)(21πωπt d I m =21 I m5. 上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶闸管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少？这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少?解：额定电流I T(AV) =100A 的晶闸管，允许的电流有效值I =157A ，由上题计算结果知a) I m1≈4767.0I≈329.35， I d1≈0.2717 I m1≈89.48b) I m2≈6741.0I ≈232.90,I d2≈0.5434 I m2≈126.56c) I m3=2 I = 314,I d3=41 I m3=78.56. GTO 和普通晶闸管同为PNPN 结构，为什么GTO 能够自关断，而普通晶闸管不能？答：GTO 和普通晶闸管同为PNPN 结构，由P 1N 1P 2和N 1P 2N 2构成两个晶体管V 1、V 2,分别具有共基极电流增益1α和2α，由普通晶闸管的分析可得，1α+2α=1是器件临界导通的条件。
桥式可逆斩波电路的设计
桥式可逆斩波电路的设计1 设计任务1.方案设计2.完成主电路的原理分析,各主要元器件的选择3.驱动电路的设计4.绘制系统硬件图5.利用matlab仿真软件建模并仿真，获取输出电压电流波形，并对结果进行分析2 初始条件设计一桥式可逆斩波电路（IGBT），已知电源电压为400V，反电动势负载，其中R的值为5Ω、L 的值为1 mH、E=50V。
3 设计思路首先明确什么是斩波电路，了解其定义、分类与应用后知桥式可逆斩波电路是利用不同的基本斩波电路进行组合而构成的复合斩波电路，那么，就必须从最基本的斩波电路着手，循序渐进地分析，最后设计出桥式可逆斩波电路,并利用matlab软件得到正确的波形。
4 设计过程直流-直流变流电路（DC-DC Converter）的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。
直接直流变流电路也称斩波电路（DC Chopper），它的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出不隔离。
直流斩波电路的种类较多，最基本的电路是降压斩波电路和升压斩波电路，利用它们进行组合可构成复合斩波电路，如电流可逆斩波电路，桥式可逆斩波电路，而桥式可逆斩波电路又可看做是电流可逆斩波电路的升级版或由两个电流可逆斩波电路组合而成。
4.1 降压斩波电路斩波电路的典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载，两种情况下负载中均会出现反电动势，如图中E M 所示。
降压斩波电路的原理图及工作波形如图1所示。
图1降压斩波电路的原理图及工作波形a)电路图 b)电流连续时的波形 c)电流断续时的波形工作原理 ：t =0时刻驱动V 导通，电源E 向负载供电，负载电压u o =E ，负载电流i o 按指数曲线上升；t =t 1时刻控制V 关断，负载电流经二极管VD 续流，负载c)i E M电压u o近似为零，负载电流呈指数曲线下降。
四象限斩波调速系统设计
目录摘要 (1)1系统工作原理 (2)1.1结构与调速原理 (2)1.2调速方案选择 (2)1.3调速电路方案 (3)1.4控制方案选择 (3)2主电路的设计与分析 (3)2.1 主电路的各个部分电路 (3)2.1.1 整流电路 (4)2.1.2 斩波调速电路 (5)2.1.3 保护电路设计 (6)2.2 主电路参数及选型技术要求 (7)2.2.1变压器参数计算 (7)2.2.2整流元件选择 (7)2.2.3滤波电容选择 (8)2.2.4 IGBT 的选择 (8)2.2.5保护元件的选用 (8)2.2.6反馈电路参数选择 (9)3控制电路的设计与分析 (10)3.1 触发电路的设计与分析 (11)3.2脉宽调制（PWM ）控制的设计与分析 (11)3.2.1 欠压锁定功能 (12)3.2.2系统的故障关闭功能 (13)3.2.3软起动功能 (13)3.2.4 波形的产生及控制方式分析 (13)3.3 延时驱动电路的设计 (13)3.4 ASR 和ACR 调节器设计 (14)3.4.1 ASR （速度调节器） (14)3.4.2 ACR （电流调节器） (15)3.5控制电路参数选择 (16)3.5.1振荡器T R 、T C 选择 (16)3.5.2电阻10R 、11R 、0R 的选择 (16)3.5.3放大器的参数选择 (17)3.5.4 电阻12R 及13R 选择 (17)3.5.5继电接触器电路的选择与计算 (17)4总电路图 (17)总结体会 (19)参考文献 (21)摘要长期以来，直流电机以其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。
特别随着计算机在控制领域和高开关频率、全控型第二代电力半导体器件的发展，以及脉宽调制(PWM)直流调速技术的应用，直流电机得到广泛应用。
直流电动机转速的控制方法可分励磁控制法与电枢电压控制法两类。
励磁控制法控制磁通，其控制功率虽然小，但低速时受到磁饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制；而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差。
H桥直流可逆斩波器设计与实验
《电力电子技术》课程三级项目项目名称：H桥直流可逆斩波器设计与实验指导教师：班级、组次：课题组成员：2019年12月项目分工及组内评分表填表要求：如实填写项目的组内分工（每人完成的百分比或者每人负责的内容），并按ABCD四档评分，A档不能超过两个，每一档都必须H桥可逆斩波器设计（燕山大学电气工程学院）摘要：设计H桥可逆斩波电路的控制电路及驱动电路，通过驱动电路控制主电路晶闸管的开通与关断，通过控制电路输出不同的方波，来控制电压占空比和电流的方向及电机的转速与转向，此外，对主电路的直流电压的参数，晶闸管的型号进行选取来完成直流电机的驱动。
1 前言基于H桥可逆斩波电路，设计相应的控制电路及驱动电路来控制H桥可逆斩波电路的晶闸管的开通与关断，进而控制电机的正转与反转，实现直流电机的四象限运行。
在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。
无论是在工农业生产、交通运输、国防、航空航天、医疗卫生、商务与办公设备中，还是在日常生活的家用电器中，都大量地使用着各种各样的电动机。
随着交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。
但直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场。
直流电机是广泛应用于电动汽车、数控机床和家电等领域的重要器件。
采用MOS管和专用栅极驱动芯片搭建H桥式驱动电路, 主控电路基于ARM 微处理器, 利用PWM方波通过控制电枢电压的大小占空比从而调节电机速度, 以及利用霍尔电流传感器检测电机电流大小监测电机运行情况, 从而达到稳定、精细、准确地控制无刷直流电机的正常运行。
H桥式电路可以实现无刷直流电机正反运转, 并且工作稳定、功耗小、效率高, 实现了无刷直流电机稳定可靠软启动和平稳精细调速控制。
直流电动机制动性能与起动性能都较为理想, 而且能够实现大范围的平滑调速, 因而在电力拖动领域中的应用十分常见。
以控制角度分析, 直流电机调速也成为交流拖动系统的重要基础。
2-6-四象限斩波电路及级联斩波
3.2.3
多相多重斩波电路
在电源和负载之间接入多个 结构相同的基本斩波电路而 构成
基本概念
多相多重斩波电路
相数
一个控制周期 中电源侧的电 流脉波数 负载电流脉波数
重数
15
3.2.3
多相多重斩波电路
3相3重降压斩波电路
电路结构：相当于由3个 降压斩波电路单元并联 而成。
总输出电流为 3 个斩波电路单元输出 电流之和，其平均值为单元输出电流 平均值的3倍，脉动频率也为3倍。 总的输出电流脉动幅值变得很小 。
而当电源为 3 个独立电源，向一个负载供电时， 则为1相3重斩波电路。 多相多重斩波电路还具有备用功能，各斩波电 路单元可互为备用。
17
本章小结
本章介绍了6种基本斩波电路、2种复合斩波电 路及多相多重斩波电路。 本章的重点是，理解降压斩波电路和升压斩波 电路的工作原理，掌握这两种电路的输入输出 关系、电路解析方法、工作特点
电路结构
电流可逆斩波电路
V1和VD1构成降压斩波电路，电动机 为电动运行，工作于第1象限。
V2和VD2构成升压斩波电路，电动机 作再生制动运行，工作于第2象限。
必须防止V1和V2同时导通而导致的电 源短路。
uo
a) 电路图
io
iV1 iD2
iD1 iV2 b)
t
工作过程（三种工作方式)
t
图3-7 电流可逆斩波电路及波形
第二两象限变换电路
第四两象限变换电路
8
3.2.2
P
T1
A
D1
桥式可逆斩波电路
工作状态：
B
UAB始终 大于零 iAB可正 可负
VS
La Ra Ea
桥式可逆斩波器
桥式可逆斩波器桥式可逆斩波器主电路构造如图1所示。
它由四个自关断器件（如GTR）VT1、VT2、VT3、VT4和四个快速型续流二极管VD1、VD2、VD3、VD4构成，形同字母H。
H 桥的一对角线接恒定直流电源E，另一对角线接负载，图示为直流电动机。
根据各功率开关元件的导通规律不同，H型桥可逆斩波器可分单极性脉宽调制（斩波）和双极性脉宽调制（斩波）两种控制方式。
1、单极性脉宽调制单极性脉宽调制时，斩波器输出电压UAB的极性是通过一个控制电压来改变。
当，使VT1、VT2交替互补地导通，VT4一直导通、VT3一直关断，各功率开关器件基极驱动信号如图4-21所示。
这时斩波器输出电压UAB总是B端为（+）、A端为（-），呈现出一种单一方向的极性。
当控制电压，则晶体管基极驱动电压与对换、与对换，变成VT3、VT4交替导通，VT2一直导通而VT1一直关断，H桥输出电压UAB随之改变极性，变成A端为（+）、B端为（-）的另一种单一的极性。
图1 桥式可逆斩波器图2 单极性调制时驱动信号2、双极性脉宽调制双极性脉宽调制时，H桥的四个晶体管分为两组：一组为VT1和VT4，另一组为VT2和VT3。
控制规律是同组两管同时通、断，两组通、断相互交替，其晶体管驱动信号、输出电压、电流波形如图3所示。
图3 双极性调制时驱动信号和电压、电流波形3、单极性调制与双极性调制方式的比较1）双极性调制控制简单，只要改变位置就能将输出电压从+E变到-E；而在单极性调制方式中需要改变晶体管触发信号的安排。
2）当H桥输出电压很小时，双极性调制每个晶体管驱动信号脉宽都比较宽，能保证晶体管可靠触发导通。
单极性调制时则要求晶体管驱动信号脉宽十分狭窄，但过窄脉冲不能保证晶体管可靠导通。
3）双极性调制时四个晶体管均处于开关状态，开关损耗大；而单极性调制时只有两个晶体管工作，开关损耗相应小。
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第一象限（正向电动），此时V1进行PWM控制，V4 on V2 、V3off
V1、VD1构成降压斩波电路，此时V4需要保持导通，与V1、VD1构成降压斩波电路相配合。
当V1导通时，电源E向M供电，使其正向电动运行，电流路径如下：
当V1关断时，负载通过VD1续流，电流路径如下：
第二象限（正向再生制动），此时V2进行PWM控制，V3 on V1 、V4off
V2、VD2构成升压斩波电路，与V2、VD4构成升压斩波电路相配合。
当V2导通时，负载通过VD3续流，电流路径如下：
当V2关断时，电动机正向再生制动向向电网中反馈能量，电流路径如下：
第三象限（反向电动）此时V3进行PWM控制，V2on V1 V4 off
V3、VD3构成降压斩波电路，此时V2需要保持导通，与V3、VD3构成降压斩波电路相配合。
当V3导通时，电源E向M供电，使其反向电动运行，电流路径如下：
当V3关断时，负载通过VD3续流，电流路径如下：
第四象限（反向再生制动）此时V4进行PWM控制，V1on V2 V3 off
V4、VD4构成升压斩波电路，与V4、VD4构成升压斩波电路相配合。
当V4导通时，负载通过VD1续流，电流路径如下：
当V4关断时，电动机反向再生制动向向电网中反馈能量，电流路径如下：。