皖西学院 电力电子技术课程设计说明书。
mosfet单相桥式无源逆变电路设计。
纯电阻负载）
学院： 机械与电子工程学院
学生姓名。学号。
专业： 班级： 1203班
指导教师： 翁志远
完成时间： 2014. 12. 25
摘要。电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，是建立在电子学、
电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科，就是使用电力电子器件（如晶闸管，gto，igbt，mosfet 等）对电能进行变换和控制的技术。将直流电转换为交流电的电路称为逆变电路， 本课程设计主要介绍单相桥式无源逆变电路。基于mosfet的单相桥式无源逆变电路的课程设计，主要涉及mosfet的工作原理、全桥的工作特性和无源逆变的性能。
本次所设计的单相全桥逆变电路采用mosfet作为开关器件，将直流电压ud 逆变为频率为1khz的方波电压，并将它加到纯电阻负载两端。
本次课程设计的原理图**是基于matlzb的simulink，由于matlab软件中电源等器件均为理想器件，使得**电路相对较为简便，不影响结果输出。设计主要是对电阻负载输出电流、电压与器件mosfet输出电压的波形**。
关键词：单相；全桥；无源；逆变；mosfet.
目录。1 设计要求1
2 mosfet的介绍及工作原理1
3 逆变电路分类2
4 电压型无源逆变电路的特点及主要类型3
4.1 电压型与电流型的区别3
5 电压型无源逆变电路原理分析3
6 主电路设计及参数计算4
6.1 主电路原理图4
6.2 主电路**图9
6.3 参数计算10
6.4 参数设置11
7 **电路结果与分析13
7.1 触发电平的波形图13
7.2 电阻负载输出波形图13
7.3 器件mosfet的输出波形图14
7.4 **波形分析15
总结15致谢16
参考文献17
1 设计要求。
1、输入直流电压：ud=100v
2、输出功率：300w
3、输出电压波形：1khz方波。
2 mosfet的介绍及工作原理
mosfet的原意是：mos（metal oxide semiconductor金属氧化物半导体），fet（field effect transistor 场效应晶体管），即以金属层（m）的栅极隔着氧化层（o）利用电场的效应来控制半导体（s）的场效应晶体管。
功率场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型，但通常主要指绝缘栅型中的 mos 型（metal oxide semiconductor fet）,简称功率 mosfet（power mosfet）。结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管（static induction transistor——sit）。其特点是用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优于 gtr，但其电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过 10kw 的电力电子装置。
功率 mosfet 的种类：按导电沟道可分为 p 沟道和 n 沟道。按栅极电压幅值可分为耗尽型和增强型，当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道的称为耗尽型；对于 n （p）沟道器件， 栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道的称为增强型；功率 mosfet主要是n沟道增强型。
本次设计采用n沟道增强型。
3逆变电路分类。
3.1 有源逆变的基本定义及其应用。
如果将逆变电路的交流侧接到交流电网上， 把直流电逆变成同频率的交流电反送到电网去。它用于直流电机的可逆调速、绕线型异步电机的串级调速、高压直流输电和太阳能发电等方面。
3.2 无源逆变电路的基本定义及应用。
无源逆变是指逆变器的交流侧不与电网连接，而是直接接到负载，即将直流。
电逆变为某一频率或可变频率的交流电供给负载。它在交流电机变频调速、感应。
加热、不停电电源等方面应用十分广泛，是构成电力电子技术的重要内容。
3.2无源逆变电路的主要功能及工作原理。
主要功能是将直流电逆变成某一频率或可变频率的交流电供给负载。基本的单相桥式无源逆变电路的工作原理如图 1 所示，图中 ud 为直流压电源，r 为逆变器输出负载，t1～t1 为四个高速开关。该电路有两种工作状态。
1） 当开关 t1、t4 闭合，t2、t3 断开时，逆变器输出电压uo=ud
2） 当开关 t1、t4 断开，t2、t3 闭合时，逆变器输出电压uo=-ud
当以频率fs交替切换开关 t1、t4 和 t2、t3 时，则在电阻 r 上获得如图。
所示的交变电压波形，其周期 ts=1/fs，这样，就将直流电压 e 变成了交流电。
压uo。uo含有各次谐波，如果想得到正弦波电压，则可通过滤波器滤波获得。
图1-1中主电路开关t1~t4， 它实际是各种半导体开关器件的一种理想模型。
逆变电路中常用的开关器件有快速晶闸管、可关断晶闸管（gto） 、功率晶体管。
gtr） 、功率场效应晶体管（mosfet） 、绝缘栅晶体管（igbt） 。
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。
5 电压型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mosfet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1 电压型全桥无源逆变电路的电路图。
由于采用功率场效应晶体管（mosfet）来设计，如图1的单相桥式电压型无源逆变电路，此课程设计为电阻负载，故应将igbt用mosfet代替，rlc负载中电感、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。
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