电力电子技术课程设计基于sg3524芯片的逆变电源设计与matlab仿真大学论文.doc

本科电力电子技术课程设计说明书

题目：基于SG3524芯片的逆变电源设计与MATLAB仿真

(控制电路）

学 院：机电工程学院
专 业：农业电气化与自动化
姓 名：
学 号：
指导教师：
职 称：副教授

设计完成日期：二Ο一五年一月

1.1 电力电子简介 4
1.2课设的目的 4
1.3课程设计要求 4
1.4课程设计的主要内容与技术参数 5
二、单相电压型逆变电路 7
2.1全桥逆变电路 7
三、器件的选择 8
3.1SG3524内部结构图
3.2 SG3524引脚功能
3.3 SG3524引脚图
四、 控制电路 10
五、 心得体会 10

一、 前言
1.1电力电子简介
电力电子技术又称为功率电子技术，他是用于电能变换和功率恐控制的电子 技术。电力电子技术示弱电控制强电的方法和手段，是当代高兴技术发展的重要 内容，也是支持电力系统技术革命和技术革命的发展的重要基础，并节能降耗、 增产节约提高生产效能的重要技术手段。微电子技术、计算机技术以及大功率电 力电子技术的快速发展，极大地推动了电工技术、电气工程和电力系统的技术发展和进步。电力电子器件是电力电子技术发展的基础。正是大功率晶闸管的发明，使得半导体变流技术从电子学中分离出来，发展成为电力电子技术这一专门的学科。而二十时间九十年代各种全控型大功率半导体器件的发明，进一步拓展了电力电子技术应用和覆盖的领域和范围。电力电子技术的应用领域已经深入到国民经济的各个部门，包括钢铁、冶金、化工、电力、石油、汽车、运输以及人们的日常生活。功率范围大到几千兆瓦的高压直流输电，小到一瓦的手机充电器，电力电子技术随处可见。 电力电子技术在电力系统中的应用中也有了长足的发展，电力电子装置与传统的机械式开关操作设备相比有动态响应快，控制方便，灵活的特点，能够显著地改善电力系统的特性，在提高系统稳定、降低运行风险、节约运行成本方面有很大潜力。
1.2课设的目的
1）通过对单相桥式PWM逆变电路的设计，掌握单相桥式PWM逆变电路的工作原理，综合运用所学知识，进行单项桥式全控整流电路和系统设计的能力。
2）了解与熟悉单相桥式PWM逆变电路的控制方法。
3）理解和掌握单相桥式PWM逆变电路及系统的主电路、控制电路、保护电路的设计方法，掌握元器件的选择计算方法。
1.3课程设计要求
1、输入直流电源：24V10%；
2、输出交流电压：220V10%；
3、控制电路芯片为SG3524；
4、过流保护电路。
1.4课程设计的主要内容与技术参数
1、主电路设计。
2、通过计算选择全控器件的具体型号。
3、确定变压器变比及容量。
4、控制电路芯片分析及接线使用。
5、绘制相关电路图。
6、MATLAB电路仿真，获得输出电压波形；
7、完成设计说明书。

课程设计任务书
论文题目
基于SG3524芯片的逆变电源设计与MATLAB仿真
学院
机电
专业
农业电气化与自动化
班级
12级农电班
课程设计的要求
1、输入直流电源：24V10% ；
2、输出交流电压：220V10%；
3、控制电路芯片为SG3524；
4、过流保护电路。

课程设计的主要内容与技术参数
1、主电路设计。
2、通过计算选择全控器件的具体型号。
3、确定变压器变比及容量。
4、控制电路芯片分析及接线使用。
5、绘制相关电路图。
6、MATLAB电路仿真，获得输出电压波形；
7、完成设计说明书。

课程设计工作计划
通过学习，查阅收集参考资料和文献；进行方案论证；做主电路设计；选择器件；确定变压器变比及容量；确定滤波电抗器；芯片分析接线；搭建仿真电路模拟输出波形；总结并撰写说明书；准备答辩。
接受任务日期 201 年 月 日 要求完成日期 201 年 月 日
学 生 (签名) 年 月 日
指 导 教 师 (签名) 年 月 日
院长(主任) (签名) 年 月 日
二、单相电压型逆变电路
2.1全桥逆变电路
电压型全桥逆变电路的原理图如图2-1 a所示，它共有四个桥臂，可以看成由两个半桥电路组合而成。把桥臂1和4作为一对，桥臂2和3作为另一对，成对的两个桥臂同时导通，两对交替各导通180度。其输出电压u0的波形和图2-1b的半桥电路的波形u0形状相同，也会矩形波，但其幅值高出一倍，Um=Ud。在直流电压和负载都相同的情况下，其输出电流i0的波形当然也和图2-1b中的i0形状相同，仅幅值增加一倍。图一中的VD1、V1、VD2、V2相继导通的区间，分别对应于图一种的VD1和VD4,、V1和V4、VD2和VD3、V2和V3相继导通的区间。关于无功能量的交换，对于半桥逆变电路的分析也完全适用于全桥逆变电路。
在阻感负载时，还可以采用移相的方式来调节逆变电路的输出电压，这种方式称为移相调压。移相调压实际上就是调节输出电压脉冲的宽度。在图2-1a的单相全桥逆变电路中，各IGBT的栅极信号仍为180度正偏，180度反偏，并且V1和V2的栅极信号互补，V3和V4的栅极信号互补，但V3的基极信号不是比V1落后180度，而是只落后q（0< q<180度）。也就是说，V3、V4的栅极信号不是分别和V2、V1的栅极信号同相位，而是前移了180度—q。这样，输出电压u0就不再是正负各为180度的脉冲，而是正负各为q 脉冲，各IGBT的栅极信号uG1~uG4及输出电压u0、输出电流i0的波形如图2-1b所示。下面对其工作过程进行具体分析。
设在t1时刻前V1和V4导通，输出电压u0为Ud，t1时刻V3和V4栅极信号反向，V4截止，而因负载电感中的电流i0不能突变，V3不能立刻导通，VD3导通徐柳。因为V1和VD3同时导通，所以输出电压为零。到t2时刻V1和VD2栅极信号反向，V1截止，而V2不能立刻导通，VD2导通续流，和VD3构成电流通道，输出电压为—Ud。到负载电流过零并开始反向时，VD2和VD3截止，V2和V3开始导通，u0仍为—Ud。t3时刻V3和V4栅极信号再次反向，V3截止，而V4不能立刻导通，VD4导通续流，u0再次为零。以后的过程和前面类似。这样，输出电压u0的正负脉冲宽度就各位q。改变q，就可以调节输出电压。
在纯电阻负载时，采用上述移相方法也可以得到相同的结果，只是VD1~VD4不再导通，不起续流作用。在u0为零期间，四个桥臂均不导通，负载也没有电流。
显然，上述移相调压方式并不适用于半桥逆变电路。不过在纯电阻负载时，仍可采用改变正负脉冲宽度的方法来调节半桥逆变电路的输出电压。这是，上下两桥臂的栅极信号不再是各180度正偏、180度反偏并且互补，而是正偏的宽度为q、反偏的宽度为180度—q，二者相位差为180度。这是输出电压u0也是振幅脉冲的宽度各为q。

图2-1：单项全桥逆变电路的移相调压方式
三、 器件的选择
3.1SG3524内部结构图

3.2 SG3524引脚功能
目前国内外生产的PWM型和PFM（脉频调制）型开关集成控制器已达上百种，其中PWM型集成控制器以SG3524较为流行， 它是美国硅通用公司（Silicon General）生产的双端输出式脉宽调制芯片，包括了所有无电源变压器开关电源所要求的基本功能，如控制、保护、取样放大等功能，使用方便灵活，同时在制造上采用常规的平面工艺。SG3524可为脉宽调制式推挽、桥式、单端及串联型SMPS（固定频率开关电源）提供全部控制电路系统的控制单元。由它构成的PWM型开关电源的工作频率可达100kHz，适宜构成100－500W中功率推挽输出式开关电源。 SG3524采用是定频PWM电路，DIP－16型封装。
引脚号
引脚名称
引脚功能
1
Inv.input
误差放大器反向输入端。在闭环系统中，该引脚接反馈信号。在开环系统中，该端与补偿信号输入端（引脚9）相连，可构成跟随器。
2
Noninv.input
误差放大器同向输入端。在闭环系统和开环系统中，该端接给定信号。根据需要，在该端与补偿信号输入端（引脚9）之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型的调节器。
3
Sync
振荡器外接同步信号输入端。该端接外部同步脉冲信号可实现与外电路同步。
4
OSC.Output
振荡器输出端
5
Ct
振荡器定时电容接入端。
6
Rt
振荡器定时电阻接入端。
7
Discharge
振荡器放电端。该端与引脚5之间外接一只放电电阻，构成放电回路。
8
Soft-Start
软启动电容接入端。该端通常接一只5 的软启动电容
9
Compensation
PWM比较器补偿信号输入端。在该端与引脚2之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型调节器。
10
Shutdown
外部关断信号输入端。该端接高电平时控制器输出被禁止。该端可与保护电路相连，以实现故障保护。
11
Output A
输出端A
12
Ground
信号地
13
Vc
输出级偏置电压接入端。
14
Output B
输出端B
15
Vcc
偏置电源接入端。
16
Vref
基准电源输出端。该端可输出一温度稳定性极好的基准电压。 特点如下：
（1） 工作电压范围宽：8—35V。
（2） 5.1（11.0%）V微调基准电源。
（3） 振荡器工作频率范围宽：100Hz—400KHz.
（4） 具有振荡器外部同步功能。
（5） 死区时间可调。
（6） 内置软启动电路。
（7） 具有输入欠电压锁定功能。
（8） 具有P

3.3 SG3524引脚图

四、 控制电路及保护电路图

五 心得体会
在这次的电力电子课程设计中，我遇见了各种各样的困难。通过查阅资料，向老师和同学请教才解决了部分的问题。这让我了解到了自己在这门课程上的不足之处和薄弱环节。另外课本知识和实践设计还是有很大的差别，这更加让我理解了真理出自实践这句名言的可贵之处。 以后我会更加注重将理论知识活运用于实践，为自己的专业甚至就业打好坚实的基础。感谢在这次课程设计中，帮助我的同学和老师们。

六 参考文献
(1)黄俊，王兆安.电力电子变流技术[M].北京:机械工业出版社，1996.
(2)何仰赞,温增银.电力系统分析[M].武汉:华中科技大学出版社，2002.
(3)王兆安，刘进军.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社，2009.
(4)内蒙古电力技术，2010.