桥式直流变流器的 PWM 控制

目录一．设计方案……………………………………………………5

1.设计方案的提出…………………………………………52.设计方案的分析…………………………………………53.设计方案的理论依据……………………………………5二．计算与仿真…………………………………………………6

1.电路原理设计与计算……………………………………62.电路仿真分析……………………………………………7二．总结体会……………………………………………………11三．参考文献……………………………………………………12

一．设计方案1.设计方案的提出

将直流电能转换为另一固定电压或可调电压的直流电能的电路称为直流变换电路它利用电力开关器件周期性的导通与关断来改变输出电压的大小,是开关电源的核心部分.开关器件的控制电路现在普遍采用PWM技术,它的优点是功耗小,控制方便,本文主要研究桥式直流PWM变流器.2.设计方案的分析

PWM技术又称为脉冲宽度调制技术,桥式直流PWM变流器可用作直流电动机的可逆运行,如图1.其中开关器件可以是电力晶体管、电力场效应管或IGBT等全控型器件.桥式可逆直流PWM变流器从控制方式上可分为双极式调制、单极式调制和受限单极式调制三种.

图1桥式直流PWM变流器3.设计方案的理论依据

3.1

双极式调制

第5页四开关器件VT1和VT4,VT2和VT3两两成对,同时导通和关断,且工作于互补状态.控制开关器件的通断时间可以使VT1和VT4的导通时间大于VT2和VT3的导通时间,输出电压平均值为正;VT2和VT3的导通时间大于VT1和VT4的导通时间时,则输出电压平均值为负,因此可用于直流电动机的可逆运行.3.2

单极式调制

四个开关器件中VT1和VT2工作于互补的PWM方式,而VT3和VT4则根据电动机的转向采取不同的驱动信号,电动机正转时,VT3恒关断,VT4恒导通;电动机反转时,VT3恒导通,VT4恒关断.3.3

受限单极式调制

在单极式调制基础上,电动机正转时,只有VT1工作于PWM方式,VT4始终处于导通状态,而VT2和VT3都关断;电动机反转时,只有VT2工作于PWM方式,VT3始终处于导通状态,而VT1和VT4都关断.

二．计算与仿真

1.电路原理设计与计算

本文采用双极式PWM控制方式,直流控制电压ur与三角波电压uc比较产生两组开关的PWM控制信号,当ur>uc时,VT1和VT4导通,VT2和VT3关断,当ur第6页式中,D1=ton/Ts是第一组开关的占空比.可以看出,当tonTs/2时变换器的输出电压Uo为正.因此电路的输出电压可在-Ud到+Ud之间变化.2.电路仿真分析2.1建立仿真模型

图2桥式直流PWM变流器仿真模型设置电源电压为200V,R=28、L=1mH、E=50V,取锯齿波重复周期3e-4s,幅值为‘1’;延迟环节导通点取1e-4,关断点取-1e-4,导通值取‘1’,关断值设‘0’.比较电压为0.4时,观察输出电压的波形.

2.2利用Scop观察开关管驱动信号波形如图3,可看出两组驱动信号互补.

第7页图3（a）VT1、VT4驱动脉冲图3（b）VT2、VT3驱动脉冲2.3第一次连接电路时没有接4只二极管,发现电路能够正常运行,得到输出电压波形如图5(a).后来接入4只二极管后,输出波形如图5(b)

图4接入四只二极管时的仿真模型第8页图5(a)没有接入二极管是输出电压图5(b)接入二极管是输出电压分析可知图(b)由于开关管接有箝位二极管VD1、VD2、VD3、VD4,当开关管从导通到截止时,变压器一次侧磁化电流的能量以及漏感储能引起的尖峰电压的最高值不会超过电源电压,输出电压波形失真小.4只二极管同时还可以将磁化电流的能量反馈给电源,从而提高整机效率.

2.4改变比较电压时的电压输出波形如图6所示：

图6（a）比较电压0.4图6（b）比较电压0.82.5改变负载时的电压输出波形如图7所示

第9页图7（a）负载R=2L=0.001mH图7（b）负载R=6L=0.003mH2.6改变锯齿波制频率观察调压器输出电流的变化,发现提高锯齿波调制频率,输出电流的波动可以显著减小.

第10页三．总结体会全桥直流变换电路适用于数百瓦至数千瓦的开关电源,实际电路运行调试时会遇到大电流、高电压,参数选择不合适有时会损坏开关管.利用Matlab/Simulink中的SimPwerSystems模块,建立仿真模型可以方便的修改参数,观察电路的工作变化情况,为电路的分析和设计带来了方便.

第11页四．参考文献[1]王兆安,黄俊.电力电子技术(第4版)[M].西安:西安电子科技大学出版社,2006.

[2]洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真[M].北京:机械工业出版社,2006.

[3]沈辉.精通SIMULINK系统仿真与控制[M].北京:北京大学出版社,2003.

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