现代电力电子技术作业

三相桥式SPWM逆变电路仿真一、设计的技术指标：直流母线电压输入：650V；输出三相交流相电压：220V；调制方式：SPWM；频率调制比：N=5；幅值调制比为：0.8；二、工作原理三相桥式逆变电路如图所示，图中应用V1-V6作为逆变开关，也可用其它全控型器件构成逆变器，若用晶闸管时，还应有强迫换流电路。

从电路结构上看，如果把三相负载看成三相整流变压器的三个绕组，那么三相桥式逆变电路犹如三相桥式可控整流电路与三相二极管整流电路的反并联，其中可控电路用来实现直流到交流的逆变，不可控电路为感性负载电流提供续流回路，完成无功能量的续流和反馈，因此VD1～VD6称为续流二极管或反馈二极管。

在三相桥式逆变电路中，各管的导通次序同整流电路一样，也是T1、T2、T3……T6、T1……各管的触发信号依次互差60︒。

根据各管的导通时间可以分为180︒导通型和120︒导通型两种工作方式，在180︒导通型的逆变电路中，任意瞬间都有三只管子导通，各管导通时间为180︒，同一桥臂中上下两只管子轮流导通，称为互补管。

在120︒导通型逆变电路中，各管导通120︒，任意瞬间只有不同相的两只管子导通，同一桥臂中的两只管子不是瞬时互补导通，而是有60︒的间隙时间，当某相中没有逆变管导通时，其感性电流经该相中的二极管流通。

上图中的uao`、ubo`与uco`是逆变器输出端a、b、c分别与直流电源中点o`之间的电压，o`点与负载的零点o并不一定是等电位的，uao`等并不代表负载上的相电压。

令负载零点o与直流电源中点o`之间的电压为uoo`，则负载各相的相电压分别为(3-1)将式(3-1)中各式相加并整理后得一般负载三相对称，则uao+ubo+uco=0，故有(3-2)由此可求得a相负载电压为(3-3)在图3.3中绘出了相应的负载a相电压波形，ubo和uco波形与此相似。

三、仿真电路图四、仿真结果图1 一相正弦信号及其采样信号（svpwm）图2 IGBT两相输出间波形图3 三相未滤波波形图4 滤波后三相输出电压（250Hz采样率）图5 滤波后三相输出电压（1kHz采样率）图6 滤波后三相输出电压（5kHz采样率）五、仿真结果分析通过对图4、图5、图6的比较可以发现当采样率越高时逆变输出电压谐波越少。

单端反激式电路（Flyback）仿真一、设计的技术指标：输入电压：DC 100V；输出电压：DC 8V；开关频率：100k纹波：500mv二、工作原理单端反激式功率变换器开关稳压电源并非是只能由一只晶体管组成，而由两只晶体管仍然可以组成单端变换器形式的开关稳压电源。

单端反激式开关稳压电源与推挽、全桥、半桥双端变换的开关稳压电源的根本区别在于高频变压器的磁心仅工作在磁滞回线的一侧(第一象限)。

典型的单端反激变换式开关稳压电源的原理图如图所示。

所谓单端，即指转换电路的磁心仅工作在其磁滞回线的一侧。

所谓反激，系指当晶体管导通时，在初级电感线圈中储存能量，当晶体管截止时，初级线圈中储存的能量再通过次级线圈释放给负载。

当开关管VT1被控制脉冲激励而导通时，输入电压Ui便施加到高频变压器T1的原边绕组N1上。

由于变压器T1副边的整流二极管VD反接，因此副边绕组N2没有电流流过；当VT1截止时，绕组N2上的电压极性颠倒，VD被正偏，VTl导通期间储存在T1中的能量便通过VD负载释放。

由于这种电路在开关管导通期间储存能量，因此在开关管截止期间才向负载传递能量。

高频变压器在工作中除了起变压作用外，还相当于一个储能用的电感，因此也有人称之为“电感储能式变换器”或“电感变换器”。

单端反激式开关电源电路是成本最低的一种。

它可以达到输入与输出部分隔离，还可以同时输出几路不同的电压，有较好的电压调整率。

但其输出纹波电压较大，负载调整率较差，适用于相对固定的负载。

在单端反激式开关电源电路中，开关三极管承受的最大反峰值电压是线路工作电压峰值的2倍以上。

为了降低开关管的耐压，需要对集射电压进行限幅，因此常用的单端反激式开关电源有三种形式。

单端反激变换器的很重要的特色是变压器充当了电感的作用,即在开关开通时变压器储能,开关关断时变压器将能量释放到副边,因此单端反激变换器的变压器工作在电感类型的工作区,在功率过大时变压器储能也大造成其负荷太重,但并不是说不能工作在100W以上,更不会有100W左右可靠性比正激更好的说法,只是在电源设计中是否合算的问题,而且单端反激变换器在多输出时的电压调整率不如正激.对于经常烧管子的问题,一是看选择的Mosfet的耐压定额够否:反激变换器的开关管的最大电压是输入电压加上输出电压与变比的乘积,考虑到漏感影响,电压定额要比这个值大至少20%(当然看漏感的大小和Clamp电路或Snubber的性能了);二看变压器设计的工作点要求远离饱和区,而且要留足够的裕量,在严重的情况下(最大占空比时)不至于饱和.只要计算正确,设计合理,出现这种问题的机会就比较少,所以一定要先在理论上把握住精髓,掌握必要的知识,在加上多学习多动手多思考,各种问题都会解决的.其实看正激还是反激很简单在电路上的区别主要有两点:1.看次级何时导通--次级一般接有二极管之类的单向导通器件, 在初级通时,次级可以导通,是正激的表现;在初级导通时,次级不导通,则时反激的表现2.看初级有没有为反激准备的回路--反激变换器在晶体管关闭时发生能量转换,由磁能变为电能,所以,一定要有电流流动的回路,没有回路则不可能是反激.反激式开关电源是指使用反激高频变压器隔离输入输出回路的开关电源，与之对应的有正激式开关电源。

“反激”(FLY BACK)具体所指当开关管接通时，输出变压器充当电感，电能转化为磁能，此时输出回路无电流；相反，当开关管判断时，输出变压器释放能量，磁能转化为电能，输出回路中有电流。

反激式开关电源中，输出变压器同时充当储能电感，整个电源体积小、结构简单，所以得到广泛应用。

应用最多的是单端反激式开关电源。

优点：元器件少，电路简单，成本低，体积小，可同时输出多路互相隔离的电压缺点：开关管承受电压高，输出变压器利用率低，不适合作大功率电源一般而言，100W以内的开关电源通常采用单端返激式，超过100W－300W 的开关电源通常采用正激式或半桥式，300W以上电源通常采用全桥式。

三、仿真电路图四、仿真结果图一开关管驱动波形图二输出直流电压五、仿真结果分析输出直流电压的纹波在50mv以内，这是因为采用了较高的开关频率，而且滤波电容选择的也比较大，但是电压不是特别的稳，主要是由于反馈信号电路做地不完善。

基于UC3854的Boost PFC电路仿真一、设计的技术指标：输入电压：AC 220V；功率因数：0.99；二、工作原理电感不连续导电模式（DCM）是PFC电路的一种工作模式。

这种模式具有控制简单、输入电流自动跟踪输入电压、电感量小等优点。

与DCM相配套的控制技术有恒频控制、恒定导通时间（On-Time）控制和等面积控制等。

DCM工作模式的特点：(1)输入电流自动跟踪电压且保持较小的电流畸变率；(2)功率开关管实现零电流(ZCS)开通，不承受二极管的反向恢复电流；(3)输入输出电流纹波较大，对滤波电路要求高；(4)峰值电流高于平均电流，器件承受较大的应力，限制了其功率应用范围。

单相PFC电路的功率一般小于200w，三相PFC的功率一般小于10kw。

电感连续导电模式（CCM）是PFC电路的另一种工作模式。

这种工作模式的PFC电路根据控制量不同，又可分电流型控制和电压型控制两种方式[23]。

电流型控制的优点是：电流瞬态特性优良、易于实现过流保护等，但控制电路复杂；电压型控制的优点是：结构简单、原理清晰[24][25]。

通常情况下，电压型控制工作频率固定，电流不连续，采用固定占空比的方法，电流自动跟随电压。

这种控制方法一般用在输出功率比较小的场合，另外在单级功率因数校正中多采用这种方法。

电流型控制是目前应用相当广泛的控制方式，它来源于DC/DC变换器的电流控制模式。

图2.9给出了CCM工作模式的PFC电路控制原理图，输入电压取样信号与输出电压误差信号相乘后作为电流控制器的给定信号(电流编程信号)，电流控制器的任务是控制输入电流按给定信号变化。

根据电流控制器控制方式的不同，分为峰值电流控制、平均电流控制和滞环电流控制三种方式。

1、峰值电流控制。

PFC中的峰值电流控制和DC/DC变换器中的峰值电流控制原理相同，只是电流环的编程信号不再是直流而是按正弦规律变化。

开关管开通时，电感电流上升，当到达编程电流值时，开关管关断，电流下降，下一个时钟周期到来时，开关管再次开通，这样电感电流峰值按编程的正弦规律变化，电感电流波形如图2.10所示。

峰值电流控制的特点：(1)峰值电流控制下电流峰值和平均值之间存在误差，无法满足THD很小的要求；(2)电流峰值对噪声敏感；(3)占空比大于0.5时系统产生次谐波振荡；(4)需要在比较器输入端加斜坡补偿函数。

2、平均电流控制。

平均电流控制是在峰值电流控制的基础上发展起来的，它在乘法器输出与比较器之间增加了电流调节器，电流调节器控制输入电流平均值，使其与电流编程信号波形相同。

由于电流环有较高的增益带宽，跟踪误差小、瞬态特性较好。

图2.11示出电感电流波形。

平均电流控制的特点是：THD和EMI小、对噪声不敏感、适用于大功率应用场合，是目前PFC中应用最多的一种控制方式。

3、滞环电流控制。

滞环电流控制最初用于电压型逆变器中控制输出交流电流，后来也应用到整流器中控制输入，对Boost型PFC电路而言它是最简单的电流控制方式。

滞环电流控制的原理是：电流编程信号和滞环宽度决定电感电流的上限与下限当电感电流上升到时，功率管断开，电感电流下降到时，功率管导通，如此反复，电感电流在滞环宽度内变化，电流波形如图2.12所示。

滞环控制中没有外加的调制信号，电流反馈控制和调制集于一体，可以获得很宽的电流频带宽度。

滞环电流控制的特点：(1)控制简单、电流动态响应快、内在的电流限流能力强；(2)开关频率随占空比变化，在一个工频周期中不恒定，引起EMI问题和电流过零点的死区；(3)负载对开关频率影响很大，滤波器设计只能按最低频率设计；4)滞环宽度对开关频率和系统件能影响较大，需合理选取。

综上所述，CCM相对DCM的优点是：(1)输入电流纹波和输出电流纹很小、THD 和EMI小、EMI滤波器的体积小；(2)有效值电流小、器件导通损耗小；(3)适用于功率较大的应用场合。

三、仿真电路图四、仿真波形输入电压与输入电流。