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基于MATLAB的单相半桥和全桥逆变器

发布时间:2022-09-22阅读:584

blank">normal; font-variant: normal; font-weight: 400; letter-spacing: 0.5px; line-height: 25.6px; margin-bottom: 15px; margin-left: 0px; margin-right: 0px; margin-top: 0px; orphans: 2; padding-bottom: 0px; padding-left: 0px; padding-right: 0px; padding-top: 0px; text-align: left; text-decoration: none; text-indent: 32px; text-transform: none; -webkit-text-stroke-width: 0px; white-space: normal; word-spacing: 0px; word-wrap: break-word;">半桥逆变器

display: inline !important; float: none; background-color: transparent; color: rgb(47, 47, 47); cursor: text; font-family: "微软雅黑"; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; line-height: 27.2px; orphans: 2; text-align: left; text-decoration: none; text-indent: 0px; text-transform: none; visibility: visible; -webkit-text-stroke-width: 0px; white-space: normal; word-spacing: 0px; word-wrap: break-word; zoom: 1;">

这种类型的逆变器需要两个special/" style="color: rgb(0, 66, 118); cursor: pointer; text-decoration: none; word-break: break-all;" target="_blank">电力电子开关mosfet/" style="color: rgb(0, 66, 118); cursor: pointer; text-decoration: none; word-break: break-all;" target="_blank">MOSFET)。MOSFET 或 igbt/" style="color: rgb(0, 66, 118); cursor: pointer; text-decoration: none; word-break: break-all;" target="_blank">IGBT 用于开关目的。半桥逆变器的电路图如下图所示。

block; margin-bottom: 0px; margin-left: 74px; margin-right: 74px; margin-top: 0px; max-width: 675px; vertical-align: middle;" alt="poYBAGMqu6qAXfOmAACVpnJwgto680.png" src="https://file.elecfans.com/web2/M00/6B/43/poYBAGMqu6qAXfOmAACVpnJwgto680.png" />

如电路图所示,输入直流电压为 Vdc = 100 V。此电源分为两个相等的部分。现在向 MOSFET 提供栅极脉冲,如下图所示。

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根据输出频率决定 MOSFET 的 ON 时间和 OFF 时间,并产生栅极脉冲。我们需要50Hz 的交流电源,因此一个周期 (0 《 t 《 2π) 的时间周期为 20 毫秒。如图所示,MOSFET-1在前半个周期(0 《 t 《 π) 内被触发,在此期间 MOSFET-2 不被触发。在此时间段内,电流将沿下图箭头方向流动,完成交流输出的半个周期。来自负载的电流从右到左,负载电压等于+Vdc/2。

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在后半周期(π 《 t 《 2π),MOSFET-2 被触发,低压源与负载相连。来自负载的电流是从左到右的方向,负载电压等于-Vdc/2。在这段时间内,电流将如图所示流动,完成交流输出的另一半周期。

全桥逆变器

在这种类型的逆变器中,使用了四个开关。半桥和全桥逆变器的主要区别在于输出电压的最大值。在半桥逆变器中,峰值电压是直流电源电压的一半。在全桥逆变器中,峰值电压与直流电源电压相同。全桥逆变器的电路图如下图所示。

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MOSFET 1 和 2 的栅极脉冲相同。两个开关同时工作。类似地,MOSFET 3 和 4 具有相同的栅极脉冲并同时工作。但是,MOSFET 1 和 4(垂直臂)绝不会同时工作。如果发生这种情况,则直流电压源将被短路。

对于上半周期(0 《 t 《 π),MOSFET 1 和 2 被触发,电流将如下图所示流动。在这个时间段内,电流从左向右方向流动。

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对于下半周期(π 《 t 《 2π),MOSFET 3 和 4 被触发,电流将如图所示流动。在这个时间段内,电流从右向左方向流动。在这两种情况下,峰值负载电压与直流电源电压 Vdc 相同。

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MATLAB中半桥逆变器的仿真

对于仿真,在 Simulink 库的模型文件中添加元素。

1) 2 个直流电源 – 每个 50V

2) 2 个 MOSFET

3) 阻性负载

4) 脉冲发生器

5) 非门

6) 电源贵

7) 电压测量

8) GOTO 和 FROM

根据电路图连接所有组件。半桥逆变器模型文件的屏幕截图如下图所示。

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栅极脉冲 1 和栅极脉冲 2 是 MOSFET1 和 MOSFET2 的栅极脉冲,由栅极发生器电路产生。门脉冲由 PULSE GENERATOR 生成。在这种情况下,MOSFET1 和 MOSFET2 不能同时触发。如果发生这种情况,则电压源将短路。当 MOSFET1 关闭时,MOSFET2 将打开,当 MOSFET2 关闭时,MOSFET1 将打开。因此,如果我们为任何一个 MOSFET 生成栅极脉冲,那么我们可以切换该脉冲并用于其他 MOSFET。

门脉冲发生器

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上图显示了MATLAB 中脉冲发生器模块的参数。周期为2e -3 表示 20 毫秒。如果需要 60Hz 频率输出,则周期为 16.67 毫秒。脉冲宽度以周期百分比表示。这意味着,仅针对该区域生成栅极脉冲。在这种情况下,我们将其设置为 50%,这意味着产生了 50% 的周期门脉冲,而没有产生 50% 的周期门脉冲。相位延迟设置为 0 秒,这意味着我们没有给门脉冲任何延迟。如果有任何相位延迟,则意味着在此时间之后将产生门脉冲。例如,如果相位延迟为 1e-3,则门脉冲将在 10 毫秒后产生。

通过这种方式,我们可以为 MOSFET1 生成栅极脉冲,现在我们将切换此栅极脉冲并将其用于 MOSFET2。在模拟中,我们将使用逻辑非门。与输出相反的非门意味着它将1转换为0和0转换为1。这就是我们可以精确地获得相反的门脉冲的方法,这样直流电源就不会短路。

实际上,我们不能使用 50% 的脉冲宽度。MOSFET 或任何电源电气开关需要很短的时间才能关闭。为避免源极短路,脉冲宽度设置在 45% 左右,以留出 MOSFET 关断的时间。此时间段称为死区时间。但是,出于模拟目的,我们可以使用 50% 的脉冲宽度。

半桥逆变器的输出波形

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此屏幕截图适用于负载上的输出电压。在这张图中,我们可以看到,负载电压的峰值为 50V,是直流电源的一半,频率为 50Hz。对于完整的一个周期,所需时间为 20 毫秒。

MATLAB中全桥逆变器的仿真

如果你得到半桥逆变器的输出,那么很容易实现全桥逆变器,因为大多数事情都保持不变。在全桥逆变器中,我们只需要两个栅极脉冲,这与半桥逆变器相同。一个栅极脉冲用于 MOSFET 1 和 2,该栅极脉冲的反相用于 MOSFET 3 和 4。

所需元素

1) 4 – MOSFET

2) 1 个直流电源

3) 阻性负载

4) 电压测量

5) 脉冲发生器

6) GOTO 和 FROM

7) 电源GUI

连接所有组件,如下面的屏幕截图所示。

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全桥逆变器的输出波形

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此屏幕截图适用于负载上的输出电压。在这里我们可以看到,负载电压的峰值等于100V的直流电源电压。

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