pwm开关型功率放大器

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1、电力电子技术课程设计报告题目PWM开关型功率放大器的设计专业电气工程及其自动化班级电气学号学生姓名指导教师2008年春季学期起止时间：2008 年 6 月 23 日至2008 年 6 月 27 日平时 (10%)任务完成(50%)答辩 (20%)课设报告 (20%)总评成绩设计任务书3 PWM开关型功率放大器的设计一、设计任务常用的功率放大器为线性功放，功率管工作于线性放大区域，性 能好，但功耗大。今设计一个PWM开关型交流信号功率放大器， 将输入交流电压信号不失真地放大20倍后输出，保持波形形状不 变。开关功率放大器也称数字功率放大器。二、设计条件与指标1. 单相交流电源，额定电压220V；

2、2. 放大器额定输出功率500VA，额定输出电压100VAC，放大倍 数为20；3. 输入信号：05Vac，信号频率范围：40500Hz；4. 尽量减小输出信号的波形失真度；三、设计要求1. 分析题目要求，提出23种实现方案，比较确定主电路结构 和控制方案；2. 设计主电路原理图、触发电路的原理框图，并设置必要的保 护电路；3. 参数计算，选择主电路及保护电路元件参数；4. 利用PSPICE、PSIM或MATLAB等进行电路仿真优化；5. 典型工况下的波形失真度分析。6. 撰写课程设计报告四、参考文献1. 王兆安，电力电子技术，机械工业出版社；2. 陈国呈译，电力电子电路日本电气学会编，科学出

3、版社;、总体设计1主电路的选型（方案设计）经过对设计任务要求的总体分析，明确应该使用电力电子组合变流中的间 接交流变流的思想进行设计，因为任务要求频率是可变的，故选择交直交变频 电路（即VVVF电源）。交直交变频电路有两种电路：电压型和电流型。在逆变 电路中均选用双极性调制方式。方案一：采用电压型间接交流变流电路。其中整流部分采用单相桥式全控 整流电路，逆变部分采用单相桥式PWM逆变电路，滤波部分为LC滤波，负载为 阻感性。电路原理图如下所示：方案二：采用电压型间接交流变流电路。其中整流部分采用单相全桥整流 电路，逆变部分采用单相桥式PWM逆变电路，滤波部分为LC滤波，负载为阻感 性。电路原理

4、图如下所示：方案三：采用电压型间接交流变流电路。其中整流部分采用单相桥式PWM 整流电路，逆变部分米用单相桥式PWM逆变电路，滤波部分为LC滤波，负载为 阻感性。电路原理图如下所示：分析：方案一中整流电路与逆变电路都采用全控型可以通过控制a角的大小来控 制Ud的大小。方案二中的整流电路是单相全桥整流电路，属于不可控型oUd大小不可变。方案三采用双PWM电路。整流电路和逆变电路的构成可以完全相同，交流 电源通过交流电抗器和整流电路联接，通过对整流电路进行PWM控制，可以使 输入电流为正弦波并且与电源电压同相位，因而输入功率因数为1,并且中间 直流电路的电压可以调整。但由于控制较复杂，成本也较高，

5、实际应用还不多， 故此处没有选用。经过分析我选用了方案一。其中控制部分采用双极性PWM波控制触 发，从而控制负载电流和电压。由于逆变部分采用电压型逆变电路， 所以当选用电阻性负载时其电流大致呈正弦波，电压呈矩形波。2.总体实现框架二、主要参数及电路设计1. 主电路参数设计i =厶=500= 5 A由已知条件可得负载端的电流芮 矿,R = u = ioo = 20电阻 严5 Q。电压计算：寸电压波形进行定量分析,把幅值为Ud的矩形波u o展开成傅立叶级数得u =竺么(sin rot + 丄 sin 3et + 丄 sin 5et)o 兀35其中基波的幅值U o1m和基波有效值U o1分别为U =

6、 % = 1.27U , U = 2叫=09Uolm兀do1兀d由 U = 0.9UdoU =伫=100 = 111.1V所以 d 0.90T9-因为U = 0.9U cos ad2所以U 2二二 Ud = 142 .56 V0.9 cos a由此确定变压器的变比为1.542. 滤波时电感L=10mH,电容C=1mF。3. 并联的电容C=10mF。 TO丄m 20 .三、仿真验证（设计、存在的问题及解决方法）1. 测试方案交流电压经过变比为3： 1变压器输出适合本题大小要求的电 压，通过单相桥式全控整流以后，再接PWM逆变电路，PWM开关型 交流信号功率放大器控制IGBT的导通与关断。通过对输

7、入信号幅值 的调节来控制占空比，从而控制输出电压、电流的大小。2. 仿真验证a）主电路输入为单相交流电源，额定电压220V；b）要求放大器额定输出功率500VA，额定输出电压100VAC，放大 倍数为20；c）输入信号：05Vac，信号频率范围：40500Hz；3. 仿真波形1. 信号波和载波的图形IJc Ur2. 产生的PWM波1DD0 9D0 6D0 4(0 2DDDDTime 3. 整流后电压波形Tims (s)4. 逆变后电压波形Uo1Tims（5）5. 滤波后电压、电流波形4. 存在的问题及解决方法(1) 在用晶闸管做整流电路时使用的方波发生装置来触发，由 于对其脉冲和相角没能正确的

8、设置，导致输出的波形并非设计的目的 波形，通过仔细分析和检查，终于懂了问题的所在，应在每个周期触 发一次通过改正使脉冲频率为50HZ，从而正确得出结果。(2) 由于本题要用PWM控制，所以在做逆变电路时，对于IGBT 的触发电路没能正确的掌握，仅仅通过套用资料上的一些例子来希望 得到正确的结果，进入了误区，使电路不能良好运行。通过查资料和 老师的指导，仅使用一个放大器，对载波和信号波进行比较，再利用 开关和反相器，从而实现了PWM控制IGBT的触发的要求。（3）对与实验结果，刚开始时负载端电流类似正弦波，电压为 矩形波，以为这就是最后结果，经过老师指导才明白，应为存在谐波 的影响才这样，所以输

9、出要加滤波，从而得到正确的结果。（4）在把整流电路和逆变电路连在一起的时候还要注意同步的问题。四、小结紧张的一周电力电子课程设计终于结束了，这次我做的课题是PWM开关型功率放大器的设计与分析，刚拿到课题看，基本上知道是属 于单相交直交变频电路的问题，但是要求课本上讲的都是比较基础 的一些关于调压电路的知识，面对复杂而具体的任务要求，不得不 求助于图书馆，拿到题目当天就去找了课题相关的科目，阅读大量 相关内容后开始构思设计，其中遇到了不少的难题，但也学到了很 多东西。经过本次的课程设计，更多的掌握了电力电子器件的工作方 式以及他们在工作时需要注意的问题。就好比说 PWM 的控制原理和 应用，整流

10、电路和逆便电路在具体应用中个子应该主义的那些问题， 以及逆变出来的波形含有大量的谐波，应该对其输出进行滤波，才 能得到正确的结果。以前上课听老师讲过这些知识，可是当自己真 正去实践证实之后明白理论需要实践来充实，类似这样的例子还有 很多。能够运用自己所学的知识，做成真正意义上的实物去实现某 种功能，自己感觉很欣慰，也算是学以致用把，在这其中指导老师 给了我不少的帮助，功不可没。很感谢有这次实践机会，通过这次 实践使我对以后电力电子的学习有了更深厚的基础。希望以后会有 更多这样多机会。附件：参考文献郑琼林, 耿文学，电力电子电路精选 : 常用元器件 实用电路设计实例，电子工业出版社；苏文平，新型电子电路应用实例精选，北京航空航天大学出版社；徐德鸿 沈旭 杨成林 周邓燕译，开关电源设计指南，机械工业出版社付家才，应用电子工程实践技术，化学工业出版社朱兆优等，电子电路设计技术，国防工业出版社王兆安，电力电子技术，机械工业出版社；陈国呈译，电力电子电路，日本电气学会编，科学出版社； 岳庆来，变频器、可编程序控制器及触摸屏综合应用技术， 机械工业出版社；