石家庄铁道大学四方学院毕业设计
升压斩波器目前的典型应用，一是用于直流电动机传动，二是用作单相功率因数校正电路，三是用于其他交流直流电源中。
图 3-5(a)、(b)分别给出了处于断续边界和断续时的电感电流、电压波形。
(a)断续边界电感电流、电压波形 (b)断续时电感电流、电压波形
图3-5 电感电流、电压波形
在断续导电工作模式下，电感电压在一个周期内对时间的积分为0，即
UiDT?(Ui?U0)d1T?0 (3-7)
整理得
U0d1?D (3-8) ?Uid1在不考虑功率损耗的情况下，有公式3-5可得
I0?d1Ii (3-9) d1?D电流流经电感没有损耗，所以电流平均值为
Ii?IL?UDT(D?d1)11??IL(D?d1)T?i (3-10) T22L得到
I0?UiDTd1 (3-11) 2L在一般的情况下，在开关断开时是会有能量从输入端传给负载或电路的，但是不是全部的能量都会被负载吸收，在能量达到稳定之前电容上的电压会一直升高，电压达到某一个数值后电容将会被击穿，会对其他设备或人体造成一定的伤害。所以必须用合理的方法对占空比进行控制，保证电路稳定、安全、可靠的工作。
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3.3.4 DC/DC电路的参数选择与器件选型 (1)开关管的选取
MOSFET虽然有开关速度快和导通电压低的优点，但是不太适用于功率较大的场合。因此，选取IGBT作为Boost电路的开关管，它具有输入阻抗高、高速开关、低导通电压、耐高压和大电流的优点，符合设计的硬件参数要求。
在IGBT的选择中，需要注意其最大集射级间电压、最大集电极电流和最大集电极功率3个参数。如果在开关过程中，IGBT集电极和发射极之间的电压超过允许的耐压值，将会损坏开关管。此外，由于IGBT工作再高频的开关状态，产生的大量开关损耗将会使器件发热严重，因此还必须综合考虑开关管的散热。在电路中IGBT管承受的最大电压为400V，IGBT的电压大约为2倍的最大电压，即电压为800V，选取一定的电压、电流裕量，因此选取用富士的IGBT，型号为1MBH60-100，主要参数为：耐压：1000V，额定电流：60A[7]。 (2)二极管的选取
升压斩波电路中的二极管应具有较低的通态压降和快反恢复特性，选取一般的二极管即可满足要求，主要参数：导通电压0.8V，导通时电流为0V。 (3)输出电容的选取
电容C的值一般是很大的，它的作用是将输出电压保持在一定的数值，电容C的值是根据电路的电流(功率)来计算的。
3.4 逆变电路设计
3.4.1 三相电压型桥式逆变电路
逆变器由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成，它将人为提供的直流110V电压换为稳定的230V/50HZ交流电压。逆变电路主要包括主电路和控制电路，如图3-6为三相电压型逆变电路。
逆变电路的核心电路模块是IGBT，IGBT也是上世纪出现的一种电力电子的器件，它集合了很多晶体管的优点，IGBT适合的场合比较多，主要是在一些高压电路中有很大的作用，比如高速、低功耗的电路等。IGBT的特点是耐高很压、允许通过的电流大、开关频率高、使用寿命长、热损耗小等。 主电路主要有二大部分组成。 (1)逆变管V1～V6
V1～V6组成逆变桥，把经boost升压电路升压后得到的稳定的的400V直流电压
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逆变成230V/50HZ的交流电压。这是实现逆变的主要的环节，也是逆变电路的核心。
常用的晶体管有绝缘栅双极晶体管(IGBT)、电力晶体管(GTR)、门极可关断晶闸管(GTO)和以及电力场效应晶体管(MOSFET)等。本设计中主要使用的是IGBT。 (2)续流二极管VD1～VD6 其主要功能为：
VT1～VT6是为了给晶体管提供通路，在任何一个时间都会有三个桥臂同时导通，因此在两个桥臂间处于不停地交替导通和截止的状态。在导通和截止的交替变换过程中，还需要VD1～VD6提供通路[8]。
图3-6 逆变电路图
3.3.2 PWM的工作原理
用SPWM控制技术作为控制电路核心，其主要作用是将正弦波参考信号与三角形载波信号相比较产生逆变电路所需要的开关动作信号，控制V1～V6的通断。
PWM控制是指改变脉冲的宽度的调制技术，它通过改变波形的占空比来改变输出电压的。它应用的领域比较广，现在很多机车与汽车都是通过这种方式来进行调速的。
PWM逆变电路有两种：电压型和电流型。但是目前我们常用的大多还是电压型的电路，所以本设计采用电压型PWM逆变电路的调速方法。
PWM控制的方法有三种：计算法、调制法、跟踪控制法。
计算法：根据PWM逆变电路的控制原理，给逆变电路一个正弦波的输出频率、幅值和周期，就可以计算出PWM波形中各个脉冲的宽度。根据计算的结果可以控制开关器件的通断，就可以得到需要的PWM波形。
调制法：输出的波形作为调制信号，接受的信号作为载波，控制信号波的调制来
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达到所希望的PWM波形，本设计以锯齿波作为载波，当调制信号为正弦波是，输出的波形为SPWM波形[9]。
当三角波只在正极性或负极性其中的一个范围内变化时，所得到的PWM波形也在其中一个极性范围内变化的控制方式叫做单极性PWM控制方法。如图3-7所示。
图3-7 单极性PWM控制方式波形
在信号波半个周期内，三角波是有极性的，所得到的PWM波也是有正负的，这种方式叫做双极性控制方式。如图3-8所示。
图3-8 双极性PWM控制方式波形
3.3.3 DC/AC电路参数设计和器件选型
中小容量的低压系统，使用更多的开关器件MOSFET的，因为MOSFET的压降较低和高开关频率，具有正温度系数，热稳定性好，但在逆变器的设计，MOSFET
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具有以下两个缺点：
(1)由于输出滤波电感电流增长的作用时间的流，容易燃烧MOSFET。 (2)MOSFET在高电压大容量系统，随着电压的增加也会增加其在国家阻力，降低电路的整体效率。
因此，在电力系统中高压变频器，IGBT的开关频率高、低电流、高电压和大电流的优点，被广泛应用。据的特点设计电路IGBT作为开关组件的选择。
在系统设计中，梁的两端，IGBT承受400V的电压，电压峰值的过程中考虑到设备开关，即使它的缓冲电路，或选择一定的保证，因此承受电压600V。选择与三菱的智能功率模块(IPM)，型号是6MBP20RH060，其耐受电压600V，耐流20A，包括六个开关管。
逆变电路主要的元器件是IGBT与二极管，逆变电路基本的工作方式是1800导电方式，即每个桥臂的导电角度为180°，在任何的时间都会有三个桥臂同时导通。主要的计算如下[10]。
三项桥式电压型逆变电路，幅值Ud=200V，输出相电压的有效值
UUN1?输出线电压的有效值
UUV1?23UdUUN1?0.45Ud?90V (3-12) 2??1.1Ud?220V (3-13)
PWM的载波比N(载波频率fc和调制频率fr)
fcN= (3-14)
fr3.5 滤波电路设计
逆变后的电流经过滤波电路前电压是不稳定的，在经过逆变电路后波形将会是有一定的规律，所以会使直流电进一步会形成脉动电流，为了最大限度的滤除掉脉动电流中的交流部分，使之输出的波形为无上下波动的平滑直流波，一定要在其后连接上一个低通滤波电路。输出滤波电感可以改善输出波形的质量，因为许多逆变器输出波形主要的电感两端更高的谐波，以确保低输出电压谐波滤波电感高频阻抗不能低于滤波电容阻抗，所以电感值不是太小了。增加电感可以简单而有效的抑制谐波低，但增加电感线损失的大小，重量和电感会相应增加。电感值越大，动态特性的响应时间越长，波形将成为没有法律；电感值较小，虽然可以改善动态特性，但纹波电流，电感
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