盐城工学院本科生毕业设计说明书( 2009)
用。电容滤波的单相不可控整流电路，常用于小功率单相交流输入的场合，如目前大量普及的微机、电视机等家电产品中。
工作原理及波形分析：电容滤波的单相桥式不可控整流电路工作波形如图2-2所示：
i2,udiud0??2??t?
图2-2 电容滤波的单相桥式不可控整流工作波形
基本工作过程：
在u2正半周过零点至ωt=0期间，因u2 至ωt=0之后，u2将要超过ud，使得VD1和VD4开通，ud=u2，交流电源向电容充电，同时向逆变器负载供电。 详细分析（关键在于求出?和?）： u2?2U2sin(?t??) （2-1） ?ud(0)?2U2sin?? （2-2） ?1t?ud(0)??0iC1dt?u2C1?式中，ud(0)为VD1、VD4开始导通时刻直流侧电压值，将u2代入并求解得： iC1?2?C1U2cos(?t??) （2-3） 而负载电流为： iR?于是 u22?U2sin(?t??) （2-4） RR id?iC1?iR?2?C1U2cos(?t??)?2U2sin(?t??) （2-5） R设VD1和VD4的导通角为θ，则当ωt=θ时，VD1和VD4关断。将id(θ)=0代入式（2-5），得： tan(???)???RC1 （2-6） 二极管导通后u2开始向C1充电时的ud与二极管关断后C1放电结束时的ud相等 3 方波逆变器及其控制电路的设计 2U2sin(???)?e?????RC1?2U2sin? （2-7） 注意到δ+θ为第2象限的角，由式（2-6）和（2-7）得： ??????arctan(?RC1) （2-8） ?RC1(?RC1)?12?e?arctan(?RC1)?RC1?e???RC1?sin? （2-9） 在ωRC1已知时，即可由式（2-9）求出δ，进而由式（2-8）求出θ。显然δ和θ仅由乘积ωRC1决定。 二极管VD1和VD4关断的时刻，即ωt达到θ的时刻，还可用另一种方法确定：VD1和VD4的关断时刻，从物理意义上讲，就是两个电压下降速度相等的时刻，一个是电源电压的下降速度|du2/d(ωt)|，另一个是假设二极管VD1和VD4关断而电容开始单独向电阻放电时电压的下降速度|dud/d(ωt)|p（下标表示假设）。前者等于该时刻u2导数的绝对值，而后者等于该时刻ud与ωRC1的比值。据此可以确定θ。 2.2.2 二极管型号的选择 a) 选择二极管的电流IVD 本设计中的逆变器是功率约为1KVA的逆变器，市电为220V，故，可计算出： IN?PN1000KVA??4.55A （2-10） UN220V又，电路中二极管只有半个周期的时间是导通的，所以： 11I1?IN??4.55A?2.27A （2-11） 22我们在选择二极管电流时要考虑留有一定裕量，一般，我们选择两倍的电流即 IVD?I1?2?2.27A?2?5.54A （2-12） b) 选择二极管的电压 市电电压为220V，电压峰值为 Um?2UN?2?220V?311V （2-13） 同样，我们在选择二极管电压时也要考虑留有一定的裕量，一般我们选择两倍的电压即 UVD?2Um?2?311V?622V （2-14） 根据上面的分析，应该选择600V／5A的二极管，综合各方面情况，我们选择型 号为KBPC3500的二极管，其耐压是1000V、耐流是35A。 4 盐城工学院本科生毕业设计说明书( 2009) 2.3 电压型逆变电路的设计 2.3.1 基本原理 图2-1中，由V1、V2、V3、V4四个电力场效应管（电力MOSFET）组成全桥逆变电路。在V1的源极（V3的漏极）和V2的源极（V4的漏极）即TA-和YB-获得方波。 电压型全桥逆变电路的原理图如图2-3(a)所示，它有4个桥臂，可以看成由两个半桥电路组合而成。把桥臂1和4作为一对，桥臂2和3作为另一对，成对的两个桥臂同时导通，两对交替各导通180°。其输出电压uo的波形是矩形波，其幅值U1=U4。 在感性负载时，在图中2-3(a)中的单相全桥逆变电路中，各MOSFET的栅极信号是占空比为0.5，频率可变的PWM波，并且V1和V2的栅极信号互补，输出电压uo是频率可变的正负各为180°的方波，各MOSFET的栅极信号UV1-UV4及输出电压uo、输出 +UdC1V1VD5LV2VD6RiouoV3V4VD8_VD7 （a） 5 方波逆变器及其控制电路的设计 Uv1、v40Uv2、v3t0uo0io0idt0t1t2t3t4tUdttVD1V1VD2V2VD4V4VD3V3导通导通导通导通 （b） 图2-3单相全桥逆变电路及其工作波形 电流io的波形如图2-3(b)所示。下面对其工作过程进行具体分析： 在t0-t1期间，V1和V2栅极信号相反，V2截止，因负载电感中电流io不能突变，所以V1不能立即导通，VD5导通续流，V3和V4栅极信号相反，V3截止，因负载电感中电流io不能突变，所以V4不能立即导通，VD8导通续流，此期间V1、V4电压为正，VD5和VD8同时导通，负载电压为正，但电流为负，输出电压uo为Ud，由于电感电流不能突变，所以输出电流逐渐减小到为零；如图2-4(a)所示。 在t1-t2期间，V1、V4导通，负载电压为正，电流也为正，输出电压为Ud，输出电流逐渐增大到峰值id；如图2-4(b)所示。 在t2-t3期间，V1和V2栅极信号相反，V1截止，因负载电感中电流io不能突变，所以V2不能立即导通，VD6导通续流，V3和V4栅极信号相反，V4截止，因负载电感中电流io不能突变，所以V3不能立即导通，VD7导通续流，此期间V2、V3电压为正，VD6、VD7同时导通，负载电压为负，但电流为正，输出电压uo为-Ud，由于电感电流不能突变，所以输出电流逐渐减小到为零；如图2-4(c)所示。 在t3-t4期间，V2、V3导通，负载电压为负，但电流也为负，输出电压uo为-Ud，所以输出电流逐渐减小到负最大值-id。如图2-4(d)所示。 6 盐城工学院本科生毕业设计说明书( 2009) +UdC1V1VD5RiouoLV2VD6+UdV1VD5RioLuoVD7V2VD6C1V3_+UdC1V3V4VD7VD8V4_+VD8(a)V1VD5RiouoVD7LV2VD6(b)V1VD5RiouoLV2VD6UdV3V4VD8(c)C1V3VD7(d)V4VD8__ 图2-4单相全桥逆变电路工作过程 2.3.2 MOSFET型号的选择 a) 选择MOSFET的电流 cos??0.2 本设计中的逆变器是功率约为1KVA的逆变器，市电UN为220V，功率因素VD8UmIm1COS??PN （2-15） 由（2-15）得： Im1?PN1000KVA??16A （2-16） Um?cos?311V?0.2又，电路中MOSFET的体二极管只有半个周期的时间是导通的，所以： 11I1/?Im1??16A?8A （2-17） 22我们在选择MOSFET电流时要考虑留有一定的裕量，一般我们选择两倍的电流即 IVD/?I1/?2?8A?2?16A （2-18） b) 选择MOSFET的电压 由（2-13）知：Um?311V同样，我们在选择二极管电压时也要考虑留有一定的裕量，一般我们选择两倍的电压即 UVD?2Um?2?311V?622V （2-19） 根据上面的理论分析，逆变电路中应该选取600V，20A的MOSFET，可以选择型号为FCP20N60的MOSFET。 2.4 关于固态继电器的介绍 在图2-1中，固态继电器的作用是，当线圈V-和V+间得电，则开关S1、S2闭合；线圈V-和V+间失电，则开关S1、S2断开。电容C1由电容C31、C32、C33并联而 7