用MATLAB實(shí)現(xiàn)單相半橋和全橋逆變器

時(shí)間：2024-12-12 21:17:38

關(guān)鍵字：逆變器 MATLAB MOSFET

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[導(dǎo)讀]交流電(AC)電源幾乎用于所有的住宅、商業(yè)和工業(yè)需求。但是交流電最大的問題是它不能儲(chǔ)存起來以備將來使用。交流電被轉(zhuǎn)換成直流電，然后直流電被儲(chǔ)存在電池和超級(jí)電容器中?，F(xiàn)在，每當(dāng)需要交流時(shí)，直流又被轉(zhuǎn)換成交流電來運(yùn)行基于交流電的電器。所以把直流電轉(zhuǎn)換成交流電的裝置就叫做逆變器。

交流電(AC)電源幾乎用于所有的住宅、商業(yè)和工業(yè)需求。但是交流電最大的問題是它不能儲(chǔ)存起來以備將來使用。交流電被轉(zhuǎn)換成直流電，然后直流電被儲(chǔ)存在電池和超級(jí)電容器中?，F(xiàn)在，每當(dāng)需要交流時(shí)，直流又被轉(zhuǎn)換成交流電來運(yùn)行基于交流電的電器。所以把直流電轉(zhuǎn)換成交流電的裝置就叫做逆變器。

對于單相應(yīng)用，采用單相逆變器。單相逆變器主要有兩種：半橋式逆變器和全橋式逆變器。在這里，我們將研究如何構(gòu)建這些逆變器，并將在MATLAB中模擬電路。

半橋式逆變器

這種類型的逆變器需要兩個(gè)功率電子開關(guān)(MOSFET)。MOSFET或IGBT用于開關(guān)目的。半橋式逆變器的電路圖如下圖所示。

如圖所示，輸入直流電壓為Vdc = 100v。這個(gè)源被分成兩個(gè)相等的部分?，F(xiàn)在將柵極脈沖輸入到MOSFET，如下圖所示。

根據(jù)輸出頻率決定MOSFET的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間，并產(chǎn)生門脈沖。我們需要50Hz的交流電源，所以一個(gè)周期(0 < t < 2π)的時(shí)間周期為20msec。如圖所示，MOSFET-1在前半周期(0 < t < π)被觸發(fā)，在此期間MOSFET-2未被觸發(fā)。在此時(shí)間段內(nèi)，電流將沿下圖箭頭方向流動(dòng)，完成半個(gè)周期的交流輸出。負(fù)載電流從右到左，負(fù)載電壓等于+Vdc/2。

在第二個(gè)半周期(π < t < 2π)，觸發(fā)MOSFET-2，低電壓源與負(fù)載連接。負(fù)載電流為左向右，負(fù)載電壓為-Vdc/2。在此時(shí)間段內(nèi)，電流將如圖所示流動(dòng)，交流輸出的另一半周期完成。

全橋逆變器

在這種類型的逆變器中，使用四個(gè)開關(guān)。半橋逆變器和全橋逆變器的主要區(qū)別在于輸出電壓的最大值。在半橋逆變器中，峰值電壓是直流電源電壓的一半。在全橋逆變器中，峰值電壓與直流電源電壓相同。全橋逆變器的電路圖如下圖所示。

MOSFET 1和MOSFET 2的柵極脈沖相同。兩臺(tái)交換機(jī)同時(shí)工作。同樣，MOSFET 3和MOSFET 4具有相同的柵極脈沖并同時(shí)工作。但是，MOSFET 1和4(垂直臂)從不同時(shí)工作。如果發(fā)生這種情況，那么直流電壓源就會(huì)短路。

對于上半周期(0 < t < π)， MOSFET 1和2被觸發(fā)，電流將如下圖所示。在這段時(shí)間內(nèi)，電流由左向右流動(dòng)。

對于下半周(π < t < 2π)，觸發(fā)MOSFET 3和4，電流如圖所示。在這段時(shí)間內(nèi)，電流從右流向左。在這兩種情況下，峰值負(fù)載電壓與直流電源電壓Vdc相同。

半橋式逆變器的MATLAB仿真

從Simulink庫中添加模型文件中的元素進(jìn)行仿真。

1) 2個(gè)直流電源-每個(gè)50V

2)2 MOSFET

3)電阻性負(fù)載

4)脈沖發(fā)生器

5)非門

6) Powergui

7)電壓測量

8)GOTO和FROM

按照電路圖連接所有元件。半橋逆變器模型文件的截圖如下圖所示。

門脈沖1和門脈沖2是由柵極發(fā)生器電路產(chǎn)生的MOSFET1和MOSFET2的門脈沖。柵極脈沖由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生。在這種情況下，MOSFET1和MOSFET2不能同時(shí)觸發(fā)。如果發(fā)生這種情況，那么電壓源將短路。當(dāng)MOSFET1閉合時(shí)，此時(shí)MOSFET2處于打開狀態(tài)，當(dāng)MOSFET2閉合時(shí)，此時(shí)MOSFET1處于打開狀態(tài)。因此，如果我們?yōu)槿魏我粋€(gè)MOSFET產(chǎn)生柵極脈沖，那么我們可以切換該脈沖并用于其他MOSFET。

柵極脈沖發(fā)生器

上圖顯示了MATLAB中脈沖發(fā)生器模塊的參數(shù)。周期是2e-3表示20毫秒。如果你需要60Hz的頻率輸出，那么周期將是16.67毫秒。脈沖寬度用周期的百分比表示。也就是說，柵極脈沖只在這個(gè)區(qū)域產(chǎn)生。在這種情況下，我們將其設(shè)置為50%，這意味著產(chǎn)生50%周期的門脈沖，而不產(chǎn)生50%周期的門脈沖。相位延遲設(shè)置為0秒，意味著我們沒有給門脈沖任何延遲。如果有相位延遲，則表示在此時(shí)間之后將產(chǎn)生門脈沖。例如，相位延遲為1e-3，則在10msec后產(chǎn)生門脈沖。

通過這種方式，我們可以為MOSFET1生成門脈沖，現(xiàn)在我們將切換這個(gè)門脈沖并將其用于MOSFET2。在模擬中，我們將使用邏輯非門。非門反向輸出意味著它將轉(zhuǎn)換1到0和0到1。這就是如何，我們可以準(zhǔn)確地得到相反的門脈沖，使直流電源永遠(yuǎn)不會(huì)短路。

在實(shí)際中，我們不能使用50%的脈沖寬度。MOSFET或任何電源電氣開關(guān)需要很短的時(shí)間關(guān)閉。為了避免源短路，脈寬設(shè)置在45%左右，以允許mosfet關(guān)閉的時(shí)間。這段時(shí)間被稱為死亡時(shí)間。但是，為了模擬的目的，我們可以使用50%的脈沖寬度。

半橋逆變器輸出波形