半桥逆变电路分析与设计

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1、第13卷　第1期石　油　仪　器·23··开发设计·半桥逆变电路分析与设计刘强远　牛俊邦(东营　石油大学)刘强远,牛俊邦.半桥逆变电路分析与设计.石油仪器,1999,13(1),23～24摘　　要半桥逆变电路具有开关器件少、控制性能好的特点,可作为各种电子仪器设备供电电源的主电路。文章提出了一种该电路主要参数的设计计算方法并给出了计算实例。主题词开关　电源　电位差计　电路　半桥式　逆变作者介绍刘强远工程师,1962年出生,1987年毕业于石油大学自动化系自动化专业,现在石油大学仪器仪表研究所从事仪器仪表的研制开发工作,主要研究方向为大功率电源的开发与应用。邮编:257062电路

2、简介变压器的变比,Rf为输出负载电阻,R为等效负载电阻。脉宽调制型半桥逆变电路,作为电子仪器电源[2]的主电路形式之一得到广泛应用。其结构形式如图电路分析1所示。在图1(a)中E为一直流恒电源,通常由电在图1(b)中,S1闭合时C1放电、C2充电,S2闭网电压经全桥整流滤波获得;S1、S2为大功率的场合时C2放电、C1充电。若S1闭合视为正半波,则S2闭合为负半波。对于消耗在R上的有功功率,正负半波皆可等效为一个图2所示RC电路的零输入响应,其中C=C1+C1(2)图2　简化等效电路　　图2中,正半波时的UC即为图1(b)中的UC1,S即为S1;同理,负半波时UC为UC2,S

3、为S2。若设C图1　半桥电路原理图上的电压初始值(a)　常用电路　　(b)　等效电路UC=UM(3)t=0效应管或IGBT器件;C1、C2为换流电容。若把S1、图1(b)中的S1闭合后,若设最大脉宽为ton,依据图S2视为理想开关并引入理想变压器模型,图1(a)可2及文献[2]便可求得UC1[1]t简化成图1(b),且有U=U=UMe-RC0≤t≤ton(4)C1CN122从式(4)中可求出R=()Rf=KRf(1)N2tonU-RC(5)C1=UMe式中,N1、N2为主变压器B的初级、次级匝数,K为t=ton©1995-2006TsinghuaTongfangOptical

4、DiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.·24·石　油　仪　器1999年　再依据图1(b)、式(5)可求得输出负载电阻Rf应为t-onP4687.5UC2=E-UC1=E-UMeRC(6)Rf===0.3Ωt=tt=t22ononI125一个周期后,电路回到t=0时的初始状态,因此可考虑到电网电压的波动,单相交流经全桥整流[1]把式(6)与式(3)合并,即有滤波后的直流电压E取值为tE=260VonE-U-RCMe=UM(7)依据式(10)可求出R从式(7)中可求出UM2tEonER=×UM=t(8)4Pton+tdon1-e-RC2-626017×10若

5、RCmton,UM又可表示为=4×4687×-6-6.517×10+3×10E=3.06ΩUM=(9)2式(9)成立的条件为RCmton,实际设计中取由此可见,当电路的时间常数RCmton时,C1、C2两RC>5ton便可满足要求,即有E端的电压值皆恒定为。则电路在一个周期内消耗5ton5×17×10-62-6C>==27×10F在R上的有功功率的平均值P可表示为R3.06变比K依据式(1)求出E2()22tonEtonN1R3.06P=×=×(10)K====3.19Rton+td4Rton+tdN2Rf0.3式中td为死区时间。文献[3]为了保证输出电压U≥30V,K=2

6、.9计算实例取值偏低,留有余量。试验结果表明,直接采用本文的计算值便可。文献[3]中场效应管逆变式恒电位仪,电源电压-6为单相交流220V。最大脉宽ton=17×10s,死区参　考　文　献-6时间td=3×10s。额定输出电压U=30V,额定1徐德高,金　刚.脉宽调制变换器型稳压电源.科学出版工作电流I=125A。试求出主电路参数。社,1983解:恒电位仪的额定输出功率2秦曾煌.电工学(上册).高等教育出版社,1990Pe=IU=125×30=3750W3牛俊邦,刘强远.HDY—125型场效应管逆变式恒电位仪若设额定工作状态下的效率η=80%,则实际的研制.石油仪器,1997

7、,11(6)输出功率P应为Pe3750(收稿日期:1998-07-27编辑:陈阿乾)P===4687.5Wη0.8©1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.Vol.13No.1PETROLEUMINSTRUMENTS·53·ABSTRACTSZhouGuangjia.TheapplicationandprogressofGCinoil2gasgeologicalexplorationanddevelopment.PI,1