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IGBT单相电压型半桥无源逆变电路设计

1引言

本次课程设计的题目是IGBT单相电压型半桥无源逆变电路设计，根据电力电

子技术的相关知识，单相桥式逆变电路是一种常见的逆变电路，与整流电路相比较，

把直流电变成交流电的电路成为逆变电路。当交流侧接在电网上，称为有源逆变；

当交流侧直接和负载相接时，称为无源逆变，逆变电路在现实生活中有很广泛的应

用。

电力电子技术课程设计是电力电子技术课程理论教学之后的一个实践教学环

节。其目的是训练学生综合运用学过的各种变流电路原理的基础知识，独立完成查

找资料、选择方案、设计电路、撰写报告的能力，使学生进一步加深对变流电路基

本理论的理解和基本技能的运用，为今后的学习和工作打下坚实的基础。

2工作原理概论

2.1IGBT单相电压型半桥无源逆变电路

2.1.1单相电压型逆变电路

（1）半桥逆变电路结构及其工作原理

V和V栅极信号各半周正偏、半周反偏，二者互补。输出电压u为矩形波，幅

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值为Um=Ud/2，输出电流i波形随负载而异，感性负载时，V或V通时，i和u

o12oo

同方向，直流侧向负载提供能量，VD或VD通时，i和u反向，电感中贮能向直流

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侧反馈，VD、VD称为反馈二极管，还使i连续，又称续流二极管。

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单相半桥电压型逆变电路及其工作波形

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IGBT单相电压型半桥无源逆变电路设计

优点：简单，使用器件少。缺点：交流电压幅值U/2，直流侧需两电容器串联，要

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控制两者电压均衡，用于几k以下的小功率逆变电源。

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2.1.2IGBT绝缘栅双极型晶体管

IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由

BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率

半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR

饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，

但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱

和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频

器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

2.2电压型逆变电路的特点及主要类型

根据直流侧电源性质的不同可分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变电

路；直流侧是电流源的则称为电流型逆变电路。电压型逆变电路有以下特点：

直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本无脉动，

直流回路呈现低阻抗。

由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗

角无关。而交流侧输出电流波形和相位因为负载阻抗的情况不同而不同。

当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作

用。为了给交流侧想直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二

极管。又称为续流二极管。

逆变电路分为三相和单相两大类。其中，单相逆变电路主要采用桥式接法。主

要有：单相半桥和单相全桥逆变电路。而三相电压型逆变电路则是由三个单相逆变

电路组成。

2.3根据设计题目要求的指标，通过查阅有关资料分析其工作原理，确定各器件

参数，设计电路原理图；

设计条件：

1.电源电压：直流U=100V

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2.输出功率：300W

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