電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)課件

1、第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí) 第第2章章電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)機(jī)械工業(yè)出版社1第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)2.1 電力電子器件及應(yīng)用電力電子器件及應(yīng)用 2.2 AC-DC變換電路變換電路 2.3 DC-DC變換電路變換電路 2.4 DC-AC變換電路變換電路 2.5 AC-AC變換電路變換電路 2.6 多級(jí)復(fù)合形式的變換電路多級(jí)復(fù)合形式的變換電路 2.7 半導(dǎo)體功率器件的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路半導(dǎo)體功率器件的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容機(jī)械工業(yè)出版社2第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

2、電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí) 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征 電力電子器件的分類電力電子器件的分類 不可控器件不可控器件電力二極管電力二極管 半控型器件半控型器件晶閘管晶閘管 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力電力MOSFET 絕緣柵雙極型晶體管絕緣柵雙極型晶體管IGBT2.1 電力電子器件及應(yīng)用電力電子器件及應(yīng)用機(jī)械工業(yè)出版社3第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)2.1.1電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征電力技術(shù)（電力設(shè)備、電力網(wǎng)絡(luò)） 電子技術(shù)（電子器件、電子電路） 控制技術(shù)（連續(xù)、離散）機(jī)械工業(yè)出版社4第第2章章 電源變換和控制

3、技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)19741974年美國(guó)學(xué)者年美國(guó)學(xué)者W.NewellW.Newell用于表征電力電子技術(shù)的倒三角用于表征電力電子技術(shù)的倒三角機(jī)械工業(yè)出版社5第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)2.1.2電力電子器件的分類 電力電子及其特性電力電子及其特性 電力電子器件的分類電力電子器件的分類 幾種典型的電力電子器件幾種典型的電力電子器件 機(jī)械工業(yè)出版社6第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電力電子及其特性電力電子及其特性l電力電子器件被廣泛用于處理電能的主電路中，是實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、變換或控制的電子器件。l電力電子器件

4、所具有的主要特征為：電力電子器件處理的電功率的大小是其主要的特征參數(shù)。電力電子器件往往工作在開關(guān)狀態(tài)；在實(shí)際應(yīng)用中因此需要驅(qū)動(dòng)電路對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行放大。機(jī)械工業(yè)出版社7第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電力電子器件的分類電力電子器件的分類1、按可控性分類（1）不控型器件：不能用控制信號(hào)控制其導(dǎo)通和關(guān)斷的電力電子器件 。如：功率二極管（Power Diode）。機(jī)械工業(yè)出版社8第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)（2）半控型器件：可以通過控制極（門極）控制器件導(dǎo)通，但不能控制其關(guān)斷的電力電子器件。晶閘管(Thyristor)及其大部分派生器

5、件(除GTO及MCTMOSFET控制晶閘管等復(fù)合器件外)，器件的關(guān)斷一般依靠其在電路中承受反向電壓或減小通態(tài)電流使其恢復(fù)阻斷。機(jī)械工業(yè)出版社9第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)（3）全控型器件：既可以通過器件的控制極（門極）控制其導(dǎo)通，又可控制其關(guān)斷的器件。主要有：功率晶體管（GTR）、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）和電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管(P-MOS)等。機(jī)械工業(yè)出版社10第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)2、按驅(qū)動(dòng)信號(hào)類型分類(1) 電流驅(qū)動(dòng)型：通過對(duì)控制極注入或抽出電流，實(shí)現(xiàn)其開通或關(guān)斷的電力電子器件稱為電

6、流驅(qū)動(dòng)型器件，如Thyrister，GTR，GTO等。(2) 電壓驅(qū)動(dòng)型：通過對(duì)控制極和另一主電極之間施加控制電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)其開通或關(guān)斷的電力電子器件稱為電壓驅(qū)動(dòng)型器件，如PMOSFET，IGBT等。 機(jī)械工業(yè)出版社11第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)幾種典型的電力電子器件幾種典型的電力電子器件 l不可控器件不可控器件電力二極管電力二極管l半控型器件半控型器件晶閘管晶閘管l電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力電力MOSFETl絕緣柵雙極型晶體管絕緣柵雙極型晶體管IGBT機(jī)械工業(yè)出版社12第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)1、不可控器

7、件、不可控器件電力二極管電力二極管（1）電力二極管的基本特性：電力二極管（Power Diode）承受的反向電壓耐力與陽極通流能力均比普通二極管大得多，但它的工作原理和伏安（VA）特性與普通二極管基本相同，都具有正向?qū)щ娦院头聪蜃钄嘈浴ｋ娏ΧO管的電路符號(hào)和靜態(tài)特性（即伏安特性）如下圖所示。圖2-1 電力二極管電路符號(hào)及伏安（VA）特性機(jī)械工業(yè)出版社13第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)（2）電力二極管的主要參數(shù)l正向平均電流IF(AV) ：電力二極管在連續(xù)運(yùn)行條件時(shí)，器件在額定結(jié)溫和規(guī)定的散熱條件下，允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。l反向重復(fù)峰值電壓UR

8、RM ：指對(duì)電力二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓，通常是雪崩擊穿電壓URBO的2/3。機(jī)械工業(yè)出版社14第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)l正向通態(tài)壓降UF ：在額定結(jié)溫下，電力二極管在導(dǎo)通狀態(tài)流過某一穩(wěn)態(tài)正向電流（IF）所對(duì)應(yīng)的正向壓降。正向壓降越低，表明其導(dǎo)通損耗越小。 l反向恢復(fù)電流IRP及反向恢復(fù)時(shí)間trr ：反向恢復(fù)時(shí)間trr通常定義為從電流下降為零至反向電流衰減至反向恢復(fù)電流峰值25的時(shí)間。反向恢復(fù)電流IRP及恢復(fù)時(shí)間trr與正向?qū)〞r(shí)的正向電流IF及電流下降率diF/dt密切相關(guān)。 反向恢復(fù)過程反向恢復(fù)過程：受二極管PN結(jié)中空間電荷區(qū)存儲(chǔ)電荷的影

9、響，向正向?qū)ǖ亩O管施加反向電壓時(shí)，二極管不能立即轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)，只有存儲(chǔ)電荷完全復(fù)合后，二極管才呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。機(jī)械工業(yè)出版社15第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)2、半控型器件、半控型器件晶閘管晶閘管圖2-2 晶閘管電路符號(hào)及伏安（VA）特性 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：晶閘管可以承受的電壓、電流在功率半導(dǎo)體中均為最高，具有價(jià)格便宜、工作可靠的優(yōu)點(diǎn)，盡管其開關(guān)頻率較低，但在大功率、低頻電力電子裝置中仍占主導(dǎo)地位。 機(jī)械工業(yè)出版社16第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)（1）基本特性：l電流觸發(fā)特性電流觸發(fā)特性：當(dāng)晶閘管AK極間承受正向電壓時(shí)，如果GK

10、極間流過正向觸發(fā)電流，就會(huì)使晶閘管導(dǎo)通。l單向?qū)щ娞匦詥蜗驅(qū)щ娞匦裕寒?dāng)承受反向電壓時(shí)，此時(shí)無論門極有無觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。l半控型特性半控型特性：晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去作用；此時(shí)，不論門極電流是否存在、觸發(fā)電流極性如何，晶閘管都維持導(dǎo)通。要使導(dǎo)通的晶閘管恢復(fù)關(guān)斷，可對(duì)其AK極間施加反向電壓或使其流過的電流小于維持電流（IH）。機(jī)械工業(yè)出版社17第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)（2）主要參數(shù)l額定電壓額定電壓UT：晶閘管在額定結(jié)溫、門極開路時(shí)，允許重復(fù)施加的正、反向斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM和URRM中較小的一個(gè)電壓值稱為晶閘管的額定電壓UT。l正、反向

11、斷態(tài)重復(fù)峰值電壓正、反向斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM、URRM：晶閘管門極開路(Ig=0)、器件在額定結(jié)溫時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的正、反向峰值電壓。一般分別取正、反向斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓（UDSM、URSM） 的90%。正向斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓應(yīng)小于轉(zhuǎn)折電壓（Ubo）。l通態(tài)平均電流通態(tài)平均電流IT(AV)：在環(huán)境溫度為40和規(guī)定的散熱條件下、穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時(shí)，晶閘管允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。這也是額定電流的參數(shù)。l維持電流維持電流IH：維持晶閘管導(dǎo)通所必需的最小電流，一般為幾十到幾百mA。機(jī)械工業(yè)出版社18第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)3、電力

12、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力電力MOSFET（1）基本特性圖2-3 電力MOSFET結(jié)構(gòu)圖和電路圖形符號(hào)機(jī)械工業(yè)出版社19第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)a)轉(zhuǎn)移特性 b)輸出特性圖2-4 電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性機(jī)械工業(yè)出版社20第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)（2）主要參數(shù)l漏極電壓UDSl漏極直流電流額定值ID和漏極脈沖電流峰值IDM l漏源通態(tài)電阻RDS(on)：在柵源間施加一定電壓（1015V），漏源間的導(dǎo)通電阻。l柵源電壓UGS：柵源之間的絕緣層很薄，當(dāng)|UGS|20V時(shí)將導(dǎo)致絕緣層擊穿。l極間電容：

13、MOSFET的3個(gè)電極之間分別存在極間電容CGS、CGD、CDS。一般生產(chǎn)廠商提供的是漏源極短路時(shí)的輸入電容Ciss、共源極輸出電容Coss和反向轉(zhuǎn)移電容Crss。 Ciss= CGS+ CGD （2-1） Crss=CGD （2-2） Coss=CDS+CGD （2-3）機(jī)械工業(yè)出版社21第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)4、絕緣柵雙極型晶體管、絕緣柵雙極型晶體管IGBT（1）基本特性：）基本特性：圖2-5 IGBT電路符號(hào)圖形 靜態(tài)特性與P-MOSFET類似；UGE=0時(shí)IC=0，IGBT處于阻斷狀態(tài)（斷態(tài)）；UGE足夠大（一般為515V），IGBT進(jìn)入導(dǎo)通狀

14、態(tài)（通態(tài)），當(dāng)UCE大于一定值（一般2V左右）時(shí)IC0。 優(yōu)點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)功率小、開關(guān)速度高通流能力強(qiáng)、耐壓等級(jí)高 機(jī)械工業(yè)出版社22第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)（2）主要參數(shù)l最大集射極間電壓最大集射極間電壓BUCES：該參數(shù)決定了器件的最高工作電壓，這是由內(nèi)部PNP晶體管所能承受的擊穿電壓確定的。l最大集電極電流最大集電極電流ICM：包括在一定殼溫下的額定直流電流IC和1ms脈寬最大電流ICP。l最大集電極功耗最大集電極功耗PCM：在正常工作溫度下允許的最大耗散功率。l集射極間飽和壓降集射極間飽和壓降UCE(sat)：對(duì)柵極與發(fā)射極（GE）間施加一定正向電壓，

15、在一定的結(jié)溫及集電極電流條件下，集射極（CE）間的飽和通態(tài)壓降。此壓降在集電極電流較小時(shí)，呈負(fù)溫度系數(shù)，在電流較大時(shí)，為正溫度系數(shù)，這一特性使IGBT并聯(lián)運(yùn)行較為容易。機(jī)械工業(yè)出版社23第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí) 現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用電力電子變換與控制技術(shù)（以四大變換展開）電力電子變換與控制技術(shù)（以四大變換展開）諧波抑制與功率因素校正技術(shù)諧波抑制與功率因素校正技術(shù)電力電子技術(shù)的典型應(yīng)用案列電力電子技術(shù)的典型應(yīng)用案列機(jī)械工業(yè)出版社24第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電力電子變換與控制系統(tǒng)電力電子變換與控制系統(tǒng)1

16、.主要由AC/DC,DC/AC,DC/DC,AC/AC四大基本變換及其組合構(gòu)成的主電路拓?fù)洹?.現(xiàn)代電力電子裝置的控制系統(tǒng)由微電子器件（硬件）、控制策略（軟件）和檢測(cè)、保護(hù)、驅(qū)動(dòng)等組成。機(jī)械工業(yè)出版社25第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)四大基本變化電路lAC-DC變換電路lDC-DC變換電路lDC-AC變換電路lAC-AC變換電路機(jī)械工業(yè)出版社26第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)2.2 ACDC變換電路變換電路交流直流變換器（AC DC Converter）的功能是將交流電變換成直流電，又稱為整流器。機(jī)械工業(yè)出版社27第第2章章

17、電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)a、二極管整流電路、二極管整流電路不控整流不控整流名稱輸出電壓型輸出電流型單相半波單相全波ff負(fù)載UVDVD12LCuoinf負(fù)載UVDVD12LoinUff負(fù)載VDVD12LCuinf負(fù)載UVDVD12LoUin表2-1 常用二極管整流器的主要形式機(jī)械工業(yè)出版社28第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)單相橋式三相半波三相橋式ff負(fù)載UVDVDVD123LCof負(fù)載UVDVDVD123Loff負(fù)載UVD VD VDVDVDVD123456Cof負(fù)載UVDVD VDVDVD VD123456Lo續(xù)表2-1ff負(fù)載UV

18、DVDVDVD1234LCuoinf負(fù)載UVDVDVDVD1234LoinU機(jī)械工業(yè)出版社29第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)b、晶閘管整流電路、晶閘管整流電路相控整流相控整流名稱輸出電壓型輸出電流型單相半波單相全波單相橋式半控負(fù)載U2fLfCuuoVDVT1負(fù)載U2fLuuoVDVT1負(fù)載U2122fLfCuuu12oVDVTVT1負(fù)載U2122fLuuu12oVDVTVT1負(fù)載U2fLfCuu3412oVDVDVDVTVT1負(fù)載U2fuu1234oVDVDVDVTVT1表2-2 常用晶閘管整流器的主要形式機(jī)械工業(yè)出版社30第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知

19、識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)單相橋式全控三相半波三相橋式半控三相橋式全控負(fù)載U2fLfCuu1234oVT VTVTVT1負(fù)載U2fLuu4123oVTVTVTVT1負(fù)載UfLfC123oVTVTVT負(fù)載UfL123oVTVTVT負(fù)載UoffC135246VD VD VDVTVT VT負(fù)載UfLC135oVT VT VT負(fù)載UfLfC246135oVT VT VTVT VT VT負(fù)載UfL246135oVT VT VTVT VT VT續(xù)表2-2機(jī)械工業(yè)出版社31第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)c、PWM整流電路整流電路斬波整流斬波整流圖2-6 單相半橋整流器 圖

20、2-7 單相全橋整流器機(jī)械工業(yè)出版社32第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)圖2-8 三相電壓型PWM整流器 圖2-9 三相電流型PWM整流器機(jī)械工業(yè)出版社33第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)2.3 DC/DC變換電路變換電路 直流直流變換器（DCDC Converter）的功能是將一種直流電變換為另一種固定或可調(diào)電壓的直流電，又稱為直流斬波器（DC Chopper）。 機(jī)械工業(yè)出版社34第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)a、不隔離式單管、不隔離式單管DCDC變換器變換器lBuck變換器變換器 fVTfU

21、UinoLCVD是一種降壓型DCDC變換電路，輸出電壓小于或等于輸入電壓，輸入電流斷續(xù)。輸出電壓Uo=DyUin， 占空比Dy=ton/Ts01(下同)。 Boost變換器變換器fVTLUUinoCVD是一種升壓型DCDC變換電路，輸出電壓大于輸入電壓，VT的占空比Dy必須小于1，輸入電流連續(xù)。輸出電壓Uo= Uin /(1Dy)。 機(jī)械工業(yè)出版社35第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)lBuckBoost變換器變換器 fVTLUUinoCVD一種升降壓型DCDC變換電路，輸出電壓大于或小于輸入電壓，輸出電壓極性和輸入電壓極性相反，輸入電流斷續(xù)。輸出電壓Uo=Dy

22、Uin /(1Dy)。 lCk變換器變換器 一種升降壓型DCDC變換電路，輸出電壓大于或小于輸入電壓，輸出電壓極性和輸入電壓極性相反，輸入電流連續(xù)。輸出電壓Uo=(Dy/1Dy)Uin。 機(jī)械工業(yè)出版社36第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)lSepic變換器 一種升降壓型DCDC變換電路，輸出電壓大于或小于輸入電壓，輸出電壓極性和輸入電壓極性相同，輸入電流連續(xù)。輸出電壓Uo=(Dy/1Dy)Uin。lZeta變換器CVTLUUffinoLCVTUUfLinoCVDCL 一種升降壓型DCDC變換電路，輸出電壓大于或小于輸入電壓，輸出電壓極性和輸入電壓極性相同。輸入電

23、流斷續(xù)。輸出電壓Uo=(Dy/1Dy)Uin。機(jī)械工業(yè)出版社37第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)b、隔離型、隔離型DCDC變換器變換器 l單端正激式DCDC 變換電路 W :WCRUUWL_+UUU+_i313W312W1W22i1oLVTVDVDVDVTUiitttttTT0IUK UTVDLfttK UigW113ii213ipmaxW1W3onrs圖2-10 單端正激變換器主電路 圖2-11 正激變換器工作波形 12ioyUUDK 機(jī)械工業(yè)出版社38第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)l單端反激式DCDC變換電路W :WCRUi

24、iUi12p1s1oVTVD圖2-12 單端反激式DC-DC變換電路機(jī)械工業(yè)出版社39第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)VTViitttttTT0IIUK UTTVTViitttttTonTs0IIIIUK Uggw1W1ii12ii12pmaxpminpmaxsmaxsminsmaxoffdisonspsps000 a)電流連續(xù)模式(CCM) b)電流斷續(xù)模式(DCM)圖2-13 反激式變換器工作波形機(jī)械工業(yè)出版社40第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)2.4 DCAC變換電路變換電路 將直流電變換為交流電的過程稱為逆變換或DCAC變

25、換，實(shí)現(xiàn)逆變的主電路稱為DCAC變換電路。通常將DCAC變換電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路組成的DCAC逆變電源稱為逆變器（Inverter）。 機(jī)械工業(yè)出版社41第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)a、常用的、常用的DCAC逆變電路逆變電路l電壓型單相半橋逆變電路電壓型單相半橋逆變電路 直流母線電容濾波，直流電壓Ud經(jīng)C1、C2分壓，VT1、VT2交替導(dǎo)通/關(guān)斷；負(fù)載上的電壓幅值為Ud的一半，功率為全橋逆變器的四分之一；開關(guān)管VT1、VT2上承受的最大電壓為Ud；控制方式主要是PWM脈寬調(diào)制控制，移相控制等。 機(jī)械工業(yè)出版社42第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知

26、識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)l電壓型單相全橋逆變電路U+- -CVTVTVTVT負(fù)載12341234ddVDVDVDVD直流母線電容Cd濾波，VT1、VT4和 VT2、VT3交替導(dǎo)通/關(guān)斷；加在負(fù)載上的電壓幅值為Ud，輸出功率為半橋逆變器的四倍；開關(guān)管VT1VT4上承受的最大電壓為Ud；控制方式有單極、雙極式PWM脈寬調(diào)制控制，移相控制，調(diào)頻控制等方式。 機(jī)械工業(yè)出版社43第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)l電流型單相全橋逆變電路 U+- -負(fù)載LVTVTVTVT1234dd直流母線電感Ld濾波，VT1、VT4和 VT2、VT3交替導(dǎo)通/關(guān)斷；負(fù)載上的電流波形為方

27、波，幅值為Id；開關(guān)管VT1VT4上承受的電壓為負(fù)載上的電壓。負(fù)載上的電壓幅值和相位取決于負(fù)載阻抗大小和性質(zhì)。 機(jī)械工業(yè)出版社44第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)l電壓型三相橋式逆變電路 U- -C+VTVTVTVTVTVT123456123456dd負(fù)載VDVDVDVDVDVD直流母線電容Cd濾波，負(fù)載線電壓幅值為Ud，開關(guān)管VT1VT6上承受的最大電壓為Ud，控制方式有PWM脈寬調(diào)制、移相控制、調(diào)頻控制等方式，換流方式有1800和1200兩種。適合4kW以上的三相負(fù)載。 機(jī)械工業(yè)出版社45第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)b、歸

28、納DCAC逆變電路的主要拓?fù)湫问侥孀冸娐返闹饕負(fù)湫问?l電壓型逆變器l電流型逆變器l單相半橋逆變器l單相全橋逆變器l三相橋式逆變器機(jī)械工業(yè)出版社46第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)c、逆變電路的參數(shù)計(jì)算l電壓型單相半橋逆變電路的參數(shù)計(jì)算逆變器的輸入電壓為Ud，輸出功率為P，可得通過負(fù)載的電流有效值為：22dOdUPiUR 對(duì)于阻感性負(fù)載：2cos2dOdUPiUz 選開關(guān)管VT1、VT2上的電壓定額為：(2 3)VTdUU 選開關(guān)管VT1、VT2上的電流定額為：(1.5 2) 2VTOIi 對(duì)于電阻性負(fù)載和諧振負(fù)載 ：（2-4）（2-5）（2-6）（2-7）機(jī)

29、械工業(yè)出版社47第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)l電壓型單相全橋逆變電路的參數(shù)對(duì)于阻感性負(fù)載：選開關(guān)管VT1、VT2上的電壓定額為：選開關(guān)管VT1、VT2上的電流定額為：對(duì)于電阻性負(fù)載和諧振負(fù)載 ：dOdUPiURcosdOdUPiUz(2 3)VTdUU(1.5 2) 2VTOIi（2-8）（2-9）（2-10）（2-11）機(jī)械工業(yè)出版社48第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)l電流型單相全橋逆變電路的參數(shù)計(jì)算 等效導(dǎo)納為：2222()()()RLYjj CRLRL在諧振點(diǎn)工作時(shí)，負(fù)載為等效電阻Ro、諧振頻率為222()1,1OOO

30、RLCRRRLLC （2-12）（2-13）O機(jī)械工業(yè)出版社49第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)將 代入R0，得OLRRC開關(guān)管VT1、VT2上的電壓定額為 (2 3)VTCUU開關(guān)管VT1、VT2上的電流定額為其中為逆變器輸入電流，由負(fù)載輸出功率P求得2,dOdOPPI RIR(1.5 2)VTdII（2-17）（2-16）（2-15）（2-14）O機(jī)械工業(yè)出版社50第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)l電壓型三相全橋逆變電路的參數(shù)計(jì)算 對(duì)于電阻性負(fù)載 對(duì)于電阻電感性負(fù)載開關(guān)管VT1VT6上的電流定額為開關(guān)管VT1VT6上的電壓定額

31、為3OdPiU3cosOdPiU(2 3)VTdUU(1.5 2) 2VTOIi（2-21）（2-20）（2-19）（2-18）機(jī)械工業(yè)出版社51第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)2.5 ACAC變換電路變換電路 交流交流交流變換器（交流變換器（ACAC Converter）分為三大類：）分為三大類：第一類 頻率不變僅改變電壓大小的ACAC電壓變換器；第二類 直接將一定頻率的交流電變換為較低頻率交流電的 相控式ACAC直接變換器；在直接變頻的同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)電壓變換，實(shí)現(xiàn)降頻降壓變換；第三類 PWM斬波式AC-AC變換器，即可實(shí)現(xiàn)降壓又可升壓，還可以實(shí)現(xiàn)變頻控制，是一

32、種高性能的變換器，目前處于研究階段。機(jī)械工業(yè)出版社52第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)a、單相全控 AC-AC變換電路UsR12TQ?T電路特點(diǎn)：?jiǎn)蜗嗳匦碗妷嚎刂破?，是最基本的交流調(diào)壓電路。圖中2只普通晶閘管（T1、T2）可由一只雙向晶閘管取代，但有效電流定額需擴(kuò)大約70%。 機(jī)械工業(yè)出版社53第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)b、單相半控 AC-AC變換電路R1TUsVD電路特點(diǎn)：節(jié)省了一個(gè)晶閘管，但移相控制運(yùn)行時(shí)輸出電壓正負(fù)半波不對(duì)稱，會(huì)給交流電網(wǎng)帶來諧波污染，不宜用于較大功率的調(diào)壓控制場(chǎng)合。 機(jī)械工業(yè)出版社54第第2章章 電

33、源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)c、帶中性線N，星形聯(lián)結(jié)RRR143652NUsTTTTTT電路特點(diǎn)：帶一根電源中性線，相當(dāng)于三只單相晶閘管交流調(diào)壓器的組合，適合帶中線的星形平衡負(fù)載調(diào)壓或調(diào)功。缺點(diǎn)是三相不平衡運(yùn)行時(shí)，中線含有較大電流及諧波。 機(jī)械工業(yè)出版社55第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)d、無中性線的三相連接電路特點(diǎn)：三相負(fù)載可為星形、三角形聯(lián)結(jié)，每相電路通過另一相形成回路。不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，形負(fù)載內(nèi)部有較大環(huán)流。機(jī)械工業(yè)出版社56第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)e、內(nèi)聯(lián)接的控制器電路特點(diǎn)：反并聯(lián)晶閘管與各相負(fù)

34、載串聯(lián)后再接成三角形，相當(dāng)于三個(gè)單相電壓控制器組成三相晶閘管交流電壓控制器。優(yōu)點(diǎn)是對(duì)電網(wǎng)沖擊小，缺點(diǎn)是要求負(fù)載有6個(gè)抽頭。 機(jī)械工業(yè)出版社57第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)2.6多極復(fù)合形式的變換電路多極復(fù)合形式的變換電路 在眾多電源變換器中ACDC，DCDC，DCAC和ACAC變換是四種最基本的電壓或頻率變換電路。在新能源發(fā)電技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，常將兩個(gè)以上的基本變換電路組合在一起，構(gòu)成多級(jí)復(fù)合形式的變換電路。 機(jī)械工業(yè)出版社58第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí) 1ACDCDCAC變換電路（變換電路（DCDC降壓型）降壓型）VD

35、VDuVDVDVD負(fù)載VTVTVTVTVDVDVDVDCCR1R2R3R4005in111234234VTL圖215 降壓型ACDCDCAC變換電路機(jī)械工業(yè)出版社59第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)2ACDCDCAC變換電路（變換電路（DCDC升壓型）升壓型）VDVDuVDVDVTL負(fù)載VTVTVTVTVDVDVDVDCCR1R2R3R4005in111234234VD圖216 升壓型ACDCDCAC變換電路機(jī)械工業(yè)出版社60第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)3隔離式隔離式DCACDC變換電路變換電路VTVTVTVTVDVDVDVD

36、CVDVDLC負(fù)載UU- -123412341doffR1R2圖217 隔離式DCACDC變換電路機(jī)械工業(yè)出版社61第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)4隔離式隔離式ACDCACDC變換電路變換電路D6D7LC負(fù)載UDDuDDLDVTVTVTVTVDVDVDVDCC21405in111234234ffo30VT圖218 隔離式ACDCACDC變換電路機(jī)械工業(yè)出版社62第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)2.7 半導(dǎo)體功率器件的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路半導(dǎo)體功率器件的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路 實(shí)際的電力電子變換器是由主電路、驅(qū)動(dòng)器及保護(hù)電路、控制電路、檢測(cè)與顯

37、示電路等多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)器接受控制系統(tǒng)輸出的控制信號(hào)，經(jīng)功率放大和隔離后，驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)器件的導(dǎo)通、關(guān)斷，是連接功率器件與控制系統(tǒng)的橋梁。由于半導(dǎo)體功率開關(guān)器件種類繁多，不同的開關(guān)器件對(duì)驅(qū)動(dòng)器的性能要求不盡相同，典型的驅(qū)動(dòng)器分為電流驅(qū)動(dòng)型器件和電壓驅(qū)動(dòng)型器件的兩大類驅(qū)動(dòng)器。電流驅(qū)動(dòng)型器件主要有SCR、GTO和GTR，電壓驅(qū)動(dòng)型器件主要有MOSFET、IGBT和SIT等。 機(jī)械工業(yè)出版社63第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)2.7.1 晶閘管晶閘管SCR觸發(fā)驅(qū)動(dòng)器觸發(fā)驅(qū)動(dòng)器DVDDZTSCRRIGTRAtIgmt1t2t3IGVccSCRRRIGLEDLATR圖2

38、19采用變壓器隔離的SCR驅(qū)動(dòng)器 圖220 采用光耦隔離的SCR驅(qū)動(dòng)器 機(jī)械工業(yè)出版社64第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)2.7.2 IGBT和和MOSFET驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器 和雙極型晶體管（GTR）不同，功率MOSFET和IGBT器件都是屬于電壓驅(qū)動(dòng)型，輸入阻抗很大，為提高器件的開關(guān)速度，電壓驅(qū)動(dòng)型器件的柵極驅(qū)動(dòng)器除應(yīng)具有更快的響應(yīng)速度（ns級(jí)）外，同樣需要足夠大的柵極驅(qū)動(dòng)能力（一般為15V）和反向電壓（一般為5v），以保證瞬時(shí)完成對(duì)等效柵極電容的充電或放電過程。 機(jī)械工業(yè)出版社65第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)功率功率MOSFE

39、T和和IGBT器件驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用實(shí)例器件驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用實(shí)例 1TLP250功率驅(qū)動(dòng)電路及應(yīng)用RRVSNC1IN+2IN-3NC4GND5Vo6Vo7VCC8TLP250RVTVTCRVTGSDVSVS-18V18V0123123211圖222 TLP250組成的驅(qū)動(dòng)電路機(jī)械工業(yè)出版社66第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)2UC3724/UC3725驅(qū)動(dòng)電路VCCSGNDPGNDRTCTPH1OUTAOUTBUC3724INAINBTIMENAVCCOUTISCOMRRRRRIN5817CCCVTINAINBTIMENAVCCOUTISCOMRRRRRIN5817CCCVT

40、inputVVVUC3725UC3725CC1Voffoffoffoff12GGFFFSS12VF2CC2CC3VDD圖223 UC3724/3725功率MOSFET驅(qū)動(dòng)電路機(jī)械工業(yè)出版社67第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)3IHD680驅(qū)動(dòng)電路IN1+IN1-IN2-IN2+VCCGNDSO2+SO2-SO1-SO1+E1COM1Cs1Cb1Ref1G1ME1E2COM2Cs2Cb2Ref2G2ME21234910151617181920212223242530313233343536CRRCVSVSVSVSCCRRVDVDCVSVSVSVSCCRRIHD680+15V+15V12s1s2s2s2b2m2ef21ef22ef23m2m22m21G2b1m1m1G1m12ef11ef12ef13m11Status Output2Status Output1High SideLow SideVDVD圖224 IHD680驅(qū)動(dòng)電路機(jī)械工業(yè)出版社68第第2章章 電