第8章功率電子電路

1、第8章上頁(yè)下頁(yè)返回8.1 低頻低頻功率放大電路功率放大電路8.1.1 概述8.1.2 基本功率放大電路8.1.3 集成功率放大器舉例8.1.1 概述對(duì)功放電路的要求：第8章上頁(yè)下頁(yè)返回非線性失真盡可能小效率要高輸出功率PO 盡可能大晶體管的三種晶體管的三種工作狀態(tài)：工作狀態(tài)： 要提高效率就要減小直流靜態(tài)電流，讓功率放大電路工作在乙類(lèi)狀態(tài)。iCiC iC iC iC uCE uCE uCEttt甲類(lèi)乙類(lèi)甲乙類(lèi)iC QQQ第8章上頁(yè)下頁(yè)返回8.1.2 基本功率放大電路1.OCL電路uiiC1iC2OOOOttttuo第8章上頁(yè)下頁(yè)電路組成電路組成返回ioiC1iC2T1T2E+UCCui+-uo+

2、-UCC 功率計(jì)算功率計(jì)算1. 1. 輸出功率輸出功率： Po = = Uom Iom21Uom 2Iom 202. 2. 直流電源功率直流電源功率：PE = 2 UCC iC1 dt21= Iomsin t d t0UCC= UCC2Iom3. 3. 效率：效率： = = = PEPo 2Iom UCC21 Uom Iom4UomUCCUom 最大可達(dá)到最大可達(dá)到 UCC ，max = = 78.5%4第8章上頁(yè)下頁(yè)返回 乙類(lèi)放大的交越失真乙類(lèi)放大的交越失真uiuo0.7V0.7VOOtt第8章上頁(yè)下頁(yè)返回OttttOOOuiiOiC1iC2IC2晶體管工作于甲乙類(lèi)晶體管工作于甲乙類(lèi)可克服交

3、越失真可克服交越失真第8章上頁(yè)下頁(yè)返回-+UCCR1R3R2RLT1T2B1EB2D1D2uiiC1iC2uOiOUCC+-+UCCET1T2RL+ uOCui+電路組成與工作原理電路組成與工作原理iC1iC22. OTL電路第8章上頁(yè)下頁(yè)返回uoui+UCCR3R4R1R2RLRE1RE3RE2T2T3T1EBC1CLCED2D1+實(shí)用電路實(shí)用電路第8章上頁(yè)下頁(yè)返回第8章上頁(yè)下頁(yè)返回8.1.3 集成功率放大器舉例中中間間級(jí)級(jí)啟動(dòng)啟動(dòng)偏置偏置電路電路短路短路過(guò)熱過(guò)熱保護(hù)保護(hù)短路短路過(guò)熱過(guò)熱保護(hù)保護(hù)輸輸出出級(jí)級(jí)輸輸入入級(jí)級(jí)+_24351TDA2030集成音頻功率放大器集成音頻功率放大器1 2 3

4、 4 5同相輸入反相輸入負(fù)電壓正電壓輸出上頁(yè)下頁(yè)返回第8章由由TDA2030構(gòu)成的構(gòu)成的OCL電路電路F22. 0+UCCUCCRLTDA20301 12 23 34 45 5F1 . 0F1F1 . 0R1R2R3D1D2C1C2C4C3C5ui22k22k680F22R41K100K100K100K7 . 4K1501+UCCD1D2F5F22F20.22F FF2000F1 . 0TDA20301 1234 45上頁(yè)下頁(yè)返回第8章由由TDA2030構(gòu)成的構(gòu)成的OTL電路電路8.2 直流穩(wěn)壓電源8.2.1 單相橋式整流電路8.2.2 濾波電路濾波電路8.2.3 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路第8章上頁(yè)下頁(yè)

5、返回概述u1半導(dǎo)體直流電源的原理方框圖半導(dǎo)體直流電源的原理方框圖電源變壓器 整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路u2uRuFuououFuRu2u1第8章上頁(yè)下頁(yè)返回ttttt00000u2D1D2D3D4RLu1+u0+u1在正半周時(shí)：在正半周時(shí)： D1、D3導(dǎo)通，導(dǎo)通，D2、D4截止截止8.2.1 8.2.1 單相橋式整流電路u2=2U2sint,第8章上頁(yè)下頁(yè)u2u0 （i0）ttU0=? I0=?UDRM=？思考： 返回u1在負(fù)半周時(shí)：在負(fù)半周時(shí)： D2、D4導(dǎo)通，導(dǎo)通，D1、D3截止截止D理想元件U0=0.9U2U0=0.9U2/RLUDRM=2 U200負(fù)載上得到的脈動(dòng)電壓：負(fù)載上得到的脈動(dòng)電

6、壓：整流電壓的平均值整流電流的平均值 二極管承受的最高 反向電壓:UDRM=?UDRM=2U2uoU0第8章上頁(yè)下頁(yè)返回t= 0.9U2U0RLI0 = 0.9U2RLID =12I0= 0.45U2RL=U222U0 =1 02U2sint dt0u2D1D2D3D4+RL二極管承受的最高反向電壓：第8章上頁(yè)下頁(yè)返回UDRM=2 U2變壓器二次側(cè)的電流：i2U2RLI2 =1.11 IL 8.2.2 濾波電路濾波電路電容濾波單相半波整流濾波電路u2 =2U2sint第8章上頁(yè)下頁(yè)RL=RL0u2正半周上升段，D導(dǎo)通，C充電. u0 跟隨 u2變化tttu2u0u0返回TrDu2u0RLCu1

7、+u u2 2正半周下降段的開(kāi)始，正半周下降段的開(kāi)始，D D仍導(dǎo)仍導(dǎo)通，通，u u0 0跟隨跟隨 u u2 2變化。變化。C C繼續(xù)充電繼續(xù)充電u2繼續(xù)下降，u2uC ,D截止，C放電， u0按指數(shù)函數(shù)衰減 直到直到 u2上升到上升到 u0 ，D D再次導(dǎo)再次導(dǎo)通，進(jìn)入下一周期通，進(jìn)入下一周期000為了得到較為平直的輸出電壓：一般要求：RLC(35)T/2 T交流電源的周期U0 = U2 (半波）1.2U2 (全波）第8章上頁(yè)下頁(yè)返回tu0UDRM=2U2？L濾波 RC濾波 LC濾波 型濾波RLLCRRLCRLLRLRLRCCCLC第8章上頁(yè)下頁(yè)其他形式的濾波電路其他形式的濾波電路返回I0CU

8、iR4UBE1UBE2UzUfR3R1RpR2T1T2RL+UO8.2.3 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路基準(zhǔn)電壓取樣環(huán)節(jié)第8章上頁(yè)下頁(yè)1 1. .串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理返回放大環(huán)節(jié)調(diào)整環(huán)節(jié)UCE1I0CUiR4UBE1UCE2UBE2UzUfR3R1RpR1 R2 R2T1T2RL+穩(wěn)壓原理：U0UBE2IB2IC2UCE2U0UCE1Ic1IB1UBE1第8章上頁(yè)下頁(yè)返回UO = Ui - UCE1URRRRRUP(22210Z + UBE2）串聯(lián)型穩(wěn)壓電路其它形式第8章上頁(yè)下頁(yè)UiTI0U0UzDzUfR2R1R3+返回2. 集成穩(wěn)壓電路輸出電壓固定式兩種穩(wěn)壓器：CW7800系

9、列（輸出正電壓）CW7900系列（輸出負(fù)電壓）CW7800系列穩(wěn)壓器的外形管腳。輸出電壓有：5v、6V 、 8V、 12V 、15V、 18V、 24V。123第8章上頁(yè)下頁(yè)返回-CW7800UiCiCo123+-+U0固定輸出的接法1 2 3 UiU0地CW7800集成穩(wěn)壓器的幾種應(yīng)用1. 提高輸出電壓CW7800CW79000.33F2.2F0.1F1F132-U0+U02. 正負(fù)電壓同時(shí)輸出第8章上頁(yè)下頁(yè)返回CW7805UiCiUzC0U0+3213211外形管腳1 2 3 1 2 3 調(diào)節(jié)輸出輸入調(diào)節(jié)輸出輸入CW117CW137CW117和 CW137系列穩(wěn)壓器輸出電壓可調(diào)的基本電路U

10、0UiIR1R2I1 CW117+_+Ci312C0RLC第8章上頁(yè)下頁(yè)返回-CW117UiCiCo312+-+固定輸出的接法Ro1.25VU0=1.25(1+R2R1)上頁(yè)下頁(yè)返回第8章030V連續(xù)可調(diào)穩(wěn)壓電源連續(xù)可調(diào)穩(wěn)壓電源220V35V6.3V2CZ12B4D2CP1050F/10VF/10VC220F/50VF/50V0.33F FR1680DZ1.25V+321+URR120RP3K1F FRL+UOaCW1178.3.2 可控整流電路8.3.1 晶閘管第8章上頁(yè)下頁(yè)返回8.3 功率半導(dǎo)體器件和功率半導(dǎo)體器件和變流器變流器*8.3.3 交流調(diào)壓和變頻電路*8.3.4 直流調(diào)壓電路PN

11、PN8.3.1 8.3.1 晶閘管晶閘管 基本結(jié)構(gòu)A陽(yáng)極AK陰極G控制極GKAGK第8章上頁(yè)下頁(yè)返回符號(hào)第8章上頁(yè)下頁(yè)EAEGKTGLA 晶閘管實(shí)驗(yàn)電路示意圖返回當(dāng)AK加正向電壓、GK不加電壓時(shí)燈不亮，說(shuō)明T不導(dǎo)通當(dāng)AK、GK都加正向電壓時(shí),燈亮，說(shuō)明T導(dǎo)通。將EG撤除時(shí)燈依舊亮，說(shuō)明T仍導(dǎo)通。將EA撤除時(shí),燈不亮，說(shuō)明T截止。AGK晶閘管導(dǎo)通必須同時(shí)具備兩個(gè)條件晶閘管導(dǎo)通必須同時(shí)具備兩個(gè)條件: :1.1.晶閘管陽(yáng)極電路加正向電壓晶閘管陽(yáng)極電路加正向電壓; ;2.2.控制極電路加適當(dāng)?shù)恼螂妷?。控制極電路加適當(dāng)?shù)恼螂妷?。?章上頁(yè)下頁(yè)結(jié)論結(jié)論返回控制極只需加觸發(fā)脈沖即可。控制極只需加觸發(fā)脈沖

12、即可。T2T1IGEGREAP2N1P1工作原理分析：P1N1N2P2AGK思考題：晶閘管和二極管、三極管原理的區(qū)別?N1P2N2第8章上頁(yè)下頁(yè)返回K+AT1P2GP1P2IAN1N2IKIGN1T2-2 IG12IGIGIGUBRUBOIUIHIG0=0IG1IG2第8章上頁(yè)下頁(yè)+_+_沒(méi)有導(dǎo)通時(shí)的特性導(dǎo)通時(shí)的特性晶閘管的伏安特性返回UP1N1N2P2AGK控制極未加正向電壓時(shí)控制極未加正向電壓時(shí)控制極加正向電壓時(shí)控制極加正向電壓時(shí)0晶閘管的主要參數(shù)第8章上頁(yè)下頁(yè)返回正向轉(zhuǎn)折電壓 UBO反向轉(zhuǎn)折電壓 UBR正向平均電流 UF維持電流 IH上頁(yè)下頁(yè)返回第8章絕緣門(mén)極雙極型晶體管（絕緣門(mén)極雙極型

13、晶體管（IGBT） IGBT是一種MOSFET與GTR（大功率雙極型晶體管）的復(fù)合器件。CGEIGBT原理示意圖和符號(hào)CGE門(mén)極發(fā)射極集電極 IGBT是一種既能控制 其導(dǎo)通又能控制其關(guān)斷的功率半導(dǎo)體器件，當(dāng)門(mén)極加上一定的正向電壓時(shí)管子導(dǎo)通，而當(dāng)門(mén)極加反向電壓時(shí)，管子則被關(guān)斷。8.3.2 可控整流電路第8章上頁(yè)下頁(yè)返回 變流電路有四種基本類(lèi)型： 整流（ACDC)、逆變（DCAC)、直流調(diào)壓（DCDC)、交流調(diào)壓及變頻（ACAC) 可控整流電路的主電路結(jié)構(gòu)形式： 單相半波、單相橋式、三相半波、三相橋式等 可控整流電路的功能： 將交流電變換成電壓大小可調(diào)的直流電1 1、單相半波可控整流電路、單相半波

14、可控整流電路電阻性負(fù)載u =2Usint第8章上頁(yè)下頁(yè)uuGu0uTtttt返回uTRcuTu0uG+00002. 單相全控橋式整流電路單相全控橋式整流電路T1T2T4T3RL第8章上頁(yè)下頁(yè)返回uL+i0u2u1+G1G2G3G4+u =2UsintutttuGuLtuG第8章上頁(yè)返回下頁(yè)uG1uG4uG2uG3uG1uG4iLuL導(dǎo)通角導(dǎo)通角 控制角導(dǎo)通角單相橋式全控整流電路波形圖單相橋式全控整流電路波形圖0000整流輸出電壓與電流的平均值整流輸出電壓與電流的平均值當(dāng)=0（=180）時(shí)晶閘管在正半周全導(dǎo)通 UL= 0.9U2當(dāng)=180（=0）時(shí)晶閘管關(guān)斷 UL= 0負(fù)載中整流電流的平均值為I

15、L=ULRL= 0.9U2RL1+cos2第8章上頁(yè)1=12U2(1+cos)=0.9U21+cos2UL=2U2Sint dt返回下頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)第8章直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源返回*8.3.3 交流調(diào)壓和變頻電路交流調(diào)壓就是改變交流電壓有效值的大小，但其頻率不變。uL單相交流調(diào)壓電路上頁(yè)下頁(yè)第8章T1T2G1G2RLu1+tu10tuL0uG0t1.1.交流調(diào)壓：交流調(diào)壓：返回上頁(yè)下頁(yè)第八章2sin21sin21121UtdtUUL交流電壓的有效值交流電壓的有效值返回上頁(yè)下頁(yè)2. 交流變頻交流變頻第八章 將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電。應(yīng)用于交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速、中頻電源、高頻電源等領(lǐng)域。變頻方式：變頻方式：直接變頻交直交方式兩種變頻電源返回第八章上頁(yè)下頁(yè)ACDCAC整流逆變交交直直交方式交方式ET1T2T3T4uLRLuLtT1T4導(dǎo)通導(dǎo)通T2T3導(dǎo)通導(dǎo)通無(wú)源逆變的工作原理原理返回0第八章上頁(yè)下頁(yè)返回并聯(lián)逆變器原理圖并聯(lián)逆變器原理圖Ld3三相整流電路三相整流電路CLsrsUdT1T2T4T3L1L2L3L4第八章上頁(yè)下頁(yè)返回直接將工頻交流電變換成所需頻率的交流電。單相單相直接變頻電路T2iu2u2u+LuLRT1T3T4直接變頻直接變頻第八章上頁(yè)下頁(yè)返回*8.3.4 直流調(diào)壓電路 直流調(diào)壓電路也稱(chēng)斬波調(diào)壓器，它可以將大小固定的直流電壓變換為大小