第4章 電源技術(shù)

1、4. 半導(dǎo)體器件（第半導(dǎo)體器件（第1章）章）半導(dǎo)體器件（第半導(dǎo)體器件（第1章）章）電源技術(shù)（第電源技術(shù)（第4章）章）集成運(yùn)算放大器（第集成運(yùn)算放大器（第3章）章）交流放大電路（第交流放大電路（第2章）章）交流放大電路（第交流放大電路（第2章）章）集成運(yùn)算放大器（第集成運(yùn)算放大器（第3章）章）電源技術(shù)（第電源技術(shù)（第4章）章）電路的暫態(tài)分析（第電路的暫態(tài)分析（第2章）章）電路的暫態(tài)分析（第電路的暫態(tài)分析（第2章）章）電路和電子技術(shù)電路和電子技術(shù)直流電路（第直流電路（第1章）章）交流電路（第交流電路（第3、4章）章）直流電路（第直流電路（第1章）章）交流電路（第交流電路（第3、4章）章）時(shí)序邏輯電

2、路（第時(shí)序邏輯電路（第6章）章）組合邏輯電路（第組合邏輯電路（第5章）章）*數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換 (第第7章章)*PLD技術(shù)及其應(yīng)用技術(shù)及其應(yīng)用 (第第8章章) 時(shí)序邏輯電路（第時(shí)序邏輯電路（第6章）章）組合邏輯電路（第組合邏輯電路（第5章）章）*數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換 (第第7章章)*PLD技術(shù)及其應(yīng)用技術(shù)及其應(yīng)用 (第第8章章) 電路和電子技術(shù)電路和電子技術(shù)*第第7章章 電工與電子系統(tǒng)電工與電子系統(tǒng) *第第7章章 電工與電子系統(tǒng)電工與電子系統(tǒng) 電機(jī)與控制電機(jī)與控制第第1章章 磁路磁路 第第1章章 磁路磁路 第第2章章 變壓器變壓器 第第2章章 變壓器變壓器 第第3章章 三相異

3、步電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)第第3章章 三相異步電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)第第4章章 其它類型電動(dòng)機(jī)其它類型電動(dòng)機(jī) 第第4章章 其它類型電動(dòng)機(jī)其它類型電動(dòng)機(jī) 第第5章章 電動(dòng)機(jī)的電器控制電動(dòng)機(jī)的電器控制 第第5章章 電動(dòng)機(jī)的電器控制電動(dòng)機(jī)的電器控制 第第6章章 可編程序控制器原理及應(yīng)用可編程序控制器原理及應(yīng)用 第第6章章 可編程序控制器原理及應(yīng)用可編程序控制器原理及應(yīng)用 周次周次 學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)地地 點(diǎn)點(diǎn)內(nèi)內(nèi) 容容824-1451024-2551124-2551224-1361624-1401724-1401824-1361924-136 4.(1) ：把其他能量（如水力、火力、風(fēng)：把其他能量（如水力、火力、風(fēng)

4、 力及核能發(fā)電力及核能發(fā)電 ）轉(zhuǎn)換成電能，即供電電源。）轉(zhuǎn)換成電能，即供電電源。(2) ：即在電源與負(fù)載之間對(duì)電能進(jìn)行：即在電源與負(fù)載之間對(duì)電能進(jìn)行 變換或穩(wěn)定處理，以滿足設(shè)備需要的電源。變換或穩(wěn)定處理，以滿足設(shè)備需要的電源。(3) ：即將其它形式的能量?jī)?chǔ)存起來，：即將其它形式的能量?jī)?chǔ)存起來，用時(shí)轉(zhuǎn)換成電能，然后再提供給負(fù)載。用時(shí)轉(zhuǎn)換成電能，然后再提供給負(fù)載。電源可分為三種類型：電源可分為三種類型：14.(1) 將交流電變?yōu)橹绷麟妼⒔涣麟娮優(yōu)橹绷麟?；(2) 將直流電變?yōu)榻涣麟妼⒅绷麟娮優(yōu)榻涣麟?；(3) 將一種直流電變?yōu)榱硪环N直流電將一種直流電變?yōu)榱硪环N直流電 這種變換這種變換 能實(shí)現(xiàn)直流電

5、的能實(shí)現(xiàn)直流電的（如斬波）；（如斬波）；(4) 將一種交流電變?yōu)榱硪环N交流電將一種交流電變?yōu)榱硪环N交流電 這種變換這種變換 能實(shí)現(xiàn)交流電的能實(shí)現(xiàn)交流電的（如變頻）。（如變頻）。(1) 體積小、重量輕、造價(jià)低；體積小、重量輕、造價(jià)低；(2) 電源輸出不間斷；電源輸出不間斷；(3) 效率高、節(jié)能；效率高、節(jié)能；(4) 輸出電壓或輸出電流要穩(wěn)定。輸出電壓或輸出電流要穩(wěn)定。14. 直流穩(wěn)壓電源有兩種控制方式：直流穩(wěn)壓電源有兩種控制方式： 連續(xù)線性控制連續(xù)線性控制 如串聯(lián)型穩(wěn)壓電源就屬于這種控制方式如串聯(lián)型穩(wěn)壓電源就屬于這種控制方式 特點(diǎn)：功率器件工作在特點(diǎn)：功率器件工作在狀態(tài)；狀態(tài)； 斷續(xù)開關(guān)控制方式

6、斷續(xù)開關(guān)控制方式 如開關(guān)型穩(wěn)壓電源就屬于這種控制方式如開關(guān)型穩(wěn)壓電源就屬于這種控制方式 特點(diǎn)：功率器件工作在特點(diǎn)：功率器件工作在、狀態(tài)。狀態(tài)。 穩(wěn)壓電源（穩(wěn)壓電源（ 補(bǔ)償、凈化）補(bǔ)償、凈化） 不間斷電源（不間斷電源（UPS、EPS）交流穩(wěn)壓電源交流穩(wěn)壓電源1 Uninterruptible Power Supply Emergency Power Supply 4. 最大輸出電流最大輸出電流 最大允許工作電流；最大允許工作電流； 輸出電壓及其調(diào)節(jié)范圍輸出電壓及其調(diào)節(jié)范圍 按負(fù)載需要來選擇；按負(fù)載需要來選擇； 效率效率 輸出功率與輸入功率之比，即輸出功率與輸入功率之比，即 = Po / Pi；

7、電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率 當(dāng)市電變化時(shí)，當(dāng)市電變化時(shí)，Su = | Uo / Uo |； 電流調(diào)整率電流調(diào)整率 當(dāng)輸入電壓不變，負(fù)載電流從當(dāng)輸入電壓不變，負(fù)載電流從 Io = 0 Iomax 時(shí)，時(shí)，SI = | Uo / Uo |； 紋波系數(shù)紋波系數(shù) 輸出電壓中交流量與直流量的比值；輸出電壓中交流量與直流量的比值； 溫度系數(shù)溫度系數(shù) Uo 對(duì)溫度的穩(wěn)定性對(duì)溫度的穩(wěn)定性 ST = | Uo / T | 。24. 按電源中調(diào)整元件與負(fù)載的連接方式：按電源中調(diào)整元件與負(fù)載的連接方式： 分為分為并聯(lián)式并聯(lián)式穩(wěn)壓電源和穩(wěn)壓電源和串聯(lián)式串聯(lián)式穩(wěn)壓電源。穩(wěn)壓電源。 按調(diào)整元件的工作狀態(tài)：按調(diào)整元件的工作狀態(tài)：

8、 分為分為線性線性穩(wěn)壓電源和穩(wěn)壓電源和開關(guān)型開關(guān)型穩(wěn)壓電源。穩(wěn)壓電源。變變壓壓整整流流濾濾波波穩(wěn)穩(wěn)壓壓24.濾波濾波電路電路整流整流電路電路穩(wěn)壓穩(wěn)壓電路電路負(fù)負(fù)載載變壓變壓器器交流交流電源電源各部分電路輸出波形各部分電路輸出波形本章重點(diǎn)介紹直流穩(wěn)壓電路。本章重點(diǎn)介紹直流穩(wěn)壓電路。24.Uo UR +TRLCUiRIR UZ IZDZ Uou2Iou1若若Ui 增大時(shí)，自動(dòng)調(diào)整過程如下：增大時(shí)，自動(dòng)調(diào)整過程如下：Ui Uo (=UZ) IZ IR Uo = Ui UR0 IZ UZIUIminIZmaxUZ+24.DZ (1) 電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；(2) 輸出電流小，輸出

9、電壓不能調(diào)節(jié)。輸出電流小，輸出電壓不能調(diào)節(jié)。UZ = Uo，IZmax 2 3 Iomax0 IZ UZIUIminIZmaxUZTRLCUiRIR UZ IZUou2Iou1+24. 串聯(lián)式線性穩(wěn)壓電源串聯(lián)式線性穩(wěn)壓電源由由采樣采樣、基準(zhǔn)基準(zhǔn)、比較放大比較放大和和調(diào)整調(diào)整四個(gè)環(huán)節(jié)組成。四個(gè)環(huán)節(jié)組成。2T2DZR4T1RLR1R2RPUZR3+UiUo+UB2+UfUCE2IC2UCE1UBE1+PR PR 4.：由：由R1、R2、RP 組成組成)(P2P21ofRRRRRUU )(P21P21BEZoRRRRRUUU 反饋電壓反饋電壓輸出電壓輸出電壓2T2DZR4T1RLR1R2RPUZR3

10、+UiUo+UB2+UfUCE2IC2UCE1UBE1+PR PR 4.：由：由DZ和和R3組成。組成。：由：由T1構(gòu)成。構(gòu)成。2T2DZR4T1RLR1R2RPUZR3+UiUo+UB2+UfUCE2IC2UCE1UBE1+PR PR 4.：由工作在：由工作在的功率管的功率管(調(diào)整管調(diào)整管)T2組成。組成。 若某種原因使輸出若某種原因使輸出，其穩(wěn)壓過程為：，其穩(wěn)壓過程為： Uo Uf UBE1 UCE1 UB2 IC2 UCE2 Uo 2T2DZR4T1RLR1R2RPUZR3+UiUo+UB2+UfUCE2IC2UCE1UBE1+PR PR UBE IB IC UCE 4.采用運(yùn)算放大器，

11、其穩(wěn)壓過程為采用運(yùn)算放大器，其穩(wěn)壓過程為：Uo Uf UB IC UCE Uo UoTDZR3RLR1RP+UZ R2+Ui+UB+Uf + UCEICPR PR 24. 常用的集成穩(wěn)壓器有下列幾種：常用的集成穩(wěn)壓器有下列幾種： 多端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器多端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器 三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器 三端固定式集成穩(wěn)壓器三端固定式集成穩(wěn)壓器系列、系列、 W7900系列系列W7800系列輸出正電壓系列輸出正電壓, 如如W7805, 表示輸出電壓為表示輸出電壓為5V。W7900系列輸出負(fù)電壓系列輸出負(fù)電壓, 如如W7915, 表示輸出電壓為表示輸出電壓為15V。2UoUi213+正：正

12、：CW117/217/317負(fù)：負(fù)：CW137/237/3374.輸入端輸入端輸出端輸出端公共端公共端123T17T16T15T13T10T5T6T2T3T4T8T11T12T14T1T7DZ1DZ2CR4R18R8R5R6R9R1R7R13R17R12R11R19R20R14R10R3R2R15R16T924. 27800 三端穩(wěn)壓器三端穩(wěn)壓器4. 24.Ci：改善紋波；：改善紋波；Co：改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。：改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。W7805Ci+ UiCoUo+ 12 3 2 最大輸入電壓最大輸入電壓Uimax：約為：約為35V； 輸出電壓輸出電壓Uo ：5V, 6V, 9V, 12V, 1

13、5V, 18V, 24V等；等； 最大輸出電流最大輸出電流 Iomax：1.5A； 最小輸入輸出電壓之差最小輸入輸出電壓之差 (Ui Uo) min，通常，通常 (Ui Uo) min = (2 3) V。1 F0.33 F4. 220VC+5V 5VCi+CoCi+CoW7805W7905C12V12V1231232Ci 、Co 取值：一般在取值：一般在 0.33 1 F左右。左右。4.12W78XXCi+ UiCoR1+ 3R2+ UXXUoIRIQ若若 IR 5 IQ ，則，則)(QR2XXoIIRUU R2XXoIRUU 2XX12XX12XX)1(URRURRU RQR)(III 4

14、.)1()(12XX211XXoRRURRRUU W78XXCi+ UiCoUo+ 123 +R1R2 + U故有輸出電壓為故有輸出電壓為2o211XXURRRU 由表達(dá)式由表達(dá)式4.W78XXCi+ UiCoUo+ 123R IBI3IRI1ICI2RLIoTUBE 通常通常I3較小，所以較小，所以I2 I1。當(dāng)。當(dāng)IR電流不足以使電流不足以使T導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，IC = 0， Io= I2 I1，若電流，若電流 IR增大到一定值時(shí)，使增大到一定值時(shí)，使T導(dǎo)通，則導(dǎo)通，則 Io = I2 + IC，調(diào)整調(diào)整 R 的大小使功率管在輸出電流較大時(shí)導(dǎo)通。的大小使功率管在輸出電流較大時(shí)導(dǎo)通。I2 I1

15、= IR + IB = CBEIRU C1BE1IIUR 24.(1) 一次整流濾波電路：一次整流濾波電路：(2) 開關(guān)調(diào)整管：開關(guān)調(diào)整管：一次整一次整流濾波流濾波開關(guān)調(diào)整管開關(guān)調(diào)整管取取樣樣電電路路基準(zhǔn)電路基準(zhǔn)電路+ ui+ Uo開關(guān)控開關(guān)控制電路制電路比較放大比較放大二次濾波二次濾波34.(3) 二次濾波：二次濾波：(4) 開關(guān)控制電路：開關(guān)控制電路： (5) 取樣電路，比較放大，基準(zhǔn)電路作用同取樣電路，比較放大，基準(zhǔn)電路作用同 一次整一次整流濾波流濾波開關(guān)調(diào)整管開關(guān)調(diào)整管取取樣樣電電路路基準(zhǔn)電路基準(zhǔn)電路+ ui+ Uo開關(guān)控開關(guān)控制電路制電路比較放大比較放大二次濾波二次濾波34. 將交流

16、電變成直流電稱為將交流電變成直流電稱為整流整流，將直流電變成交流電稱為，將直流電變成交流電稱為逆逆變變。實(shí)現(xiàn)直流電變成交流電的電路稱為逆變電路，完成逆變功能。實(shí)現(xiàn)直流電變成交流電的電路稱為逆變電路，完成逆變功能的設(shè)備稱為逆變器。的設(shè)備稱為逆變器。 應(yīng)用于各種領(lǐng)域，應(yīng)用于各種領(lǐng)域，例如：采用逆變技術(shù)將普通交流電網(wǎng)電壓例如：采用逆變技術(shù)將普通交流電網(wǎng)電壓變成電壓可調(diào)、頻率可調(diào)的交流電，提供給交流電動(dòng)機(jī)，以調(diào)節(jié)變成電壓可調(diào)、頻率可調(diào)的交流電，提供給交流電動(dòng)機(jī)，以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速； 在不間斷電源在不間斷電源(UPS)中有充電器和逆變器；中有充電器和逆變器； 又如中頻爐、高頻爐、電磁灶等調(diào)

17、備，利用逆變技術(shù)產(chǎn)生交又如中頻爐、高頻爐、電磁灶等調(diào)備，利用逆變技術(shù)產(chǎn)生交流電流電, 從而產(chǎn)生交變磁場(chǎng)從而產(chǎn)生交變磁場(chǎng), 使金屬在磁場(chǎng)中產(chǎn)生渦流而發(fā)熱等等。使金屬在磁場(chǎng)中產(chǎn)生渦流而發(fā)熱等等。 當(dāng)前主要采用普通晶閘管，可關(guān)斷晶閘管當(dāng)前主要采用普通晶閘管，可關(guān)斷晶閘管(GTO)，大功率晶，大功率晶體管體管(GTR)，功率場(chǎng)效應(yīng)晶閘管，功率場(chǎng)效應(yīng)晶閘管(VMOSFET)，絕緣柵雙極晶體，絕緣柵雙極晶體管管(IGBT)等器件組成逆變主電路。等器件組成逆變主電路。44. 按逆變器輸出交流頻率：按逆變器輸出交流頻率：可分為工頻逆變、中頻逆變和高可分為工頻逆變、中頻逆變和高頻逆變。工頻逆變指頻逆變。工頻逆變

18、指5060Hz 的逆變器；中頻逆變的頻率為的逆變器；中頻逆變的頻率為400Hz 幾十幾十kHz；高頻逆變器的頻率則為十幾；高頻逆變器的頻率則為十幾 kHz MHz。 按逆變器能量的去向：按逆變器能量的去向：可分為有源逆變和無源逆變。可分為有源逆變和無源逆變。 按逆變主電路的形式：按逆變主電路的形式：可分為單端式、推挽式、半橋式可分為單端式、推挽式、半橋式和全橋式逆變。和全橋式逆變。 按輸出穩(wěn)定的參量：按輸出穩(wěn)定的參量：可分為電壓型逆變和電流型逆變?？煞譃殡妷盒湍孀兒碗娏餍湍孀?。 按輸出電壓或電流的波形：按輸出電壓或電流的波形：可分為正弦波輸出逆變和非可分為正弦波輸出逆變和非正弦波輸出逆變。正弦

19、波輸出逆變。 按控制方式：按控制方式：可分為調(diào)頻式可分為調(diào)頻式 (PFM) 逆變和調(diào)脈寬式逆變和調(diào)脈寬式(PWM)逆變。逆變。44.SPWM 仿真電路及波形仿真電路及波形44. 圖中圖中S1S4是橋式電路的是橋式電路的4個(gè)臂。個(gè)臂。Ud為直流電源。當(dāng)開關(guān)為直流電源。當(dāng)開關(guān)S1、S4 閉合，閉合，S2、S3斷開時(shí)，電流斷開時(shí)，電流 io 從從A流向流向B。Uo極性為極性為A正正B負(fù)；當(dāng)開關(guān)負(fù)；當(dāng)開關(guān)S1、S4斷開，斷開，S2、S3閉合時(shí)，電流閉合時(shí)，電流io從從B 流向流向A 。Uo極性為極性為B正正 A負(fù)；這樣就把直流電變?yōu)榻涣麟?，改變?fù)；這樣就把直流電變?yōu)榻涣麟?，改變兩組開關(guān)的切換頻率，即改變了交流電的頻率。兩組開關(guān)的切換頻率，即改變了交流電的頻率。UdioS1S2S3S4uo負(fù)載負(fù)載tiouo0- -+當(dāng)負(fù)載為純電阻時(shí)當(dāng)負(fù)載為純電阻時(shí), 負(fù)載電流負(fù)載電流io和和uo的波形形狀、相位均相同。的波形形狀、相位均相同。44. 當(dāng)負(fù)載為感性時(shí)，當(dāng)負(fù)載為感性時(shí)，io相位滯后于相位滯后于uo時(shí)，而且兩者形狀也不相時(shí)，而且兩者形狀也不相同。設(shè)同。設(shè)t1時(shí)刻以前時(shí)刻以前S1、S4導(dǎo)通，導(dǎo)通，uo與與io方向均為正。在方向均為正。在t1時(shí)刻時(shí)刻S1、S4斷開斷開, S2、S3閉合，則閉合，則uo的極性改變的極性