現(xiàn)代電力電子(研究生)課件

1、林渭勛，現(xiàn)代電力電子電路，浙江大學出版社，2002.7趙良炳，現(xiàn)代電力電子技術基礎，清華大學出版社，1997.7張占松、蔡宣三，開關電源的原理與設計1998.6李 宏、電力電子設備用器件與集成電路應用指南，機械工業(yè)出版社 01.9張一工、現(xiàn)代電力電子技術原理與應用，1999.3張 立、電力電子場控器件及其應用，機械工業(yè)出版社，1995.5張衛(wèi)平、綠色電源現(xiàn)代電能變換技術及應用，科學出版社，2001.11陳道煉、 DC-AC逆變技術及其應用 機械工業(yè)出版社, 2003.11楊玉崗.、現(xiàn)代電力電子的磁技術 科學出版社. 2003 Jai P.AgrawalPower Electronic Syst

2、ems Theory and Design清華大學出版 社 2001.8國內外文獻參考文獻:現(xiàn)代電力電子技術MODERN POWER ELECTRONICS 林渭勛， 現(xiàn)代電力電子技術，機械工業(yè)出版社，2006.1教 材:緒 論現(xiàn)代電力電子技術電力電子技術-利用電力電子器件對電 能進行(二次)控制與轉換 的技術。 技術定位：電力、電子和控制三大 電氣工程技術領域之間 的交叉、綜合性學科。 技術目的：節(jié)能，降低材料消耗， 提高生產(chǎn)效率。 內容包括：器件、變換電路、控制 策略。1976 Dr. NewellMODERN POWER ELECTRONICS Total Energy1997: 40%

3、2010: 80% 60% 20%40%ElectricalEnergy1800190020002100204060802040608020406080Electrical EnergyTotal Energy0246810121416182030% savings withimproved powerelectronicsYear19851990199550%100%YearMade in USPower Supplies 200035 % efficiency gainADJUSTABLE SPEED 電力電子技術的發(fā)展過程半導體固態(tài)電子學: 1947年晶體管誕生 1956年晶閘管問世 微

4、 電 子 技 術-信息處理。特點：集成規(guī)模、功能。 電力電子技術-電能控制與轉換。特點：器件衍生，功率、性能提高兩個階段 傳統(tǒng)階段（5780）：SCR家族。 快速KK、逆導RCT、雙向TRIAC、不對稱ASCR等。 應用電路相當 成熟-老化。 現(xiàn)代階段（80 ）：全控家族。 可關斷晶閘管GTO、功率晶體管GTR(BJT)、功率場效應管 MOSFET、絕緣柵極晶體管IGBT(IGT)、靜電感應晶體管 SIT、靜電感應晶閘管SITH、場控晶閘管MCT等。全控器件電路拓撲結構發(fā)展20kHz革命：順變 逆變時代兩個方向器件是改朝換代的領袖電力電子技術的發(fā)展趨勢器件：大容量化、高頻化、集成化電路：形式弱

5、電化、速度高頻化、動作軟開關化 控制：智能化、數(shù)字化全電戰(zhàn)車 新型器件電力牽引電機驅動可再生能源分布式發(fā)電系統(tǒng)集成器件集成節(jié)能照明挑戰(zhàn)機遇課程特點1、強調基礎2、注重實踐電路、磁路、電子、控制基本拓撲、原理實踐積累應用后續(xù)課程1、電力電子器件的建模與仿真2、軟開關與諧振變換技術3、開關電源的原理與設計4、EMI的產(chǎn)生及其抑制課程內容1、DC-DC變換器*2、DC-AC變換器6、電力電子器件及其建模9、諧振軟開關變換器3、開關過程與緩沖技術4、斬控式AC-DC變換器5、斬控式AC-AC變換器7、電力電子電路與系統(tǒng)的建模與仿真8、電力電子仿真軟件應用例：直流電壓源1、線性晶體管串聯(lián)式穩(wěn)壓電源 電壓

6、調節(jié)范圍小 損耗大、效率低 工頻變壓器大 有電磁隔離例：直流電壓源2、斬波式穩(wěn)壓電源（無濾波） 無變壓器 電壓調節(jié)范圍大 損耗小、效率高 無電磁隔離 輸出脈動大、電壓尖峰例：直流電壓源2、斬波式穩(wěn)壓電源（LC濾波） 無變壓器 電壓調節(jié)范圍大 損耗小、效率高 無電磁隔離？ 輸出脈動小例：直流電壓源3、半橋斬波式穩(wěn)壓電源（高頻隔離）U4fsNBmS現(xiàn)代電力電子技術 ： 分解 重新整合例：直流電壓源4、新的問題性能提升 PF & PFC 功率因數(shù)校正 EMI & EMC 電磁兼容 SLH 開關線性復合功率變換技術PWM+EMC+PFCLinearityPower Converter例：直流電壓源5、

7、發(fā)展規(guī)律效率優(yōu)波目的手 段 旋轉變流機組 1920靜止相控整流器 1960線性/斬控 1970/80 開關線性復合 2000？無紡纖維切割/有機材料焊接 2000焊接國家重點實驗室 超 聲 波 電 源IGBT單級變換輸出頻率25kHZ輸出功率2kW頻率跟蹤功率調節(jié)IPM-PWM恒流/恒壓控制單極性/變極性0.5占空比方波輸出峰值電流10300A頻率0.5300Hz。 金屬熔煉用 電磁攪拌電源金鹵燈群照明專用150kVA電力穩(wěn)壓器微等離子體輕合金表面陶瓷化方波電流脈沖電源緩沖式軟開關技術5單元并聯(lián)結構輸出功率：500kW脈沖頻率：01000Hz開關頻率：10kHz輸出特性：恒流峰值電流：1200

8、A邊沿陡度：1000A/50us鋰離子動力電池多組式車載充電電源開關器件：MOSFET開關頻率：100kHz輸出特性：恒流恒壓輸出功率：5kW超級電容電動客車電 機：直流永磁助磁，60kW；電容電壓：170350V；驅動電路：雙向升降壓DC-DC；無損緩沖型ZC、ZV軟開、關；最大輸出電流：500A；變換效率：大于95；附加功能：制動能量回收、300A恒流充電 恒流助磁調節(jié)；電流雙象限直流變換器SLR式高壓電容恒流充電電源 全橋串連諧振拓撲 ZCS/ZVS軟開關 升壓整流模塊串聯(lián)輸出 電壓：010kV； 開關頻率10kHz 諧振頻率23.7kHz 輸出200mA恒流特性第一章 DC-DC Co

9、nverter (直流變換器)按主電路器件：半控型 / 全控型直流變換器的分類：按輸入輸出電壓：降壓式 / 升壓式 / 升降壓式按工作范圍：單象限 / 雙象限 / 四象限按電路結構：單元電路 / 多元電路（單重、多重）按輸入輸出電隔離：非隔離 / 隔離 (正激、反激、自激）按輸入濾波結構：電流源 / 電壓源按器件開關方式：硬開關電路 / 軟開關電路第一章 DC-DC Conwerter 多元多重結構：元從電源側看，差T/n分時的基本電路（n個）；重從負載側看，差T/n分時的基本電路（m個）n元n重結構n元單重結構1-1 Buck Converter1-2 Boost Converter1-3

10、Buck-Boost Converter1-4 Cuk Converter1-5 Sepic & Zeta Converter1-6 多象限變換器1-7 變壓器隔離DC-DC變換器Forward/ Flyback / Royer Converter/1-8 常用PWM集成控制芯片*本章內容：條 件 假 設1、理想開關器件；2、L、C 無損耗，無寄生參數(shù)；3、電源 Ui 內阻為零，無分布參數(shù)；4、開關頻率 fs 遠大于截止頻率 fc1-1 Buck Converter電感電流： 連續(xù) (CCM-Continuous Current Mode) 臨界 斷續(xù)(DCM-Discontiuous Cur

11、rent Mode)電壓紋波、諧波、內阻 電流的不同狀態(tài)1 電流連續(xù)狀態(tài)：穩(wěn)定狀態(tài)下：直流變壓器在穩(wěn)定狀態(tài)下，一個開關周期中，電感伏秒積的代數(shù)和為0。即：電感兩端的平均電壓為0。L伏秒平衡原則：C安秒平衡原則：在穩(wěn)定狀態(tài)下，一個開關周期中，電容安秒積的代數(shù)和為0。即：流經(jīng)電容的平均電流為0。 電流臨界狀態(tài)：D=0.1D=0.9U:100V/Div. I:5A/DivD=0.5 電流斷續(xù)狀態(tài)：D對UO的調節(jié)規(guī)律？輸出電壓的紋波和諧波設：穩(wěn)態(tài)連續(xù) IOC、IOR而 IL = IO2輸出電壓的諧波:未經(jīng)濾波的輸出電壓，即二極管反壓的富氏級數(shù)電路內阻的影響 (CCM)設：S與D的通態(tài)電阻相同，為ron

12、 電感寄生電阻為rL 3電源效率： 輸出濾波器參數(shù) CCM4由電感臨界電流平均值： 得 其中： 若負載穩(wěn)定，此L過小，使IS-on-Max和UO過大，故一般?。?若IO-min過小，所需L過大，可加假負載，但低； 由輸出電壓紋波幅值： 得 注意！ 高頻時電容的等效電路： ESREquivalent Series Resistance 等效串聯(lián)電阻 ESLEquivalent Series Inductance 等效串聯(lián)電感 Rc漏電阻很大C很大 感性大，對開關電壓諧波尖峰無緩沖。 選用高頻電容 縮短C引線，減小分布電感；多電容并聯(lián)，減小ESR。 或 仿真分析5例：計算臨界電感； 計算電壓紋波；

13、臨界電感： 250 uH電壓紋波: 0.166V (300uH 470uF)； 1.66V (300uH 47uF)仿真分析5D=0.5 DCM L=150uH CCM L=450uH1-2 Boost Converter 電感電流： 連續(xù) 臨界 斷續(xù) 電壓紋波電流的不同狀態(tài)1 電流連續(xù)狀態(tài)：穩(wěn)定狀態(tài)下：直流升壓變壓器 電流臨界狀態(tài)： 電流斷續(xù)狀態(tài)：輸入電流保護輸出電壓保護泵升電壓！輸出電壓紋波設：穩(wěn)態(tài)連續(xù) IOC、IOR23例：Ui=1236V，Uo=48V，Pomax=120W， fs=50kHz。選取保持斷續(xù)狀態(tài)的L量。（與Ui=1236V無關）仿真分析4 D=0.75 D=0.50 D

14、=0.25fS =50kHz1-3 Buck-Boost ConverterBuck-Boost ConverterB-B.Converter =Buck 串聯(lián) Boost連續(xù)與臨界狀態(tài)1電流斷續(xù)狀態(tài)2例：f =20kHz, L=0.05mH, Ui=15V, Uo=10V, Po=10W, C足夠大。 判斷電流狀態(tài)連續(xù)否？D=0.4; Ioc=1.8A, Io=1A 斷續(xù)輸入電流保護輸出電壓保護仿真分析4 D=0.4Buck-Boost Converter D=0.50fS=50kHz Po=120WBoost Converter I/O電流脈動較大 應加濾波器fS =20kHz Po=10

15、W1-4 Cuk ConverterCuk ConverterCuk Converter =Boost 串聯(lián) Buck Cuk 電路分析 C1足夠大；穩(wěn)態(tài)時UL1、2 = 0S 通S 關 電感上的電壓 由串聯(lián)結構，或L1或L2電壓 Cuk 電路分析例：f =50kHz, D=0.331-5 多象限斬波電路一、雙象限半橋式斬波器Buck ConverterBoost Converter雙象限運行，電流、功率可逆并聯(lián)雙象限半橋式斬波器 設：L足夠大；穩(wěn)態(tài)；R= 0對電機負載，E由Ui而來對蓄電池負載，E不由Ui決定雙象限半橋式斬波器二、四象限全橋式斬波器正接 + 短接四象限運行，電壓、電流、功率均

16、可逆半橋并聯(lián)反接 + 短接開關器件動作規(guī)律： 每臂兩個開關 不同時斷開 不同時導通 即：同臂互補動作（實際存在閉鎖時間）四象限全橋式斬波器 設：L足夠大；穩(wěn)態(tài)；R= 0雙極性單PWM控制1 對角線互補控制（正接+反接）單極性雙PWM控制2 同臂反相控制（正接+短接）？輸出如何為負？1-6 帶變壓器隔離的直流變換電路 前述變換器的不足： 1、無隔離；2、傳輸比限制；3、單路輸出引入隔離變壓器均可克服 隔離形式： 1、單端；2、并聯(lián)；3、半橋；4、全橋 比較條件： 1、D=0.5；2、輸入功率相同單端式（Buck-Boost)： S電壓Usm應力大 線路簡單（+MRT ？） 開關通態(tài)平均電流 Is

17、m=2Ii 需磁復位 變壓器利用率低 適用于200W以下容量1-6 帶變壓器隔離的直流變換電路并聯(lián)式(推挽式）： S1、S2 50%互補動作 開關通態(tài)平均電流 Ism=Ii 無需磁復位MRT 變壓器利用率低 適用于Ui小Ii大的條件 S 電壓應力Usm=2Ui 1-6 帶變壓器隔離的直流變換電路半橋式： 開關通態(tài)平均電流 Ism=2Ii 變壓器利用率高 S1、S2 50%互補動作 S 電壓應力Usm=Ui 無需磁復位MRT 適用于Ui大Ii小的條件1-6 帶變壓器隔離的直流變換電路全橋式： 開關通態(tài)平均電流 Ism=Ii 變壓器利用率高 S1、S2 50%互補動作 S 電壓應力Usm=Ui 無

18、需磁復位MRT 適用于大（1kW以上）功率要求 線路復雜、S多、N1大1、交變磁化一磁性材料的工作狀態(tài)2、單向磁化3、偏直磁化 鐵心利用率高 剩磁無限制 鐵心損耗大 鐵心利用率低 剩磁要小（加氣隙） 鐵心損耗小 鐵心損耗很小 加氣隙增電流 鐵心利用率很低正激變換器 Forward Converter二 以Buck電路為基礎的正激變換器剩磁的危害T的原、副邊同時工作 正激 S 開通： S 關斷： 剩磁電感、漏感 + 電流急劇變化 關斷電壓尖峰 剩磁 = 剩余能量正激變換器 Forward Converter二磁復位技術 轉移消耗：正激變換器 Forward Converter二磁復位技術 再生反

19、饋：正激變換器 Forward Converter二磁復位技術 強迫去磁：實用電路正激變換器 Forward Converter二雙端正激變換器 S 電壓應力Usm=Ui 反激變換器 Flyback Converter三 以Buck-Boost電路為基礎的反激變換器 變壓器 = 耦合電感多路輸出自動均衡隔離 L1、L2 交替工作L1蓄能L2 釋能反激CCM變換分析 設：在直線段以單線變化反激臨界變換分析 設：在直線段以單線變化 設：在直線段以單線變化反激DCM變換分析反比于Io正比于D2CCM、DCM 負載均不可開路！ 設：在直線段以單線變化反激DCM變換分析反激變換器注意事項1、CCM D的

20、雙重限制2、DCM Uo對D的限制3、DCM CCM 例：雙端反激變換器自激變換器 Royer Converter四通電后，設V1開通較快換流過程自激變換器 Royer Converter四開關頻率 1-7 常用PWM集成控制器 TL494脈寬調制開關電源集成控制器 SG3525A脈寬調制開關電源集成控制器TL494脈寬調制開關電源集成控制器TL494的性能與特點1 TL494的工作原理2 TL494的典型應用3 TL494的特點 推挽/單端輸出； 最高工作頻率300kHz； 內部基準電壓5V； 輸入電壓 41V； 工作溫度范圍： TL494I 為 TL494C為TL494的引腳排列TL494

21、的引腳排列TL494的性能與特點1TL494的性能與特點 - 11各引腳的名稱、功能和用法該兩端所接電阻與電容值的大小決定了輸出PWM脈沖的頻率。設置振蕩器頻率CTRT56該端所接電平的高低，決定了TL494兩路推挽輸出方式下，在最大占空比時兩派沖之間的死區(qū)時間。死區(qū)時間設置端RD4用于開環(huán)控制時，可直接在該端輸入給定信號；用于閉環(huán)控制時，該端與引腳2之間所接網(wǎng)絡的不同，可構成比例、積分等類型的調節(jié)器。內部兩誤差放大器或輸出端VO3用于開環(huán)系統(tǒng)時，懸空或接地；用于閉環(huán)系統(tǒng)時，接被控量的給定信號，同時與引腳13之間接反饋網(wǎng)絡。內部1# 誤差放大器反相輸入端IN 1-2用于開環(huán)系統(tǒng)時，懸空或接地；

22、用于閉環(huán)系統(tǒng)時，接被控制量的給定信號。內部1# 誤差放大器同相輸入端IN1+1功能或用法名稱代號腳號TL494的性能與特點 - 31 各引腳的名稱、功能和用法接用戶供電電源正端工作電源連接端VCC12功能或用法名稱代號腳號使用時，分別接用戶保護信號的取樣值和保護門檻設定電壓，以進行故障（過電流或過電壓）保護內部2#誤差放大器反相與同相輸入端。IN2-IN2+1516該端輸出一標準的5V+5%基準電壓，其溫度穩(wěn)定性好，可用來作為給定信號或保護基準信號基準電壓輸出端VREF14該端為高電平時，TL494為推挽輸出型；該端為低電平時，兩路輸出脈沖相同工作方式選擇控制端C13TL494的性能與特點 -

23、 21、各引腳的名稱、功能和用法功能或用法名稱代號腳號使用時，一般與GND（引腳7）直接相連對應引腳11輸出脈沖參考地端GND-10使用時，一般與GND（引腳7）直接相連對應引腳8輸出脈沖參考地端GND+9該兩端輸出的脈沖相位互差1800，在TL494采用推換互補輸出時，該兩路脈沖經(jīng)放大隔離后可分別驅動逆變橋中同臂的功率器件；在TL494單端工作時，該兩端并聯(lián)輸出相同的脈沖信號，以擴大輸出能力正脈沖輸出端和負脈沖輸出端P+P-811與TL494的供電電源地相連工作參考地端GND7 TL494的內部結構TL494的工作原理 -12TL494的工作原理 - 22 TL494的工作波形 工作頻率 死

24、區(qū)時間控制器輸出脈沖信號的寬度與管腳 4 所設的電平高低有關。引腳 5 所接電容恒流充電和快速放電，在電容CT上形成鋸齒波。右圖TL494為推挽輸出型。TL494的典型應用3TL494在PWM調速系統(tǒng)中的應用SG3525A的性能與特點1SG3525A的引腳排列主要特性8至35V工作可外接電容，實現(xiàn)軟啟動100Hz500kHz振蕩器范圍帶滯后的輸入欠壓鎖定可調整的死區(qū)時間控制雙路流出/吸收輸出驅動器逐個脈沖封鎖功能SG3525A的性能與特點 - 11該端輸出方波信號，提供系統(tǒng)作同步或其它用途內部振蕩器輸出端4通過一個電容CT接地， CT的大小與輸出PWM把脈沖頻率成反比外接定時電容器連接端5通過

25、一個電容RT接地， RT的大小與輸出PWM把脈沖頻率成反比，且與CT一起決定振蕩器的頻率外接定時電阻器連接端6該端可輸入或輸出一個方波信號，可用來使振蕩器與外部用戶控制系統(tǒng)同步內部振蕩器同步輸入輸出端3開環(huán)應用時，通過一個電阻接用戶給定信號；閉環(huán)應用時，通過一個電阻接用戶反饋信號內部誤差放大器同相輸入端2在開環(huán)使用時，與引腳9相連構成跟隨器；在閉環(huán)使用時，一方面接給定，另一方面通過引腳9所接網(wǎng)絡構成比例、積分等調節(jié)器內部誤差放大器反相輸入端1功能或用法名稱腳號 各引腳的名稱、功能和用法SG3525A的性能與特點 - 21 各引腳的名稱、功能和用法使用時，通過一個高電平封鎖輸出脈沖，常接用戶保護

26、電路輸出封鎖端10推挽輸出時，接后續(xù)電路去控制逆變器的上橋臂功率管；單端輸出時，與引腳14同時接地正脈沖輸出端11與用戶工作電源的地相連地端12開環(huán)使用時，與引腳1相連構成跟隨器；閉環(huán)使用時，通過一個電阻或電容或電阻與電容接引腳1誤差放大器補償端/輸出端9使用時，通過一個電容接地，軟啟動時間與該電容值的大小成正比軟啟動電容連接端8使用時，在該引腳與引腳5之間接一個電阻，以便CT周期性放電定時電容CT的放電端7功能或用法名稱腳號SG3525A的性能與特點 - 31 各引腳的名稱、功能和用法該端輸出一個溫度特性極好的工作參考電源，使用時，可作為給定或保護部分的基準點源參考電壓輸出端16接用戶提供的

27、芯片工作電源，亦可與引腳13共用一個電源除輸出驅動級外整個芯片工作電源連接端15推挽輸出時，接后續(xù)電路去控制逆變器的下橋臂功率管；單端輸出時，與引腳11同時接地負脈沖輸出端14推挽輸出時，直接接用戶提供的輸出級電源；單端輸出時，通過一個電阻接用戶提供的電源，并作為單端脈沖輸出端輸出功率放大級電源連接端13功能或用法名稱腳號SG3525A的工作原理 - 12、SG3525A的功能框圖SG3525A的工作原理 -22、工作頻率改變接在引腳8與地之間的軟啟動電容器的容量可以改變軟啟動時間式中：振蕩器的定時電容定時電容的放電電阻振蕩器的定時電阻SG3525A的典型應用3SG3525A在雙端輸出驅動MO

28、S功率管電路中的應用第二章 DC-AC 變換器 (Inverter)2-1 硬開關方波逆變電路2-2 硬開關PWM逆變電路2-3 SPWM驅動信號的產(chǎn)生方法2-4 硬開關PWM逆變電路的諧波分析2-5 改善電壓波形的技術措施2-7 閉鎖時間對輸出電壓的影響2-6 逆變電路的控制 逆變器的分類：1、控制靈活、響應快速2、節(jié)省材料、減小體積3、PF大、高效節(jié)能輸出頻率：工頻、中頻、高頻（20kHz）相 數(shù)：單相、三相能量流向：有源、無源電源類型：電壓源型VSI、電流源型CSI電路結構：半橋、全橋、推挽、單管換流方式：負載換流式、硬開關式、諧振式按 主要優(yōu)點： 主要指標：1、功率因數(shù)（PF Powe

29、r Factor)：2、畸變諧波評價=I1/I 電流諧波因數(shù)cos 相位因數(shù) 畸變因數(shù) (DF Distortion factor) 總諧波因數(shù) (THF Total Harmonic Distortion factor) 諧波因數(shù) (HF Harmonic factor) 最低次諧波 (LOH Lowest-order Harmonic)3、逆變效率4、電磁兼容性EMI5、功率體積（重量）比2-1 硬開關方波逆變電路1單相逆變電路1、半橋單相逆變電路2、全橋單相逆變電路2三相逆變電路1、縱向換流控制方式2、橫向換流控制方式方波逆變=PWM逆變的特例單相逆變電路1 半橋逆變電路：逆變電路的基本

30、單元！D續(xù)流 整流S導通 逆變無論電流方向如何S1、S2 50%互補導通 半橋逆變電路工作波形無直流、無余弦、無偶次諧波 半橋逆變的輸出功率PDC 有功功率；PAC 無功功率 全橋逆變電路半橋并聯(lián)50%對角線互補控制輸出電壓大一倍開關電流小一倍波形與半橋類似特點：臂內自然換流；臂間強迫換流直流電壓利用率高諧波含量高：電壓不可調：自然死區(qū) 全橋移相式逆變電路THFmin仍20%，且LOH=3三相方波逆變電路2180導通，60縱向換流120導通，60橫向換流控制方式0 縱向換流控制方式k=1,2,3自然數(shù) 橫向換流控制方式無直通2-2 硬開關PWM逆變電路1單相橋式SPWM逆變電路1、單極性調制2

31、、雙極性調制2三相橋式SPWM逆變電路1、同步控制方式2、異步控制方式2-2 硬開關PWM逆變電路 基本原理等幅、等距、不等寬方波正弦波調壓、調頻 電路構成構成 調制方法1、單、雙極性3、方波、正弦2、同步、異步 正弦波脈寬調制SPWM單相橋式SPWM逆變電路1 單極性調制： 正接+反接+短接單相橋式SPWM逆變電路1 雙極性調制： 正接+反接對角線互補三相橋式SPWM逆變電路2 載波比 異步調制： m整數(shù) 同步調制： m = 整數(shù) 分段同步 為保證三相對稱，共用載波應與三相調制波交點相差120： m = 3n n為正整數(shù) 為保證輸出無偶次諧波、無余弦項，輸出波形應1/4對稱： m = 3n

32、n為正奇數(shù) 輸出波形 (m=3)2-3 SPWM驅動信號的產(chǎn)生方法1自然采樣法2低次諧波消去法3規(guī)則采樣法硬件：分立、集成（SA8X系列）軟件：DSP、單片機編程自然采樣法（雙邊調制）1 利用硬件原理計算交點時刻， 設：在線實時計算、查表規(guī)則采樣法（單/雙邊調制）2 鋸齒波調制（單邊） 三角波調制（雙邊）含偶次諧波低次諧波消去法3 以低次諧波=0為目標， 計算開關時刻。得(m-1)/2個時刻消(m-1)/2-1種諧波在1/4T內按富氏級數(shù)公式計算n次諧波幅值單相逆變消3、5次諧波2-4 改善電壓波形的技術措施1新型主電路結構2多重化結構4優(yōu)化PWM技術3附加輸出濾波器新型主電路結構 （中點鉗位

33、式PWM逆變NPC-PWM）1 直流中點鉗位（主控器件全關斷） 全部器件耐壓=Ui/2 單極性調制（諧波小于雙極性Ui/2）優(yōu)化PWM技術（倍頻式PWM）2fs諧波器件速度限制開關損耗限制倍頻！多重化電路結構 （三相）3多重化電路結構 3附加輸出濾波器4 利用負載濾波 附加濾波器2-5 逆變電路的控制策略1電壓單環(huán)反饋控制2電壓電流雙環(huán)反饋控制4電流單環(huán)反饋控制3電壓空間矢量控制5直接轉矩控制*電壓單環(huán)反饋控制 （電壓平均值單環(huán)反饋控制方式）1 單結構簡單，調節(jié)連續(xù)； 響應速度慢： 主電路濾波、檢測濾波、 PI大電容； 電壓波形開環(huán)，非線性負載下，電壓畸變嚴重；電壓單環(huán)反饋控制 （電壓瞬時值單

34、環(huán)反饋控制方式）1電流單環(huán)反饋控制 （電流滯環(huán)跟蹤控制方式）2電流單環(huán)反饋控制 2初始 滯環(huán)越小，電流諧波越少，但開關頻率越高； 電流波形調節(jié)速度快，一開關周期完成； 一階電路，無條件穩(wěn)定； 開關頻率不固定；安秒不平衡，半橋不宜。 每周期iL變化相同， uL伏秒平衡，無磁偏；電流單環(huán)反饋控制 （恒開關頻率電流控制方式）2 開關頻率固定， 同步開關控制； 高次諧波大于 滯環(huán)跟蹤控制。電壓電流雙環(huán)反饋控制3 外環(huán)：穩(wěn)定低頻輸出正弦電壓； 內環(huán)：穩(wěn)定高頻調制輸出電流，圍繞正弦波動；電壓電流雙環(huán)反饋控制3電壓空間矢量控制 (SVPWM)4 旋轉磁場磁鏈圓旋轉磁場分析磁鏈跟蹤控制電壓SV軌跡分析電壓空間

35、矢量控制SVPWM 三相方波逆變（縱向換流） 基本矢量：上臂通1、下臂通0相鄰矢量： 僅差一個開關狀態(tài)；相反矢量： 互補全部開關狀態(tài)。SVPWM 組合矢量：需要零矢量參與組合子扇區(qū)組合周期SVPWM 矢量序列： 直流電壓利用率高 開關損耗小 近似圓形磁場 可用于靜止三相逆變2-7 閉鎖（死區(qū)）時間對輸出電壓的影響 輸出電壓瞬態(tài)平均值（V/Ts) 閉鎖時間對輸出電壓的影響 死區(qū)越大，輸出電壓基波越小； 低次諧波增大： 單相：3、5、7次 三相：6m1次 = 0 時，THD最小。智能功率模塊 IPM 80C196MC/MD控制板： DSP控制板：第三章 開關過程與緩沖技術3-2 有損緩沖電路電感電

36、流斷續(xù)的緩沖電路3-3 無損緩沖電路電感電流連續(xù)的緩沖電路3-1 開關損耗與器件應力關斷緩沖電路開通緩沖電路3-1 開關損耗與器件應力總損耗P = 導通損耗Pon + 阻斷損耗Poff + 開關損耗 Ps （ Ps=4080%P)延遲時間 Is小， 可略上升時間存儲時間 Us小，可略下降時間 Ps上升時間tup下降時間tdo一般 80%GTRMOSFETIGBT3-1 開關損耗與器件應力每周期損耗開關功率損耗開關軌跡電阻負載容性負載開通過程感性負載關斷過程安全ON ：限制di/dt 開通/串聯(lián)緩沖；OFF：限制du/dt 關斷/并聯(lián)緩沖； 降低（轉移）S損耗，改變開關軌跡。緩沖電路（Snubb

37、er Circuit）有損緩沖電路無損緩沖電路部分開關損耗轉移到緩沖電路電流、電壓、熱應力 Stress3-2 有損緩沖電路 （感性負載含有L濾波）1iL斷續(xù)時的緩沖電路= L/RTs大 二次擊穿小 不擊穿 Em（LIcs2/2）消耗于T、RC 峰值加續(xù)流管由UR、線路電感、體電感決定反向充電建立勢壘關斷過程：開通過程：功率二極管動態(tài)特性加續(xù)流管tRR 允許短路時間但關斷損耗仍然較大加電容 （僅為修正關斷軌跡）開通過程惡化！綜合利用D與C的作用 同時修正開與關的軌跡？RCD 緩沖電路 參數(shù)計算： 關斷時，為RLC二階響應 根據(jù)臨界阻尼條件： 導通時，應保證在最短導通 時間內Cs充電至Ucc最小

38、脈寬限制2iL連續(xù)時的緩沖電路（Buck例）無緩沖工作波形開、關過程損耗均大！RCD關斷緩沖電路 臨界電容Cs緩沖 經(jīng) tDOCs大， uCE1時最小最小值應在 1 的拋物線上討論 開關損耗=2/3時最小 電容參數(shù)在最小導通時間內Cs電荷應放盡RCD關斷緩沖電路的另一種接法參數(shù)選取 電阻參數(shù)頻率越高，電阻越小，開通附加電流越大。電阻值與損耗無關。RLD開通緩沖電路L恒流源，開通初，D導通/恢復， 經(jīng)上升時間 tUP： uCE由Ui uLs 限制di/dt經(jīng) tUPLs大， iC IL D導通， tUP 1Ls小， iC IL D阻斷， tUP tFU ，20)越大，諧波越小網(wǎng)側PF=負載PF6-1 單相交流調壓電路 雙向功率開關共態(tài)導通&共態(tài)關斷2調壓電路 原理電路先斷后通閉鎖時間吸收電路緩沖電路 應用電路6-1 單相交流調壓電路2調壓電路功率限制 無共態(tài)非互補控制失控產(chǎn)生3、5次諧波 電流檢測非互補控制6-2 三相交流調壓電路6-3 交流穩(wěn)壓電路 部分功率編碼補償6-3 交流穩(wěn)壓電路 部分功率斬波補償 C 閉鎖時提供電流通路D補償深度開關順序補償極性第六章 諧振軟開關變換