第8章功率電子電路

1第8章

功率電子電路8.1低頻功率放大電路8.2直流穩(wěn)壓電源8.3功率半導(dǎo)體器件和變流電路主要內(nèi)容28.1低頻功率放大電路主要內(nèi)容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31.功率電子電路：根據(jù)功能分為兩類(lèi)：（1）將輸入信號(hào)加以放大，使負(fù)載獲得所需要的信號(hào)功率。（2）進(jìn)行交、直流電能的變換，向負(fù)載提供直流功率或交流功率。8.1.1

概述2.功率電子電路的類(lèi)型:3.功率放大電路:放大電路的輸出不僅要有足夠大的電壓，還要輸出足夠大的電流，能推動(dòng)負(fù)載正常運(yùn)行，這樣的電路稱(chēng)為功率放大電路。向負(fù)載提供功率為主要目的的電子電路。電路中常常含有大功率電子器件。45.功率放大電路的效率：8.1.1

概述提高功率放大電路效率的方法是，減小功率管的集電極功耗。效率指輸出的信號(hào)功率PO與電源功率PS的百分比，即4.功率放大電路的要求:（1）輸出功率盡可能大，使負(fù)載能獲得所需的功率。輸出電流和電壓盡可能大，功率管工作在接近于極限狀態(tài)。（2）非線(xiàn)性失真盡可能小。（3）效率要高。功率放大電路是個(gè)能量轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換效率是一個(gè)重要問(wèn)題。58.1.1

概述6.功率放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)：（1）甲類(lèi)工作狀態(tài)特點(diǎn)是：靜態(tài)集電極電流大，波形好，無(wú)失真，但管耗大，效率低。（2）乙類(lèi)工作狀態(tài)特點(diǎn)是：靜態(tài)集電極電流為零，管耗小，效率高，但波形嚴(yán)重失真，晶體管只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通；所以采用對(duì)稱(chēng)互補(bǔ)電路實(shí)現(xiàn)功率放大。由于晶體管有死區(qū)電壓，所以在輸出波形過(guò)零點(diǎn)附近會(huì)出現(xiàn)失真，稱(chēng)為交越失真。（3）甲乙類(lèi)工作狀態(tài)特點(diǎn)是：靜態(tài)集電極電流很小，波形好，無(wú)失真，管耗小，效率高。ICUCEiCtQiCiCttQQICICUCEUCE甲乙類(lèi)工作狀態(tài)乙類(lèi)工作狀態(tài)甲類(lèi)工作狀態(tài)000000功率放大電路工作在大信號(hào)狀態(tài)，所以常用估算法或圖解法。68.1.2

基本功率放大電路功率放大電路的形式有：（1）變壓器耦合方式特點(diǎn)是：優(yōu)點(diǎn)是利用變壓器的變阻作用，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，負(fù)載能獲得最大功率；但變壓器體積大，重量重，易引入電磁干擾，頻帶窄，電路不能集成化。（2）互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路①無(wú)變壓器輸出電路：使用單電源，通過(guò)容量較大的電容與負(fù)載耦合，實(shí)現(xiàn)功率放大，稱(chēng)為無(wú)輸出變壓器（OutputTransformerless）電路，簡(jiǎn)稱(chēng)OTL電路。②無(wú)輸出電容電路：使用雙電源，使互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路直接與負(fù)載相連，省去輸出電容，構(gòu)成無(wú)輸出電容（OutputCapacitorless）電路，簡(jiǎn)稱(chēng)OCL電路。+UCCRLT1uiT2+-Tr1Tr2RLui+UCCRBCTTr78.1.2

基本功率放大電路1.OCL電路：R2ui++UCCRLT1-bauo-UCCR1T2uoui（1）OCL電路原理圖（2）工件原理:在ui的正半周，+UCC使T1導(dǎo)通，負(fù)載得到正半周輸出。在ui的負(fù)半周，-UCC使T2導(dǎo)通，負(fù)載得到負(fù)半周輸出。iC1iC2ωtωtT1、T2特性完全相同，常采用對(duì)管；T1為NPN管，T2為PNP管。（3）特點(diǎn):（理想情況）最大輸出功率：最高效率：交越失真OCL電路線(xiàn)路簡(jiǎn)單，效率高；但有交越失真，T1、T2必須對(duì)稱(chēng)。88.1.2

基本功率放大電路（4）實(shí)用的OCL電路D1、D2為T(mén)1、T2的發(fā)射結(jié)提供偏置電壓，用來(lái)消除交越失真。引入負(fù)反饋使放大電路工作比較穩(wěn)定，具有較好的放大性能。RB2ui++UCCD1D2RLT1-uo-UCCRB1T2A0+-+RE1RE2R1R2R3ERE1、RE2起電流串聯(lián)負(fù)反饋?zhàn)饔?；R1、R2起電壓串聯(lián)負(fù)反饋?zhàn)饔?。RB1、RB2使T1、T2的偏置電阻。集成運(yùn)放構(gòu)成同相輸入前置放大電路，放大倍數(shù)為：T1、T2構(gòu)成互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放。98.1.2

基本功率放大電路2.OTL電路：Rui++UCCRLT1-uoRT2（1）OTL電路原理圖（2）工件原理:在ui的正半周，T1導(dǎo)通，負(fù)載得到正半周輸出，同時(shí)電容C充電，充電到UCC/2。在ui的負(fù)半周，電容上電壓UC≈UCC/2使T2導(dǎo)通，負(fù)載得到負(fù)半周輸出。iC1iC2電路使用單電源+UCC，兩個(gè)電阻R分壓，使靜態(tài)時(shí)T1、T2的基極電位UB=UCC/2。（3）特點(diǎn):（理想情況）最大輸出功率：最高效率：OTL使用單電源，效率高；但有交越失真，電容C要足夠大。C+C1+-T1、T2的發(fā)射極通過(guò)大容量電容C和負(fù)載RL相連，發(fā)射極電位UE=UCC/2。108.1.2

基本功率放大電路（4）實(shí)用的OTL電路D1、D2為T(mén)1、T2的發(fā)射結(jié)提供偏置電壓，用來(lái)消除交越失真。引入負(fù)反饋使放大電路工作比較穩(wěn)定，具有較好的放大性能。RB2ui++UCCD1D2RLT1+uoRB1T2A0+-+RE1RE2RR3C2ERE1、RE2起電流串聯(lián)負(fù)反饋?zhàn)饔?；R1、R2起電壓串聯(lián)負(fù)反饋?zhàn)饔谩B1、RB2使T1、T2的偏置電阻。兩個(gè)R分壓使集成運(yùn)放輸入端靜態(tài)電位為UCC/2。C1、C2為隔直電容。R1R2RC1C大容量電容C為耦合電容。118.1.3

集成功率放大器舉例TDA2030集成音頻功率放大器（OCL電路）12345啟動(dòng)偏置電路同相輸入反相輸入負(fù)電源輸出正電源輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)短路過(guò)熱保護(hù)短路過(guò)熱保護(hù)5腳塑封結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：+-12345轉(zhuǎn)換效率高、失真小、輸出功率大外圍電路簡(jiǎn)單，被廣泛使用。電源電壓為±6～±18，靜態(tài)電流45mA，當(dāng)UCC=±14V時(shí)，負(fù)載RL=4Ω時(shí)，輸出功率PO達(dá)18W，電壓增益為30dB，頻帶寬10HZ

～

14KHZ128.1.3

集成功率放大器舉例典型應(yīng)用一：TDA2030集成音頻功率放大器接成OCLR2、C2、R3構(gòu)成電壓串聯(lián)負(fù)反饋，改變R2或R3可改變電壓增益。12345TDA2030uiR1R2R3R4C1C2C3C4C5D1D2D3D4+UCC-UCCRLD1、D2用作輸出保護(hù)；R4、C5用以補(bǔ)償高頻時(shí)喇叭的電感，使其在高頻時(shí)有較好的特性。C3、C4作電源濾波；D3、D4防止電源反接。1μF0.1μF22μF0.1μF0.22μF680Ω22kΩ22kΩ1Ω+-138.1.3

集成功率放大器舉例典型應(yīng)用二：TDA2030集成音頻功率放大器接成OTLR1、R2分壓使1腳電壓為UCC/2，R3用于提高輸入電阻。12345TDA2030uiR2R5R6R4C1C2C3C5D1D2D3+UCCRL大容量電容C為耦合電容。C2000μFR1R3C4100kΩ100kΩ100kΩ150kΩ1Ω4.7kΩ0.1μF0.22μF2μF5μF22μFD1、D2用作輸出保護(hù)；C3作電源濾波；D3防止電源反接。+-148.2直流穩(wěn)壓電源主要內(nèi)容8.2.1單相橋式整流電路8.2.2濾波電路8.2.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路8.24開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路15基本概念整流濾波電路的需要很多場(chǎng)合需要直流電源，而一般供電是50HZ的交流，所以要將交流變成直流，即直流穩(wěn)壓電源。整流電路——將交流變成脈動(dòng)的直流直流穩(wěn)壓電源的組成整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路220V50HZ變壓器濾波電路——將脈動(dòng)直流變成比較平穩(wěn)的直流穩(wěn)壓電路——將比較平穩(wěn)的直流變成穩(wěn)定的直流RL161.電路結(jié)構(gòu)RLDTrabu2uDuL~220V2.工作原理及各點(diǎn)波形由變壓器Tr、二極管D、負(fù)載RL組成。設(shè)變壓器副邊電壓為：在u2的正半周，D承受正向電壓而導(dǎo)通，電流從a點(diǎn)流出。經(jīng)D、RL流入b點(diǎn)，負(fù)載RL上電壓等于uL

。在u2的負(fù)半周，D承受反向電壓而截止，負(fù)載RL上電壓等于零。uLu2uDiLiDωtωtωtωtiLiD-+-++-單相半波整流電路173.單向半波整流電路的特性RLDTrabu2uDuL~220V①輸出電壓平均值uLu2uDiLiDωtωtωtωt②二極管平均電流、負(fù)載平均電流③二極管承受的最大反向電壓iLiD+-+-+-單相半波整流電路18uLu2uDiLiDωtωtωtωt4.二極管的選用二極管的最大整流電流IOM，要大于負(fù)載電流平均值IL。二極管的反向工作電壓URM，要大于變壓器副邊電壓的幅值UM。實(shí)際選用時(shí)要有10%的余量。5.電路特點(diǎn)電路簡(jiǎn)單，整流元件少；輸出電壓低，脈動(dòng)大，效率低。RLDTrabu2uDuL~220ViLiD+-+-+-

單相半波整流電路19單相半波整流電路應(yīng)用舉例例7-1

圖示整流電路中。RL=200Ω，U2=20V，試求：(1)負(fù)載上電壓和電流平均值；(2)二極管承受的最大反向電壓和通過(guò)的平均電流。(1)負(fù)載電壓平均值(2)二極管承受的最大反向電壓解：負(fù)載電流平均值二極管流過(guò)的平均電流RLDTrabu2uDuL~220ViLiD+-+-+-20RLD1Trabu2uL簡(jiǎn)化畫(huà)法1.電路結(jié)構(gòu)D2D3D4RLTrabu2uL2.工作原理在u2的正半周：D1、D3、導(dǎo)通，D2、D4截止；負(fù)載RL上電壓等于u2的正半周；D2、D4承受反向電壓為u2。在u2的負(fù)半周：D2、D4導(dǎo)通，D1、D3

截止；負(fù)載RL上電壓等于u2的負(fù)半周；D1、D3承受反向電壓為u2。在正、負(fù)半周，負(fù)載中電流方向相同8.2.1

單相橋式整流電路u1u1++++----++--iLiL21RLD1Trabu2uLD2D3D43.各點(diǎn)波形iDu2uDiLuLωtωtωtωtiD1iD3iD2iD4uD4uD1uD3uD2iD1iD3iD2iD4iLωt⑤二極管反向電壓uD波形如圖+++---u1①變壓器次級(jí)電壓u2；④二極管電流iD；③負(fù)載電流iL；②負(fù)載電壓uL；π2π3π變壓器次級(jí)電流i2波形如圖i2i28.2.1

單相橋式整流電路①②③④⑤224.特性①輸出電壓平均值（直流分量）②負(fù)載電流平均電流③每只二極管平均電流④二極管承受的最大反向電壓iDu2uDiLuLωtωtωtωtiD1iD3iD2iD4uD4uD1uD3uD2ωtπ2π3πi2⑤變壓器次級(jí)電流(是正弦波,有效值)為8.2.1

單相橋式整流電路235.二極管的選用二極管的最大整流電流IOM，要大于負(fù)載電流平均值IL的一半。二極管的反向工作電壓URM，要大于變壓器副邊電壓的幅值UM，實(shí)際選用時(shí)要有10%的余量。6.電路特點(diǎn)輸出電壓高，脈動(dòng)小，變壓器利用率高。8.2.1

單相橋式整流電路24單相橋式整流電路應(yīng)用舉例[例題8.2.1]某負(fù)載需要18V、1A的直流電源供電，試計(jì)算：(1)電源變壓器二次側(cè)電壓和電流有效值及變壓器容量；(2)通過(guò)二極管的電流平均值和承受的反向電壓最大值，并選擇整流二極管。RLD1Trabu2~220VD2D3D4uL(1)變壓器次級(jí)電壓有效值與電流有效值二極管承受的最大反向電壓解：（2）二極管流過(guò)的平均電流查表選擇整流電流大于0.5A，最大反向電壓大于28V的二極管。例選擇2CZ11A（IFM=1A，URM=100V）+++---i2變壓器容量為IL251.電容濾波電路(1)電路結(jié)構(gòu)RLD1Trabu2uL(uC)~220VD2D3D4iLC+-+(2)工作原理及波形圖ωtuL在u2正半周且大于uC時(shí)，D1、D3導(dǎo)通，對(duì)C充電，即ab段。abcd充電放電在u2負(fù)半周時(shí)，D2、D4導(dǎo)通，對(duì)C充電，重復(fù)上述過(guò)程。當(dāng)u2到峰值后開(kāi)始下降，即bc段。之后電容C放電，即cd段。從輸出波形上看，電容濾波后，輸出電壓脈動(dòng)減小，波形平穩(wěn)了；且輸出電壓平均值也提高了。8.2.2

濾波電路+--+-26(3)電容濾波電路特點(diǎn)①負(fù)載變化對(duì)輸出電壓的影響②電容C的選擇③輸出電壓平均值的計(jì)算④二極管的導(dǎo)通角當(dāng)電容C一定時(shí)，負(fù)載電阻RL越小，則時(shí)間常數(shù)RLC小，輸出電壓減小，且脈動(dòng)變大。電路適用于負(fù)載電流小，且負(fù)載變化較小的場(chǎng)合。選擇原則：T為電源電壓周期電容的耐壓值應(yīng)大于變壓器副邊電壓的幅值；電容的極性不能接錯(cuò)。橋式整流電容濾波，輸出電壓的平均值?。弘娙轂V波時(shí)，二極管導(dǎo)通角減小，會(huì)出現(xiàn)沖擊電流，因此二極管容量要大一點(diǎn)。ωtuLabcd8.2.2

濾波電路272.電感濾波電路(1)電路結(jié)構(gòu)(2)工作原理RLTrabu2uL~220VL當(dāng)電感中電流變化時(shí)，電感兩端產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)來(lái)阻止電流的變化，使輸出電流穩(wěn)定，從而使負(fù)載得到平穩(wěn)的直流。只要電感L足夠大，滿(mǎn)足ωL>>RL，整流電壓的交流分量就大部分降在線(xiàn)圈上，而直流分量大部分降在負(fù)載兩端。若忽略電感線(xiàn)圈內(nèi)阻和二極管壓降，則負(fù)載電壓平均值為：電感濾波電路適用于負(fù)載電流大的場(chǎng)合。但電感元件體積大，比較笨重，成本高，功耗大。8.2.2

濾波電路uL'++++----283.復(fù)式濾波電路常見(jiàn)的復(fù)式濾波電路結(jié)構(gòu)如圖+-+-+-+-+-RC1C2C1C2LL+++---LC濾波電路LCπ濾波電路RCπ濾波電路8.2.2

濾波電路291.串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理電路原理方框圖UI是輸入電壓；UO是輸出電壓；UREF是基準(zhǔn)電壓主；UF是取樣電壓，其值為：+當(dāng)UI增加時(shí)，調(diào)整過(guò)程如下：放大器8.2.3

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路+-R1R2RLUODZISUIUBUFUREF++--T比較取樣網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)電壓源調(diào)整管UI↑→UO↑→UF↑→UB↓→IC(IE)↓→UO↓，即UO基本不變。當(dāng)UI減小時(shí)，調(diào)整過(guò)程如下：UI↓→UO↓→UF↓→UB↑→IC(IE)↑→UO↑，即UO基本不變。電路由：取樣電路、基準(zhǔn)電壓源、比較放大器、調(diào)整管四部分組成。穩(wěn)壓過(guò)程30電路特點(diǎn)：+放大器8.2.3

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路+-R1R2RLUODZISUIUBUFUREF++--T比較取樣網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)電壓源調(diào)整管可見(jiàn)，在基準(zhǔn)電壓UREF不變的情況下，改變R1、R2阻值，就可以改變輸出電壓UO的大小，因此，得到可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。故由于比較放大電路電壓放大倍數(shù)很大，比較器同相輸入端和反相輸入端電位近似相等，即UF≈UREF，則由于調(diào)整管T與負(fù)載是串聯(lián)的，所以該電路稱(chēng)為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。312.集成穩(wěn)壓電路（1）概念三端穩(wěn)壓器有：輸出電壓固定的、輸出電壓可調(diào)的；輸出正電壓的、輸出負(fù)電壓的。8.2.3

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路CW7800系列和CW7900系列最大輸出電流為1.5A(需加散熱片)。三端穩(wěn)壓器特點(diǎn)：體積小，性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉、使用方便。塑封固定輸出三端穩(wěn)壓器CW7800系列和CW7900系列引腳排列如圖。采用集成技術(shù)，將調(diào)整管、比較放大環(huán)節(jié)、基準(zhǔn)電壓源、取樣電路、各種保護(hù)環(huán)節(jié)以及連接導(dǎo)線(xiàn)制作在一個(gè)硅片上，就構(gòu)成集成穩(wěn)壓電路。CW7800123輸入輸出地CW7900123輸入輸出地CW7800系列有：7805、7806、7809、7812、7815、7818、7824等。(正電壓)CW7900系列有：7905、7906、7909、7912、7915、7918、7924等。(負(fù)電壓)32（2）固定輸出正電壓、負(fù)電壓的實(shí)用電路8.2.3

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路輸出正電壓CW7800UIUOCICO123++--CW7900UIUOCICO123++--輸出負(fù)電壓（3）同時(shí)輸出正、負(fù)電壓的實(shí)用電路CW7800+UI+UOCI123CW7900213C2C3C4-UO-UI33（4）可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器8.2.3

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路典型應(yīng)用一：固定輸出1.25V塑封可調(diào)三端穩(wěn)壓器CW117和CW137引腳排列如圖。CW117123輸入輸出調(diào)節(jié)CW137123輸入輸出調(diào)節(jié)主要特點(diǎn)：它有調(diào)節(jié)端而無(wú)公共端，在輸出端與調(diào)節(jié)端之間具有1.25V基準(zhǔn)電壓。它既保持了三端的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，又能在1.25~37V的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，并且穩(wěn)壓精度高，輸出紋波小。CW117UI1.25VCICO123++--RO圖中：RO是為保證穩(wěn)壓器空載時(shí)也能正常工作所必須的外接電阻，其阻值約為120~240Ω；C1常取0.1μF；CO常取1μ。CW137UI1.25VCICO123++--RO117是正電壓輸出；137是負(fù)電壓輸出。348.2.3

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路典型應(yīng)用二：可調(diào)輸出1.25~37VCW117UIUOCICO123++--R1圖中：R2是電位器；C常取10μF；濾去R2兩端紋波電壓。R2I1ICRL電路中UR1=U21=1.25V，且I1>>I，所以輸出電壓為可見(jiàn)：改變R2就可調(diào)節(jié)輸出電壓UO；當(dāng)R1取240Ω，R2取6.8kΩ電位器，則UO的可調(diào)范圍為1.25~37V。CW137輸出為負(fù)電壓，應(yīng)用電路與C117電路套用即可。358.2.3

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路[例題8.2.2]圖是一個(gè)0~30V連續(xù)可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源，試分析其工作原理。CW117URUOCIDZ123++--R6.3V交流電源經(jīng)D半波整流、C濾波、R1和DZ（穩(wěn)壓值1.25V)構(gòu)成穩(wěn)壓電路，故a點(diǎn)對(duì)地電壓為Ua=-1.25V。RP~220VR1CRL解：輔助電源+++~35V2CZ12B×42200μF/50V0.33μF1μF3kΩ120Ω1.25V680Ω2CP10D~6.3V50μF/10Va輸出電壓RP在0~3kΩ之間調(diào)節(jié)時(shí)，輸出電壓UO可在0~30V的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。UO范圍0~30V；最大電流1.5A。368.2.4

開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路1.概念線(xiàn)性穩(wěn)壓電路—調(diào)整管工作在線(xiàn)性放大區(qū)，調(diào)整管的電流和兩端壓降都較大，因而功耗大、效率較低。

當(dāng)調(diào)整管截止時(shí)，管壓降較高，但電流近似為零；當(dāng)調(diào)整管飽和時(shí)，電流較大，但管壓降很小。

因此，開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路調(diào)整管功耗小、效率高、體積小、重量輕、允許電網(wǎng)電壓有較大有較大的波動(dòng)。缺點(diǎn)：輸出電壓有較大的紋波和噪聲。開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路—調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，調(diào)整管以較高的調(diào)制頻率在飽和區(qū)和截止區(qū)之間快速變換。2.開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路的特點(diǎn)378.2.4

開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路3.開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路的分類(lèi)按調(diào)制方式分為：脈寬調(diào)制型：通過(guò)調(diào)整脈沖寬度來(lái)調(diào)整輸出電壓。脈頻調(diào)制型：通過(guò)調(diào)整脈沖頻率來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓?；旌险{(diào)制型：通過(guò)調(diào)整脈沖寬度和頻率來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。按按功率管與負(fù)載的連接方式分為：串聯(lián)型、并聯(lián)型388.2.4

開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路4.串聯(lián)脈寬調(diào)制(PWM)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)CuiUIT++--A1A2R1R2DLRLUo+-+-uN1UREFuN2uP2uB整流濾波電路三角波發(fā)生電路基準(zhǔn)電壓電路+-比較放大脈寬調(diào)制圖中：T為調(diào)整管，工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，可用（MOSFET或IGBT）。L和C為濾波元件。D為續(xù)流二極管。比較器A2和三角波發(fā)生電路構(gòu)成脈寬調(diào)制電路。運(yùn)算放大器A1構(gòu)成比較放大電路，對(duì)基準(zhǔn)電壓UREF和取樣電壓uN1的差值進(jìn)行放大。398.2.4

開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路5.工件原理（調(diào)整過(guò)程）CuiUIT++--A1A2R1R2DLRLUo+-+-uN1uREFuN2uP2uB整流濾波電路三角波發(fā)生電路基準(zhǔn)電壓電路+-比較放大脈寬調(diào)制當(dāng)Uo↑→uN1↑→uP2↓→Toff↑→Ton↓→占空比(q=Ton/T)↓→調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)間減小→Uo↓→使Uo趨于不變uN2uBuP2TTonTofftt00即，調(diào)整管的開(kāi)關(guān)周期不變，通過(guò)改變導(dǎo)通時(shí)間Ton（脈沖寬度）調(diào)節(jié)占空比，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。408.3功率半導(dǎo)體器件和變流電路主要內(nèi)容8.3.1功率半導(dǎo)體器件8.3.2可控整流電路8.3.3交流調(diào)壓和變頻電路8.3.4直流調(diào)壓電路418.3.1

功率半導(dǎo)體器件1.晶閘管——可控硅是大功率變流技術(shù)中應(yīng)用最廣的一種功率半導(dǎo)體器件。有：普通晶閘管、快速晶閘管、雙向晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、可關(guān)斷晶閘管等。（1）結(jié)構(gòu)、符號(hào)圖、等效電路J1J2J3P1N1P2N2A（陽(yáng)極）K（陰極）G（門(mén)極）（控制極）AKGAKKGUGKUAKIAIE1IC2IE2IKIC1IGIB1T1T2++--IB2結(jié)構(gòu)圖符號(hào)圖等效電路模型β2β1428.3.1

晶閘管和絕緣門(mén)極雙極晶體管（2）工作原理AKKGUGKUAKIAIE1IC2IE2IKIC1IGIB1T1T2++--IB2當(dāng)UAK<0時(shí)，三極管T1、T2因反向偏置均截止，無(wú)論控制極是否加電壓，晶閘管都不導(dǎo)通，晶閘管處于反向阻斷狀態(tài)。當(dāng)UAK>0，UGK≤0時(shí)，三極管T2因反向偏置截止，晶閘管不導(dǎo)通，晶閘管處于正向阻斷狀態(tài)。當(dāng)UAK>0，UGK>0時(shí)，產(chǎn)生門(mén)極電流IG，經(jīng)三極管T2放大，得IC2=β2IB2，再經(jīng)T1放大得IC1=β1β2IB2，再經(jīng)T2放大，如此正反饋，使T1、T2迅速飽和導(dǎo)通，即晶閘管全導(dǎo)通，處于導(dǎo)通狀態(tài)。注意：晶閘管一但導(dǎo)通，去掉UGK，晶閘管依然能維持導(dǎo)通。所以UGK常為觸發(fā)脈沖。G只能控制其導(dǎo)通。AKGβ2β1UAKUGK+-+-438.3.1

晶閘管和絕緣門(mén)極雙極晶體管（3）晶閘管導(dǎo)通條件及特點(diǎn)導(dǎo)通條件：陽(yáng)極與陰極之間加正向電壓；門(mén)極與陰極之間加正向觸發(fā)電壓。特點(diǎn)：晶閘管導(dǎo)通后控制極失去控制作用。導(dǎo)通后當(dāng)陽(yáng)極電流IA小于某一值IH時(shí)，晶閘管恢復(fù)到正向阻斷狀態(tài)。IH稱(chēng)為晶閘管的維持電流。晶閘管關(guān)斷方法：只要使陽(yáng)極電流小于維持電流IH即可。通過(guò)增大負(fù)載電阻、降低陽(yáng)極電壓至接近零、使陽(yáng)極與陰極間加反向電壓。AKKGUGKUAKIAIE1IC2IE2IKIC1IGIB1T1T2++--IB2AKGβ2β1UAKUGK+-+-448.3.1

晶閘管和絕緣門(mén)極雙極晶體管（4）晶閘管伏安特性0UAK陽(yáng)極電流IA和陽(yáng)極與陰極間電壓UAK的關(guān)系，即正向特性：（UAK>0)反向特性：（UAK<0)晶閘管處于反向阻斷狀態(tài)，有很小的反向漏電流，當(dāng)反向電壓達(dá)到反向擊穿電壓UBR時(shí)，晶閘管反向擊穿。IAIAGIG=0IG1IG2IHUBOUFUBR②若門(mén)極加正向電壓，IG>0晶閘管從阻斷變?yōu)閷?dǎo)通所需的正向電壓降低，IG越大，該電壓越小。①若門(mén)極不加電壓，IG=0當(dāng)UAK<UBO時(shí)，晶閘管處于正向阻斷狀態(tài)，有很小的漏電流流過(guò)；當(dāng)UAK>UBO時(shí)，晶閘管被擊穿導(dǎo)通，UBO稱(chēng)為正向轉(zhuǎn)折電壓。晶閘管導(dǎo)通后與二極管正向特性類(lèi)似，工作電流由外電路決定，正向管壓降UF很小，約為0.4~1.2V。AKGUAKUGK+-+-IAIG458.3.1

晶閘管和絕緣門(mén)極雙極晶體管（5）晶閘管的主要參數(shù)①正向轉(zhuǎn)折電壓UBO——即門(mén)極不加電壓時(shí)，晶閘管擊穿導(dǎo)通的陽(yáng)極與陰極間的正向電壓。②正向阻斷峰值電壓UDRM——為避免晶閘管正向擊穿所規(guī)定的最大正向電壓，其值小于UBO。③反向轉(zhuǎn)折電壓UBR——即反向擊穿電壓。④反向阻斷峰值電壓URRM——為避免晶閘管反向擊穿所規(guī)定的最大反向電壓，其值小于UBR。⑦維持電流IH——維持晶閘管正向?qū)ㄋ璧淖钚￡?yáng)極電流。⑤正向平均管壓降UF——晶閘管正向?qū)〞r(shí)兩端平均電壓，0.4~1.2V。⑥額定正向平均電流IF——晶閘管允許通過(guò)的工頻正弦半波電流的平均值。0IAIAGIG=0IG1IG2IHUBOUFUBRUAK468.3.1

晶閘管和絕緣門(mén)極雙極晶體管2.絕緣門(mén)極雙極晶體管半控型器件—只能控制其導(dǎo)通，不能控制其關(guān)斷的器件。如晶閘管。全控型器件—既能控制其導(dǎo)通，又能控制其關(guān)斷的器件。常見(jiàn)的全控型器件有：大功率雙極晶體管（GreatTransistor，簡(jiǎn)稱(chēng)GTR）——具有兩極性載流子（空穴和電子）的半導(dǎo)體器件功率金屬氧化物場(chǎng)效管（簡(jiǎn)稱(chēng)P-MOSFET）——一種單極型電壓控制半導(dǎo)體器件絕緣門(mén)極雙極晶體管（簡(jiǎn)稱(chēng)IGBT）——是一種MOSFET與GTR的復(fù)合器件，它具有兩種器件的優(yōu)點(diǎn)。IGBT的特點(diǎn)：

用MOSFET作為輸入部分，為電壓驅(qū)動(dòng)型，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，輸入阻抗高，開(kāi)關(guān)速度快；用GTR作為輸出器件，導(dǎo)通壓降低，驅(qū)動(dòng)能力大。478.3.1

晶閘管和絕緣門(mén)極雙極晶體管（1）絕緣門(mén)極雙極晶體管（簡(jiǎn)稱(chēng)IGBT）結(jié)構(gòu)及工作原理CCGGEE原理示意圖圖形符號(hào)當(dāng)門(mén)極電壓UG>UG(sh)時(shí)，NMOS管導(dǎo)通，為PNP管提供基極電流，PNP導(dǎo)通，即IGBT導(dǎo)通。當(dāng)門(mén)極電壓UG<UG(sh)時(shí)，NMOS管截止，PNP管沒(méi)有基極電流，PNP截止，即IGBT關(guān)斷。工作原理：（設(shè)NMOS管的開(kāi)啟電壓為UG(sh)）488.3.1

晶閘管和絕緣門(mén)極雙極晶體管（2）絕緣門(mén)極雙極晶體管（簡(jiǎn)稱(chēng)IGBT）特性曲線(xiàn)CUCEGE輸出特性曲線(xiàn)轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)UCEOURMICUG1UG2UG3UG40UGIC0UG(st)UG1>UG2>UG3>UG4UCEICUG++--符號(hào)圖498.3.1

晶閘管和絕緣門(mén)極雙極晶體管（3）絕緣門(mén)極雙極晶體管（簡(jiǎn)稱(chēng)IGBT）應(yīng)用IGBTD1UR3IE2T1+15V+-IGBT的分立元件驅(qū)動(dòng)電路D2R1R3R2R4RpIC2T2ui+UCC負(fù)載負(fù)載電路工作過(guò)程：當(dāng)ui為高電平時(shí)，T1導(dǎo)通，T2也導(dǎo)通，R3上壓降UR3使IGBE導(dǎo)通，負(fù)載通電工作。當(dāng)ui為低電平時(shí)，T1截止，T2也截止，IGBE關(guān)斷，負(fù)載停止工作。508.3.2

可控整流電路1.變流電路的類(lèi)型整流電路（AC—DC）——交流變直流；逆變電路（DC—AC）——直流變交流；交流調(diào)壓電路（AC—AC）——調(diào)節(jié)交流電壓的大小；變頻電路——調(diào)節(jié)交流電的頻率。即：把交流電能變換成電壓大小可調(diào)的直流電能。2.可控整流電路結(jié)構(gòu)形式有：?jiǎn)蜗喟氩?、單相橋式、三相半波、三相橋式等?18.3.2

可控整流電路3.單相橋式整流電路u1++--單相半波可控整流電路u2T1T2T3T4G1G2G3G4RLiLuLu1++--u2T1T2T3T4G1G2RLiLuL單相橋式全控整流電路單相橋式半控整流電路u1++--u2T1T2T3T4RLiLuL單相橋式整流電路GT5u1++--u2RLiLuLGT-+528.3.2

可控整流電路u1++--工作原理及