電力電子學第七章課件

電力電子學第七章課件第7章輔助元器件和系統(tǒng)1第1頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)2第七章輔助元器件和系統(tǒng)7.1觸發(fā)、驅(qū)動器7.2過電流保護和過電壓保護7.3開關(guān)器件的開通、關(guān)斷過程與安全工作區(qū)7.4緩沖器7.5電感（電抗器）、方波變壓器和脈沖變壓器7.6濾波器7.7散熱系統(tǒng)7.8控制系統(tǒng)和輔助電源第2頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)3電力電子變換器中，周期性地改變開關(guān)的通、斷狀態(tài)，可實現(xiàn)DC/DC、DC/AC、AC/DC、AC/AC電力變換和控制。電力電子變換器中除開關(guān)電路外，還必須有一些輔助元器件和系統(tǒng)，如觸發(fā)驅(qū)動器、過流過壓保護系統(tǒng)、緩沖器、電感、電容、變壓器、濾波器、散熱系統(tǒng)、輔助電源、控制系統(tǒng)等。本章介紹這些輔助元器件和系統(tǒng)

7.0輔助元器件和系統(tǒng)第3頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)4電力電子變換器系統(tǒng)框圖示例第4頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)5第七章輔助元器件和系統(tǒng)7.1觸發(fā)、驅(qū)動器7.2過電流保護和過電壓保護7.3開關(guān)器件的開通、關(guān)斷過程與安全工作區(qū)7.4緩沖器7.5電感（電抗器）、方波變壓器和脈沖變壓器7.6濾波器7.7散熱系統(tǒng)7.8控制系統(tǒng)和輔助電源第5頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)6晶閘管SCR的觸發(fā)驅(qū)動器

GTO的觸發(fā)驅(qū)動器

BJT的驅(qū)動器

P-MOSFET、IGBT的驅(qū)動器7.1觸發(fā)、驅(qū)動器觸發(fā)控制器從控制系統(tǒng)接收控制信號，經(jīng)過處理后輸出觸發(fā)驅(qū)動電壓(電流)，開通或關(guān)斷元器件，不同的開關(guān)器件，不同的應用情況，要求不同的觸發(fā)驅(qū)動器，已有各類開關(guān)元器件的觸發(fā)驅(qū)動器可供選用。第6頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)7晶閘管SCR的觸發(fā)驅(qū)動器

GTO的觸發(fā)驅(qū)動器

BJT的驅(qū)動器

P-MOSFET、IGBT的驅(qū)動器第7頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)8有隔離變壓器的SCR觸發(fā)驅(qū)動器SCR只要求有脈沖電流觸發(fā)其開通，脈沖電流Ig上升沿要陡，強觸發(fā)數(shù)值要足夠大（脈沖足以使SCR立即開通）第8頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)9有隔離變壓器的SCR驅(qū)動器

SCR只要求有脈沖電流觸發(fā)其開通，脈沖電流Ig上升沿要陡，強觸發(fā)數(shù)值要足夠大（脈沖足以使SCR立即開通）晶閘管SCR觸發(fā)驅(qū)動器第9頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)10晶閘管SCR觸發(fā)驅(qū)動器由發(fā)光二極管LED和光控晶閘管LAT組成光電耦合隔離較變壓器隔離電磁干擾小，但光控晶閘管LAT必須能承受電路的高壓快速光耦響應時間可小于1.5μs

高壓電力系統(tǒng)、直流輸電等用的SCR觸發(fā)器大都采用光纖電纜傳送驅(qū)動信號第10頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)11晶閘管SCR的觸發(fā)驅(qū)動器

GTO的觸發(fā)驅(qū)動器

BJT的驅(qū)動器

P-MOSFET、IGBT的驅(qū)動器第11頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)12GTO的觸發(fā)驅(qū)動器

GTO要求有正值門極脈沖電流+Ig觸發(fā)其開通，負值脈沖電流-Ig使其關(guān)斷

MOS管M1、M2接收從控制系統(tǒng)輸入的高頻互補式方波電壓后，向GTO輸出+Ig觸發(fā)其開通，并使C充電。要關(guān)斷已處于通態(tài)的GTO（M1、M2已無輸入信號）時，需觸發(fā)開通SCR，C放電形成-Ig，關(guān)斷GTO第12頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)13晶閘管SCR的觸發(fā)驅(qū)動器

GTO的觸發(fā)驅(qū)動器

BJT的驅(qū)動器

P-MOSFET、IGBT的驅(qū)動器第13頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)14BJT理想驅(qū)動條件及理想波形BJT的驅(qū)動器基極驅(qū)動電流的波形：晶體管開通的瞬間，驅(qū)動電流應有足夠陡的前沿和比穩(wěn)態(tài)驅(qū)動電流大得多的前沿峰值電流，以保證晶體管迅速進入飽和狀態(tài)；基極電流的穩(wěn)態(tài)值：應使晶體管處于飽和或臨界飽和狀態(tài)，以降低通態(tài)損耗；驅(qū)動電流后沿加一個較大的負電流：以保證迅速地將晶體管b-e之間的結(jié)間存儲電荷抽出，加快關(guān)斷過程，降低開關(guān)損耗，并有利于提高開關(guān)頻率?；鶚O驅(qū)動電路必須隔離，響應快，波形不失真。有過流或晶體管進入放大區(qū)工作的保護功能。第14頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)15BJT的驅(qū)動器及驅(qū)動波形

BJT要求有正值基極電流+IB強觸發(fā)開通，并要求有持續(xù)的較小的驅(qū)動電流，保持其通態(tài)。最好有-IB使其關(guān)斷時間縮短，有較小的負基極電流維持其可靠的斷態(tài)與R并聯(lián)的C提供了強觸發(fā)+IG輸入端P為低電平時，TR1通，TR2通，有+iG驅(qū)動BJT

輸入端為高電平時，TR1斷，TR3通，C經(jīng)TR3放電，形成BJT關(guān)斷所需的-iB第15頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)16

P點有輸入信號時，反相器輸出VB=0，光耦驅(qū)動器TL1導通使A點為高電位，經(jīng)R1使T1導通，為BJT提供+IB

當P點無輸入信號時，VP=0，光耦驅(qū)動LT2導通，使A點為低電位，T2導通，C經(jīng)T2、R2放電，為BJT提供關(guān)斷電流-IB有光耦隔離的BJT的驅(qū)動器第16頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)17BJT的其他驅(qū)動電路第17頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)18晶閘管SCR的觸發(fā)驅(qū)動器

GTO的觸發(fā)驅(qū)動器

BJT的驅(qū)動器

P-MOSFET、IGBT的驅(qū)動器第18頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)19基于大脈沖電流TTL驅(qū)動器一般選取正UGE=12~15V，關(guān)斷過程中，為盡快使柵極輸入電容放完電，并將P-MOSFET或IGBT置于反偏的最大安全工作區(qū)，應施加一負偏壓UGE，但它受IGBT的GE間最大反向耐壓限制，一般取-2~-10V第19頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)20有脈沖變壓器的驅(qū)動器

P-MOSFET、IGBT等都是電壓型驅(qū)動器件，要求有持續(xù)的電平+VG使其開通并保持其通態(tài)；關(guān)斷時最好加持續(xù)的負電平-VG，并維持其可靠的斷態(tài)

P有正信號輸入時，AM截止，開通P-MOSFET；P=0時，AM開通，C放電，P-MOSFET截止第20頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)21有光耦隔離的驅(qū)動器

P有正信號輸入時，放大器輸出A點正電位使T1導通，P-MOSFET開通，并保持通態(tài)

P無信號輸入時，A點為負電位，T2導通，穩(wěn)壓管DZ兩端電壓抽出C電荷，并在P-MOSFET管上柵-源極加負壓，使其關(guān)斷并保持斷態(tài)第21頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)22第七章輔助元器件和系統(tǒng)7.1觸發(fā)、驅(qū)動器7.2過電流保護和過電壓保護7.3開關(guān)器件的開通、關(guān)斷過程與安全工作區(qū)7.4緩沖器7.5電感（電抗器）、方波變壓器和脈沖變壓器7.6濾波器7.7散熱系統(tǒng)7.8控制系統(tǒng)和輔助電源第22頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)23過電流保護過電壓保護開關(guān)器件串聯(lián)、并聯(lián)應用時的均壓、均流保護7.2過電流保護和過電壓保護第23頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)24過電流保護過電壓保護開關(guān)器件串聯(lián)、并聯(lián)應用時的均壓、均流保護7.2過電流保護和過電壓保護第24頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)25過電流保護可同時采用多種過流(過載、短路)保護，各盡所能協(xié)調(diào)配合，實現(xiàn)可靠地選擇性保護。

電子保護：動作閾值高，延時小，封鎖脈沖，停機快速熔斷器：既可作短路保護又可作過載保護

SCR被觸發(fā)導通，燒斷熔斷器，切斷電路開關(guān)管設死區(qū)延時開通，防止直通第25頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)26過電流保護過電壓保護開關(guān)器件串聯(lián)、并聯(lián)應用時的均壓、均流保護7.2過電流保護和過電壓保護第26頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)27過電壓保護避雷器擊穿對地放電，防止雷電過電壓設置Co，抑制操作開關(guān)S通、斷時過電壓線路上并接RC過電壓緩沖器線路上并接壓敏電阻RV用緩沖器抑制開關(guān)管通、斷時的過電壓第27頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)28過電流保護過電壓保護開關(guān)器件串聯(lián)、并聯(lián)應用時的均壓、均流保護7.2過電流保護和過電壓保護第28頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)29開關(guān)管串并聯(lián)均壓均流保護開關(guān)管并聯(lián)使用時要均流—串LP-MOS管通態(tài)電阻rT溫度系數(shù)為正(溫度高，rT大)開關(guān)管并聯(lián)自動均流。BJT的rT溫度系數(shù)為負，不宜并聯(lián)使用。IGBT大電流時，rT溫度系數(shù)為正。

開關(guān)管串聯(lián)使用時要均壓—并RC

取R11=R12遠小于rT1、rT2—穩(wěn)壓均壓取R13=R14，C13=C14—動態(tài)均壓第29頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)30第七章輔助元器件和系統(tǒng)7.1觸發(fā)、驅(qū)動器7.2過電流保護和過電壓保護7.3開關(guān)器件的開通、關(guān)斷過程與安全工作區(qū)7.4緩沖器7.5電感（電抗器）、方波變壓器和脈沖變壓器7.6濾波器7.7散熱系統(tǒng)7.8控制系統(tǒng)和輔助電源第30頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)31線路電感Lσ=0時開關(guān)器件的開通、關(guān)斷過程線路電感Lσ≠0時開關(guān)器件的開通、關(guān)斷過程安全工作區(qū)7.3開關(guān)器件的開通、關(guān)斷過程與安全工作區(qū)第31頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)32開關(guān)器件的開通、關(guān)斷過程可以近似認為在一個開關(guān)周期Ts=Ton+Toff期間io=Io不變，開通關(guān)斷過程中iT線性變化斷態(tài)：

+VG=0，rT=∞，iT=0，D續(xù)流Io，VT=VD，A點通態(tài)：有+VG，rT=0，iT=Io，D截止，VT=0，C點第32頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)33開關(guān)器件的開通、關(guān)斷過程開通：斷態(tài)→通態(tài)，rT從∞→0，iT從0線性上升至Io，VT從VD↘I0關(guān)斷：通態(tài)→斷態(tài)，rT從0→∞，iT從Io線性下降至0，VT從0↗VD開通過程中工作點如何從A過渡到C？

VT按什么規(guī)律降至0？關(guān)斷過程中工作點從C如何過渡到A？

VT按什么規(guī)律上升至VD？取決于電路中的電感L及開關(guān)管的并聯(lián)電容C第33頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)34開關(guān)器件的安全工作區(qū)無串聯(lián)電感時：開通過程：ABC(高壓下電流上升AB，負載電流下電壓下降BC）關(guān)斷過程：CBA(負載電流下電壓上升對應CB，高壓下電流下降對應BA）有串聯(lián)電感時：開通過程AQEC，比ABC好關(guān)斷過程CBHPA，比CBA差第34頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)35線路電感Lσ=0時開關(guān)器件的開通、關(guān)斷過程線路電感Lσ≠0時開關(guān)器件的開通、關(guān)斷過程安全工作區(qū)7.3開關(guān)器件的開通、關(guān)斷過程與安全工作區(qū)第35頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)36線路電感Lσ=0時開關(guān)器件開通關(guān)斷過程第36頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)37有+VG后延時td，rT從∞→0，有-VG，經(jīng)存儲時間trv，rT從0→∞

開通：rT↓，iT↗Io之前，D仍導電，VT=VD

在tri期間it↗Io，D仍導電，VTVD，A→B。此后，在tfv期間，iT=Io，D截止，rT↓，VT↘0，B→C

關(guān)斷：rT↑，在trv期間VT↗VD，D仍截止，iT

Io，C→B

此后，在tfi期間VT=VD，D導電，rT↑，iT↘0，B→A線路電感Lσ=0時開關(guān)器件開通關(guān)斷過程第37頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)38線路電感Lσ=0時開關(guān)器件開通關(guān)斷過程開通電流iT上升期：iT=Iot/tri(7-1)關(guān)斷電流iT下降期：iT=Io(1-t/tfi)(7-2)若認為vT在開通關(guān)斷過程中也呈線性變化在則：（7-5）（7-6）第38頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)39線路電感Lσ=0時開關(guān)器件的開通、關(guān)斷過程線路電感Lσ≠0時開關(guān)器件的開通、關(guān)斷過程安全工作區(qū)7.3開關(guān)器件的開通、關(guān)斷過程與安全工作區(qū)第39頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)40線路電感Lσ≠0時開通過程開通過程：斷態(tài)時，VT=VD，iT=0。工作點為A，有VG后，rT↓，iT=Io.t/tri,tri期間上升時，D仍在導電，VT=VD-LσdiT/dt=VD-LσIo/tri=VQ<VD，工作點從A立刻轉(zhuǎn)移到Q點，在tri期間再從Q→E，此后iT

Io，rT↓，VT從VQ→0，工作點從E→C。第40頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)41線路電感Lσ≠0時關(guān)斷過程關(guān)斷過程：通態(tài)時VT=0，iT=Io，工作點為C，撤除VG后，rT↑，VT↑，在trv期間VT↗VD前，D仍反偏截止，iT=Io，工作點從C→B，此后rT↑，一旦VT>VD時，D導電iT線性減小，vT=VD-LσdiT/dt=VD+LσIo/tfi=VCEP，工作點立即從B→H，在iT從Io↘0期間工作點從H→P，一旦iT=0，工作點從P→A(iT=0，VT=VD)第41頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)42線路電感Lσ=0時開關(guān)器件的開通、關(guān)斷過程線路電感Lσ≠0時開關(guān)器件的開通、關(guān)斷過程安全工作區(qū)7.3開關(guān)器件的開通、關(guān)斷過程與安全工作區(qū)第42頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)43安全工作區(qū)Lσ=0時，開通軌跡ABC，關(guān)斷軌跡CBALσ≠0時，開通軌跡AQEC，關(guān)斷軌跡CBHPALσ改善了開通軌跡，惡化了關(guān)斷軌跡安全工作區(qū)：

VT<VCEP，KJ線左側(cè)

iT<ICM，NM線下方

Pt=VT×iT，功率限制線左下側(cè)第43頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)44第七章輔助元器件和系統(tǒng)7.1觸發(fā)、驅(qū)動器7.2過電流保護和過電壓保護7.3開關(guān)器件的開通、關(guān)斷過程與安全工作區(qū)7.4緩沖器7.5電感（電抗器）、方波變壓器和脈沖變壓器7.6濾波器7.7散熱系統(tǒng)7.8控制系統(tǒng)和輔助電源第44頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)45全控型開關(guān)管LCRD型復合緩沖器電力二極管、晶閘管的RC緩沖電路P-MOSFET、IGBT的限幅箝位緩沖器7.4緩沖器第45頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)46全控型開關(guān)管LCRD型復合緩沖器電力二極管、晶閘管的RC緩沖電路P-MOSFET、IGBT的限幅箝位緩沖器7.4緩沖器第46頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)47全控型開關(guān)管LCRD復合緩沖器緩沖電路由Ls、Cs、Ds、Rs組成，T用于全控型開關(guān)管GTO、BJT、IGBT、P-MOS。串聯(lián)電感Ls用于開通緩沖vT，類似于線路電感Lσ≠0時的開通過程，開通軌跡為圖7.12(C)中的AQEC，開通時iT↑，使VT=VD-LσdiT/dt=VD-LσIo/tri=VQ<VD第47頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)48全控型開關(guān)管LCRD復合緩沖器并聯(lián)電容Cs用于關(guān)斷緩沖vT關(guān)斷T時，rT↑，VT=rT×iT↑，在VT<VD時，D0仍反偏截止。iL=iT+iCIo不變，iT=Io(1-t/tfi)下降，iC=Iot/tfi上升，VC=VT充電上升。若在tfi期間，iT→0，iC→Io，使第48頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)49全控型開關(guān)管LCRD復合緩沖器此后，T已關(guān)斷，iL繼續(xù)對Cs充電到iL=0，VC=VT=VCEP，解VD、LS、CS電路微分方程，得到：最后，Vo=VCEP經(jīng)RS對電源放電，使iC=iR→0。VC=VT=VD，關(guān)斷軌跡為CAPA。第49頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)50全控型開關(guān)管LCRD復合緩沖器第50頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)51例題7.1

BuckDC/DC變換器VD=200V，Io=10A，

Vo=100V，fs=20KHz，Po=1kW。tri=tfr=tfi=trv=0.75μs，

Ls=3μH，Cs取為臨界關(guān)斷電容，Rs=40Ω，求開關(guān)損耗并畫出開關(guān)軌跡。第51頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)52全控型開關(guān)管LCRD型復合緩沖器電力二極管、晶閘管的RC緩沖電路P-MOSFET、IGBT的限幅箝位緩沖器7.4緩沖器第52頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)53電力二極管、晶閘管的RC緩沖器由上例，串聯(lián)電感Ls(開通緩沖)對減少開通損耗作用不大，同時Ls使關(guān)斷時VT增大到VCEP(超過VD50％)，為了簡化緩沖電路，常不引入串聯(lián)電感Ls，這時圖7.12(a)變?yōu)?.13(a)圖7.13(a)所示R、C、D緩沖電路常用于保護晶閘管圖7.13(a)再取消DS，僅有RS、CS的緩沖電路常用于保護電力二極管第53頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)54全控型開關(guān)管LCRD型復合緩沖器電力二極管、晶閘管的RC緩沖電路P-MOSFET、IGBT的限幅箝位緩沖器7.4緩沖器第54頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)55P-MOSFET、IGBT的限幅箝位緩沖器關(guān)斷過程：①rt↑，在vT從0↗VD期間D0、D仍反偏截止，iL=iT=Io，工作點從C→B②vT略大于VD后，D0導電，iT↘0的tfi期間，iC使C充電，VC=VT↑，D導電通態(tài)時，iL=iT=Io，D0、D截止，C充電到VC=VD第55頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)56P-MOSFET、IGBT的限幅箝位緩沖器①C→B②B→M③M→P，iT=0，VC=VT=VCM=VTM后，T關(guān)斷，iL繼續(xù)對C充電,iL=0時vC=vT=VTP=VCP④P→A，VC=VT經(jīng)L、電源、R放電至VD

，關(guān)斷軌跡為：C→B→M→P→A第56頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)57P-MOSFET、IGBT的限幅箝位緩沖器斷態(tài)時，iT=0，VT=VC=VD，D0續(xù)流開通過程：①A→F，rT↓，iT=iL↗Io的tri期間，D0仍導電，VT↓，C經(jīng)T、R放電，D截止，iT=Io時，工作點從A→F第57頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)58P-MOSFET、IGBT的限幅箝位緩沖器第58頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)59P-MOSFET、IGBT的限幅箝位緩沖器開通過程②中：F→C，iT=Io時，VT=VTF，D0、D截止，rT↓，VT→0，VC→VD，工作點從F→C①②第59頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)60P-MOSFET、IGBT的限幅箝位緩沖器無論通態(tài)、斷態(tài)vC都為VD，開關(guān)過程中vC變化也不大，僅在關(guān)斷過程中VT超過VD后，C才起作用——限幅緩沖，廣泛應用于IGBT的DC/DC、DC/AC變換器第60頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)61例題7.2VD=220V，Io=50A，L=2μH，C=5μF，R=5Ω，tfi=1.5μS，tri=1μS，確定開通關(guān)斷軌跡解得：關(guān)斷時：M點，VTM=VCM=227.4V(不大，Poff小)P點，VTP=VCP=251.3V

開通時：F點，VTF=128V(很低，Pon小)，VCF=217.5V電容電壓變化范圍?。?17.5-220-227.4V開關(guān)管最高電壓僅251.3V(VD=220V)第61頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)62第七章輔助元器件和系統(tǒng)7.1觸發(fā)、驅(qū)動器7.2過電流保護和過電壓保護7.3開關(guān)器件的開通、關(guān)斷過程與安全工作區(qū)7.4緩沖器7.5電感（電抗器）、方波變壓器和脈沖變壓器7.6濾波器7.7散熱系統(tǒng)7.8控制系統(tǒng)和輔助電源第62頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)63電感（電抗器）方波變壓器和脈沖變壓器7.5電感（電抗器）、方波變壓器和脈沖變壓器第63頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)64電感（電抗器）方波變壓器和脈沖變壓器7.5電感（電抗器）、方波變壓器和脈沖變壓器第64頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)65電感(電抗器)電路：電壓V克服電阻R產(chǎn)生電流I，V=R1I+R2I，R=ρ×l/Sc=l/γSc磁路：磁壓F(NI)克服磁阻產(chǎn)生磁通φ，F(xiàn)(NI)=Rmoφ+Rmcφ，Rm=l/μSc第65頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)66電感(電抗器)單位：I(A)，l0、lc(cm)，L(H)，φ(麥克斯韋MX)，B(MX/cm2——高斯GS)按以上各式設計鐵芯電感第66頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)67電感（電抗器）方波變壓器和脈沖變壓器7.5電感（電抗器）、方波變壓器和脈沖變壓器第67頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)68方波變壓器及其磁通變化規(guī)律Bm相同時，正弦電壓有效值高10％電壓相同時，正弦電壓的φm，Bm可小10％第68頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)69例7.3脈沖變壓器設計VD=15V，R=50Ω，鐵芯Bm=10000GS時，μm=1A/cm2，Br=5000，要求輸出脈沖電壓V=10V，脈寬T=200μs脈沖變壓器及單邊磁化曲線第69頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)70例題7.3脈沖變壓器設計負載電流：

I2m=V2/R=10/50=0.2A磁化電流：

im=Hm×lc/N1=0.05A負載電流折算至N1：

I’2m=i2m×N2/N1=0.16A選用直徑0.2mm導線：q=π/4×0.22=0.0314電流密度：j=i/q=5.5A/mm2磁通單方向變化△B=Bm-Br，利用率不高若磁通雙向變化，則△B=Bm-(-Bm)=2Bm，鐵芯利用率高2～3倍或SC，N可小2～3倍脈沖變壓器及單邊磁化曲線第70頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)71第七章輔助元器件和系統(tǒng)7.1觸發(fā)、驅(qū)動器7.2過電流保護和過電壓保護7.3開關(guān)器件的開通、關(guān)斷過程與安全工作區(qū)7.4緩沖器7.5電感（電抗器）、方波變壓器和脈沖變壓器7.6濾波器7.7散熱系統(tǒng)7.8控制系統(tǒng)和輔助電源第71頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)72濾波器基本功能和類型LC濾波器特性分析諧振型濾波器7.6濾波器第72頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)73濾波器基本功能和類型LC濾波器特性分析諧振型濾波器7.6濾波器第73頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)74濾波器功能、類型電力電子變換中，開關(guān)管周期性通斷變換，輸出電壓是周期性，幅值為±VD的脈波DC/AC逆變電路的輸出電壓V2除基波V21外，還有高次諧波電壓V2h輸出電流除了基波電流i21外，還有高次諧波電流i2hLo感抗XL=2πfhLo，fh高，XLh大Co容抗Xc=1/2πfhCo，fh高，XLc小第74頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)75濾波器功能、類型諧波電壓V2h幾乎全部壓降在Lo上諧波電流I2h幾乎全部流入Co使輸出電壓中VLh很小，負載中iLh很小Lo、Co對基波電壓電流的影響分析：負載基波電流iL1在Lo上產(chǎn)生基波壓降，VL1在Co中產(chǎn)生基波電容電流流過Lo和開關(guān)管第75頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)76濾波器功能、類型AC/DC整流電路輸入電流i1除基波電流i11外，還有諧波i1hL1對諧波電流阻抗大，C1對諧波電流阻抗小I11中的諧波電流幾乎全部流入C1，使電源電流is≈is1L1、C1對基波電壓電流的影響分析：基波電流is1在L1上產(chǎn)生基波壓降

V1在C1中產(chǎn)生基波電容電流，流過L1及交流電源第76頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)77濾波器功能、類型濾波器類型：按放置位置分：輸入濾波器、輸出濾波器、中間濾波器按電路架構(gòu)分：LC串、并聯(lián)濾波器和LC諧振濾波器(7.6.3節(jié))中間濾波器：L2、C2的輸入輸出都是直流①它把整流電路輸出的直流電壓中的諧波降落在L2上，減小C2端的諧波電壓②它把逆變器輸入斷的諧波電流流入C2，減小L2中的諧波電流第77頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)78濾波器基本功能和類型LC濾波器特性分析諧振型濾波器7.6濾波器第78頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)79LC濾波器的特性分析用jω代替S得到LoCo濾波器對不同頻率ω的電壓衰減系數(shù)為：幅頻特性逆變器輸出濾波電路第79頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)80LC濾波器的特性分析ω0越小(L0C0大)，諧波衰減量越大諧振頻率ω越高，諧波衰減量越大逆變器輸出濾波電路幅頻特性第80頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)81LC濾波器的特性分析幅頻特性物理說明：

u=ω/ω0=10，δ=0時，VL/V2=0.01，衰減40dBu=ω/ω0=5，δ=0時，VL/V2=0.0416，衰減27.6dBu=ω/ω0=5，δ=0.5時，VL/V2=0.0408，衰減27.8dB相頻特性：

u=ω/ω0=1，VL滯后V290°(公式7-69)第81頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)82LC濾波器的特性分析根據(jù)要求的LC濾波器對諧波ω的衰減系數(shù)，如(uL/u2(ω)=0.01，40dB)，可以得知相對頻率u及LoCo的諧振頻率由此可設計LoCo

。幅頻特性逆變器輸出濾波電路第82頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)83LC濾波器的特性分析ω1小(L1，C1大），諧波電流頻率ω越高，則Kih越小，Ish越小第83頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)84LC濾波器的特性分析設計LC濾波器的一般要求：(1)負載上的單次諧波電壓和總諧波電壓降低到允許范圍內(nèi)；電源中單次諧波電流和總諧波電流降低到允許范圍內(nèi)。(2)C0中的電流不過分增加開關(guān)器件的電流；C1的基波電流不致過分增加電源的電流。(3)濾波電感基波阻抗不大，負載變化時開關(guān)電路輸入電壓波動不大，負載電壓波動不大。(4)濾波器LC電壓、電流的kVA值小，成本低、體積小、重量輕。第84頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)85濾波器基本功能和類型LC濾波器特性分析諧振型濾波器7.6濾波器第85頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)86諧振濾波器第86頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)87第七章輔助元器件和系統(tǒng)7.1觸發(fā)、驅(qū)動器7.2過電流保護和過電壓保護7.3開關(guān)器件的開通、關(guān)斷過程與安全工作區(qū)7.4緩沖器7.5電感（電抗器）、方波變壓器和脈沖變壓器7.6濾波器7.7散熱系統(tǒng)7.8控制系統(tǒng)和輔助電源第87頁，共95頁，2023年，2月20日，星期二第7章輔助元器件和系統(tǒng)88散熱系統(tǒng)(散熱器-風冷、水冷、油冷)環(huán)境A管殼C器件管芯PN結(jié)J帶散熱器的開關(guān)器件散熱器S熱等效電路CθjPiCθCθjRθjCRθC