《電力電子應(yīng)用技術(shù)-設(shè)計(jì)、仿真與實(shí)踐（微課版）》 課件 任務(wù)1、2 普通調(diào)光器的設(shè)計(jì)、仿真與實(shí)踐；電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)、仿真與實(shí)踐

電力電子技術(shù)·PowerElectronics第1章綠色照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用電力電子技術(shù)目錄2.整流電路3.

交流變換電路5.普通調(diào)光器的

實(shí)踐調(diào)試1.半控型器件4.普通調(diào)光器的

設(shè)計(jì)與仿真1.1.半控型器件晶閘管的發(fā)明源于對(duì)電力控制技術(shù)的深入研究，旨在解決傳統(tǒng)電力開關(guān)的局限性。發(fā)明背景20世紀(jì)50年代，科學(xué)家開始研究晶閘管，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)和改進(jìn)，最終在60年代成功研制出第一代晶閘管。發(fā)明歷程晶閘管的發(fā)明為電力電子技術(shù)帶來(lái)了革命性的突破，極大地推動(dòng)了工業(yè)自動(dòng)化和電力控制技術(shù)的發(fā)展。發(fā)明意義晶閘管的發(fā)明1956年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了晶閘管。1957年，美國(guó)通用電氣公司開發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)品。1958年完成商業(yè)化，標(biāo)志著電力電子技術(shù)的誕生。發(fā)展歷程：基本結(jié)構(gòu)工作原理基本特性主要參數(shù)1.1.1晶閘管1.1.1晶閘管簡(jiǎn)介:以晶閘管為代表的電力半導(dǎo)體器件的廣泛應(yīng)用，被稱為繼晶體管發(fā)明和應(yīng)用之后的又一次電子技術(shù)革命。晶閘管全稱為晶體閘流管（Thyristor），也稱為晶閘管整流器（SiliconControlledRectifier，SCR）。晶閘管簡(jiǎn)介：基本結(jié)構(gòu)工作原理基本特性主要參數(shù)晶閘管的基本結(jié)構(gòu)：晶閘管主要由P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體和門極組成。晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管的外形通常為圓柱形或扁平形，具有三個(gè)引腳：陽(yáng)極、陰極和門極。晶閘管的外形1.1.1晶閘管基本結(jié)構(gòu)工作原理基本特性主要參數(shù)1.基本結(jié)構(gòu)2.工作原理

3.基本特性4.主要參數(shù)（a）結(jié)構(gòu)

（b）電氣圖形符號(hào)圖1-2晶閘管的結(jié)構(gòu)與電氣圖形符號(hào)（1）晶閘管內(nèi)部是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，如圖1-2（a）所示，從上到下依次為P1,N1,P2,N2區(qū)，形成J1(P1N1),J2(N1P2)和J3(P2N2)

3個(gè)PN結(jié)，P1層、N2層P2層和分別引出陽(yáng)極（Anode）、陰極（Kathode）和門極（Gate），門極也稱控制極。晶閘管的電氣圖形符號(hào)如圖1-2（b）所示。1.基本結(jié)構(gòu)思考：與在模電中學(xué)習(xí)的三極管結(jié)構(gòu)有何區(qū)別？1.1.1晶閘管1.1.1晶閘管圖1-3晶閘管的外形（2）從外形上看：晶閘管也有塑封式、螺栓式和平板式等多種封裝形式。塑封式晶閘管額定電流多在10A以下，器件管腳定義不統(tǒng)一，使用時(shí)需查閱器件資料，如圖1-3（a）所示。螺栓式晶閘管額定電流一般為10~200A，器件螺栓一端通常是陽(yáng)極A，另一側(cè)粗引線是陰極K，細(xì)引線是門極，如圖1-3（b）所示。平板式晶閘管額定電流一般在200A以上，器件的兩面分別是陽(yáng)極A和陰極K，中間細(xì)長(zhǎng)引線是門極G，如圖1-3（c）所示。常見晶閘管：（a）塑封式

（b）螺栓式

（c）平板式1.基本結(jié)構(gòu)2.工作原理

3.基本特性4.主要參數(shù)1.1.1晶閘管1.1.1晶閘管（a）結(jié)構(gòu)示意(

b）等效電路晶閘管的工作原理可用雙晶體管模型來(lái)說(shuō)明，如圖1-4（a）所示，上層為PNP管，下層為NPN管。雙晶體管等效電路如圖1-4（b）所示，PNP管的發(fā)射極電流為晶閘管的陽(yáng)極電流IA，NPN管的發(fā)射極電流為晶閘管的陰極電流IK。特別的：2.工作原理：圖1-4晶閘管的雙晶體管模型NPN與PNP組成復(fù)合管1.基本結(jié)構(gòu)2.工作原理

3.基本特性4.主要參數(shù)1.1.1晶閘管1.1.1晶閘管3.基本特性：概念：晶閘管是電力電子技術(shù)中最重要的開關(guān)器件之一，深入了解晶閘管的特性和應(yīng)用方法對(duì)于電力電子技術(shù)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐具有重要意義，晶閘管的基本特性包含靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。特性流程圖：1.基本結(jié)構(gòu)2.工作原理

3.基本特性4.主要參數(shù)1.1.1晶閘管1.1.1晶閘管1）靜態(tài)特性：晶閘管的靜態(tài)特性包括晶閘管的陽(yáng)極伏安特性和晶閘管的門極伏安特性。（1）晶閘管的陽(yáng)極伏安特性晶閘管的陽(yáng)極伏安特性是指晶閘管陽(yáng)極、陰極之間的電壓UAK和陽(yáng)極電流IA之間的關(guān)系。（2）晶閘管的門極伏安特性晶閘管的門極伏安特性是指晶閘管門極電壓和門極電流之間的關(guān)系。

伏安特性

曲線1.基本結(jié)構(gòu)2.工作原理

3.基本特性4.主要參數(shù)1.1.1晶閘管1.1.1晶閘管2）靜態(tài)特性：晶閘管的動(dòng)態(tài)特性包括開通特性和關(guān)斷特性，如圖1-7所示。（1）開通特性晶閘管的門極施加觸發(fā)電壓使其由阻斷變成導(dǎo)通時(shí)，陽(yáng)極電流要經(jīng)過(guò)延遲時(shí)間和上升時(shí)間后，電流才能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。（2）關(guān)斷特性晶閘管在陽(yáng)極電流減小為零以后，如果立即施加正向陽(yáng)極電壓，即使沒有門極脈沖仍會(huì)再次導(dǎo)通，故電路必須給晶閘管提供足夠長(zhǎng)的時(shí)間，保證晶閘管充分恢復(fù)其阻斷能力，才能使它工作可靠。晶閘管開通時(shí)間：晶閘管關(guān)斷時(shí)間：1.基本結(jié)構(gòu)2.工作原理

3.基本特性4.主要參數(shù)1.1.1晶閘管1.1.1晶閘管（1）電壓參數(shù)：思考：1.為什么正向轉(zhuǎn)折電壓比開啟電壓稍低？2.正向轉(zhuǎn)折電壓與器件的性能參數(shù)有怎樣的關(guān)系？1.基本結(jié)構(gòu)2.工作原理

3.基本特性4.主要參數(shù)1.1.1晶閘管1.1.1晶閘管（2）電流參數(shù)：①與電力二極管一樣，晶閘管也是以平均電流而非有效值電流作為它的額定電流，這是因?yàn)榫чl管較多用于可控整流電路，而整流電路往往是按直流平均值來(lái)計(jì)算的。②維持電流的大小與晶閘管的結(jié)溫有關(guān)，結(jié)溫越高，維持電流越小，晶閘管越難關(guān)斷。同一型號(hào)的晶閘管，其維持電流也各不相同，維持電流大的管子容易關(guān)斷。③判定一只晶閘管是否由斷態(tài)轉(zhuǎn)為通態(tài)，標(biāo)準(zhǔn)就是看其陽(yáng)極電流是否大于其所對(duì)應(yīng)的擎住電流。只有IA>IL，才表明晶閘管徹底導(dǎo)通。說(shuō)明：晶閘管1.基本結(jié)構(gòu)2.工作原理

3.基本特性4.主要參數(shù)引入：具有四層結(jié)構(gòu)，每層由不同材料組成晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)硅、鋁、鍺等半導(dǎo)體材料構(gòu)成，具有特定導(dǎo)電性能材料組成1.1.2雙向晶閘管雙向晶閘管是由普通晶閘管派生出來(lái)的一種新型的大功率半導(dǎo)體器件。1.1.2

雙向晶閘管1.1.1晶閘管1.基本結(jié)構(gòu)2.工作原理

3.基本特性4.主要參數(shù)1.基本結(jié)構(gòu):雙向晶閘管是一種由5層半導(dǎo)體、4個(gè)PN結(jié)組成的3端器件，3個(gè)電極分別是第一主電極T1、第二主電極T2和門極（控制極)G，如圖1-10（a）所示。圖1-10雙向晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、等效電路及電氣圖形符號(hào)雙向晶閘管是在普通晶閘管的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，也有塑封式、螺栓式等多種封裝形式，如圖1-11所示。雙向晶閘管在外形上與普通晶閘管類似，使用時(shí)要注意做好兩者的區(qū)分工作。圖1-11雙向晶閘管的外形結(jié)構(gòu)外形1.1.2

雙向晶閘管1.1.1晶閘管1.基本結(jié)構(gòu)2.工作原理

3.基本特性4.主要參數(shù)工作原理：

當(dāng)主電極T2對(duì)T1所加的電壓U21>0，門極G對(duì)T1所加觸發(fā)信號(hào)Uc>0，雙向晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，電流I21>0，這種觸發(fā)稱為“第1象限的正向觸發(fā)”或稱為1+觸發(fā)方式，如圖1-12（a）所示。雙向晶閘管的工作原理同普通晶閘管。雙向晶閘管主電極T1，T2、無(wú)論加正向還是反向電壓，門極的觸發(fā)信號(hào)無(wú)論是正向還是反向，雙向晶閘管都有可能觸發(fā)導(dǎo)通。如果U21>0，UG<0，雙向晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，電流I21>0，這種觸發(fā)稱為“第1象限的負(fù)向觸發(fā)”或稱為1-觸發(fā)方式，如圖1-12（b）所示。（a）（b）1.1.2

雙向晶閘管1.1.1晶閘管1.基本結(jié)構(gòu)2.工作原理

3.基本特性4.主要參數(shù)工作原理：

如果U12>0，Uc>0，雙向晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，I12>0這種觸發(fā)稱為“第Ⅲ象限的正向觸發(fā)”或稱為III+觸發(fā)方式如果U12>0，Uc<0，雙向晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，I12>0這種觸發(fā)稱為“第Ⅲ象限的負(fù)向觸發(fā)”或稱為III-觸發(fā)方式(a)(b)1.1.2

雙向晶閘管1.1.1晶閘管1.基本結(jié)構(gòu)2.工作原理

3.基本特性4.主要參數(shù)如圖1-14所示，雙向晶閘管具有正反對(duì)稱的伏安特性曲線，正向部分位于第I象限，反向部分位于第象III限，詳情參見普通晶閘管?；咎匦?正向特性反向特性0201轉(zhuǎn)折電壓03圖1-14雙向晶閘管的伏安特性曲線1.1.2

雙向晶閘管1.1.1晶閘管1.基本結(jié)構(gòu)2.工作原理

3.基本特性4.主要參數(shù)主要參數(shù):雙向晶閘管的很多參數(shù)都和普通晶閘管相應(yīng)的參數(shù)意義相同。這里只簡(jiǎn)單介紹一些意義不同的參數(shù)，如表1-5所示。引入：“整流電路”（rectifyingcircuit）是把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。它在直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速、發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)、電解、電鍍等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。1.不可控整流電路2.電路組成3.數(shù)量關(guān)系1.2整流電路單相半波不可控整流電路：1.2整流電路單相半波整流電路是電力電子技術(shù)中最基礎(chǔ)的電路之一。單相半波不可控整流電路又是最簡(jiǎn)單的整流電路，由電源變壓器Tr、整流二極管VD1和負(fù)載電阻RL串聯(lián)組成，電路圖如圖1-15（a）所示。電熱毯電路由整流二極管VD1、發(fā)光二極管VD2、開關(guān)S1、開關(guān)S2、電阻R1和電阻絲RL等組成，如圖1-16所示。結(jié)構(gòu)應(yīng)用案例（a）(b)圖1-16電熱毯電路圖1.不可控整流電路2.電路組成3.數(shù)量關(guān)系單相半波可控整流電路：1.2整流電路

1.路組成及工作原理:單相半波可控整流電路（電阻性負(fù)載）由電源變壓器Tr、晶閘管VT，和負(fù)載電阻RL串聯(lián)組成，如圖1-17（a）所示。將不可控整流電路中的電力二極管改換為晶閘管，就構(gòu)成了單相半波可控整流電路。圖1-17單相半波可控整流電路（電阻性負(fù)載）及工作波形1.不可控整流電路2.電路組成3.數(shù)量關(guān)系1.2整流電路

2.數(shù)量關(guān)系:設(shè)為表示電壓或電流的函數(shù)，則它在期間的平均值和有效值用下式來(lái)定義：平均值為:有效值為:（1）輸出電壓、電流平均值：（2）根據(jù)歐姆定律，輸出電流平均值：（3）輸出電壓、電流有效值：1.不可控整流電路2.電路組成3.數(shù)量關(guān)系單相半波可控整流電路：?jiǎn)蜗喟氩煽卣麟娐罚?.2整流電路（4）晶閘管的電流平均值、有效值：（5）晶閘管承受的最高電壓：（6）變壓器副邊電流有效值：（8）波形系數(shù)：（7）功率因數(shù)：1.不可控整流電路2.電路組成3.數(shù)量關(guān)系平均值為:有效值為:1.2整流電路例1-1：在單相半波可控整流電路中，電阻性負(fù)載RL=52，由220V交流18電源直接供電，輸出平均直流電壓50V時(shí)，求晶閘管的觸發(fā)角a，導(dǎo)通角0，功率因數(shù)cosφ。例題解析1.不可控整流電路2.電路組成3.數(shù)量關(guān)系引入：1.電路組成2.數(shù)量關(guān)系3.電路組成4.數(shù)量關(guān)系1.3交流變換電路通過(guò)改變電路參數(shù)調(diào)節(jié)功率調(diào)功電路原理采用PWM技術(shù)實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)方式交流變換（AC-AC）電路，是把一種形式交流電變換成另一種形式交流電的電路。交流變換時(shí)可以改變電壓（電流）有效值、頻率或相數(shù)等，改變頻率的電路稱為變頻電路；只改變電壓、電流幅值或?qū)﹄娐返耐〝噙M(jìn)行控制，而不改變頻率的電路稱為交流電力控制電路。單相交流調(diào)壓電路：1.3.1單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路是交流調(diào)壓中最基本的電路，主要用于小功率電路中。1.電路組成與工作原理：?jiǎn)蜗嘟涣髡{(diào)壓電路（電阻性負(fù)載）電路由兩只反并聯(lián)普通晶閘管VT1、VT2和負(fù)載電阻RL組成；也可以由一只雙向晶閘管VT和負(fù)載電阻RL組成，如圖1-19（a）所示。1.電路組成2.數(shù)量關(guān)系3.電路組成4.數(shù)量關(guān)系1.3交流變換電路2.數(shù)量關(guān)系（1）輸出電壓、電流有效值（2）流過(guò)晶閘管的電流有效值（3）電路功率因數(shù)觸發(fā)角a=0°時(shí)，相當(dāng)于晶閘管一直導(dǎo)通，輸出電壓有效值最大，即U。=U2；觸發(fā)角a=180°時(shí)，輸出電壓有效值最小，U。=0；觸發(fā)角a的移相范圍是0°~180°.隨著的a增大，輸入電流滯后于電壓且發(fā)生畸變，功率因數(shù)也逐漸降低。a與U之間的關(guān)系1.電路組成2.數(shù)量關(guān)系3.電路組成4.數(shù)量關(guān)系例題解析：1.3交流變換電路例1-2：一調(diào)光臺(tái)燈由單相交流調(diào)壓電路供電，設(shè)該臺(tái)燈可看作電阻負(fù)載，在時(shí)輸出功率為最大值。試求功率為最大輸出功率的、時(shí)的控制角。解：設(shè)電源電壓為（1）輸出功率為最大輸出功率時(shí)，有

即

已知（2）同理，輸出功率為最大輸出功率50%時(shí)，有

得1.電路組成2.數(shù)量關(guān)系3.電路組成4.數(shù)量關(guān)系單相交流調(diào)功電路：1.3交流變換電路交流調(diào)功電路和交流調(diào)壓電路在主電路結(jié)構(gòu)形式上完全相同，都是把晶閘管作為開關(guān)串接在交流電源與負(fù)載之間，只是控制的方式不同。1.電路組成與工作原理交流調(diào)功電路工作原理如圖1-20所示，在設(shè)定的M個(gè)電源周期內(nèi)，晶閘管接通N個(gè)周期，關(guān)斷（M-N）個(gè)周期，通過(guò)改變晶閘管接通周波數(shù)N和斷開周波數(shù)（M-N）的比值即通斷比來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的平均功率。當(dāng)通斷比過(guò)小時(shí)會(huì)出現(xiàn)低頻干擾，如照明時(shí)會(huì)出現(xiàn)人眼能察覺的閃爍，電表指針的搖擺等。圖1-20交流調(diào)功電路的工作原理1.電路組成2.數(shù)量關(guān)系3.電路組成4.數(shù)量關(guān)系2.數(shù)量關(guān)系：1.3交流變換電路

輸出電壓有效值：01

輸出功率：02特別的：1.電路組成2.數(shù)量關(guān)系3.電路組成4.數(shù)量關(guān)系式中：P，U2為設(shè)定周期T內(nèi)全部周波導(dǎo)通時(shí)，電路輸出的有功功率與電壓有效值。由此可見，改變導(dǎo)通周波數(shù)即可改變輸出電壓和輸出功率。晶閘管在電壓過(guò)零的瞬間開通，波形為正弦波，克服了相位控制時(shí)會(huì)產(chǎn)生諧波干擾的缺點(diǎn)。但交流調(diào)功電路輸出電壓為斷續(xù)波，晶閘管導(dǎo)通時(shí)間是以交流電的周期為基本單位，輸出電壓和功率的調(diào)節(jié)不太平滑，適用于較大時(shí)間常數(shù)的負(fù)載。在設(shè)定周期T（M個(gè)周波）內(nèi)導(dǎo)通的周波數(shù)為N，每個(gè)周波的周期為T0例題解析1.3交流變換電路例1-3：某單相交流調(diào)功電路，采用過(guò)零觸發(fā)。U2=220V，負(fù)載電阻R=12，設(shè)定周期T內(nèi)，使晶閘管導(dǎo)通0.3s，斷0.2s，試計(jì)算送到電阻負(fù)載上的功率與假定晶閘管一直導(dǎo)通時(shí)所送出的功率。1.電路組成2.數(shù)量關(guān)系3.電路組成4.數(shù)量關(guān)系1.4普通調(diào)光器的設(shè)計(jì)與仿真1.簡(jiǎn)介2.

方案設(shè)計(jì)

3.器件選型4.仿真驗(yàn)證電路結(jié)構(gòu)采用可控硅電路調(diào)光原理通過(guò)改變可控硅導(dǎo)通角調(diào)節(jié)亮度引入：調(diào)光器是一種改變照明裝置中光源的光通量、調(diào)節(jié)照度水平的電氣裝置，通過(guò)改變輸入光源的電流有效值達(dá)到調(diào)整燈光不同亮度的目的。白熾燈常用調(diào)光器有電阻調(diào)光器、電容調(diào)光器和晶閘管調(diào)光器等。1.4普通調(diào)光器的設(shè)計(jì)與仿真1.簡(jiǎn)介2.

方案設(shè)計(jì)

3.器件選型4.仿真驗(yàn)證方案設(shè)計(jì)：圖1-23簡(jiǎn)易調(diào)光電路1調(diào)光方案1如圖1-22所示，晶閘管VT與負(fù)載Ra構(gòu)成主電路，Rp、C、VD1、VD2構(gòu)成阻容移相觸發(fā)電路，它是利用電容C充電延時(shí)觸發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)移相的。晶閘管調(diào)光器具有重量輕、體積小、效率高、容易遠(yuǎn)距離操縱等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛使用。它的缺點(diǎn)是若不采取有效的濾波措施，會(huì)產(chǎn)生無(wú)線電干擾。1.4普通調(diào)光器的設(shè)計(jì)與仿真1.簡(jiǎn)介2.

方案設(shè)計(jì)

3.器件選型4.仿真驗(yàn)證方案設(shè)計(jì)：調(diào)光方案2雙向觸發(fā)二極管也稱二端交流器件（DIAC），是由NPN三層半導(dǎo)體構(gòu)成的二端半導(dǎo)體器件，可等效于基極開路、發(fā)射極與集電極對(duì)稱的NPN晶體管，雙向觸發(fā)二極管的結(jié)構(gòu)、電氣符號(hào)及等效電路如圖1-24所示。圖1-25雙向觸發(fā)二極管的伏安特性曲線圖1-26簡(jiǎn)易調(diào)光電路21.4普通調(diào)光器的設(shè)計(jì)與仿真1.簡(jiǎn)介2.

方案設(shè)計(jì)

3.器件選型4.仿真驗(yàn)證方案設(shè)計(jì)：調(diào)光方案3單結(jié)晶體管觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出脈沖前沿陡，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行可靠，調(diào)試方便，廣泛應(yīng)用于對(duì)中小容量晶閘管的觸發(fā)控制。

（1）單結(jié)晶體管：1.單結(jié)晶體管是在一塊N型硅片一側(cè)的上下兩端各引出一個(gè)電極，電極和N29型硅片是歐姆接觸，下邊的稱為第一基極b1，上邊的稱為第二基極b2；發(fā)射極與N型硅片間構(gòu)成一個(gè)PN結(jié)，所以稱為“單結(jié)”晶體管。單結(jié)晶體管結(jié)構(gòu)、等效電路、電氣圖形符號(hào)1-27所示。（a）結(jié)構(gòu)示意圖

（b）等效電路

（c）電氣圖形符號(hào)

1.4普通調(diào)光器的設(shè)計(jì)與仿真1.簡(jiǎn)介2.

方案設(shè)計(jì)

3.器件選型4.仿真驗(yàn)證

（1）單結(jié)晶體管：2.單結(jié)晶體管用一個(gè)PN結(jié)和兩個(gè)電阻Rb1、R62組成的電路替代，測(cè)試電路改成如圖1-28（b）所示的形式。首先在兩個(gè)基極之間加電壓Ubb，Rbi上分得的電壓（a）測(cè)試電路

（b）等效電路方案設(shè)計(jì)：調(diào)光方案3單結(jié)晶體管觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出脈沖前沿陡，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行可靠，調(diào)試方便，廣泛應(yīng)用于對(duì)中小容量晶閘管的觸發(fā)控制。1.4普通調(diào)光器的設(shè)計(jì)與仿真1.簡(jiǎn)介2.

方案設(shè)計(jì)

3.器件選型4.仿真驗(yàn)證

（1）單結(jié)晶體管：3.單結(jié)晶體管的伏安特性曲線可以分為三個(gè)區(qū)：截止區(qū)、負(fù)阻區(qū)、飽和區(qū)。當(dāng)U小于UA時(shí)，PN結(jié)承受反向電壓，僅有微小的漏電流通過(guò)PN結(jié)，Rbi呈現(xiàn)很大的電阻，這時(shí)管子處于截止?fàn)顟B(tài)。（a）伏安特性

（b）特性曲線簇方案設(shè)計(jì)：調(diào)光方案3單結(jié)晶體管觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出脈沖前沿陡，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行可靠，調(diào)試方便，廣泛應(yīng)用于對(duì)中小容量晶閘管的觸發(fā)控制。1.4普通調(diào)光器的設(shè)計(jì)與仿真1.簡(jiǎn)介2.

方案設(shè)計(jì)

3.器件選型4.仿真驗(yàn)證

（2）自動(dòng)調(diào)光電路：簡(jiǎn)易自動(dòng)調(diào)光電路如圖1-30所示。交流電壓經(jīng)整流橋整流后，一路經(jīng)降壓限流電阻器R1后，穩(wěn)壓管VD穩(wěn)壓得到9V脈動(dòng)直流電壓供控制電路使用改變VS的導(dǎo)通角即可改變HL的亮度。晶體管VT1、電阻器R2與R3等組成誤差放大器，VT，實(shí)質(zhì)上起到一個(gè)電位器的作用。圖1-30簡(jiǎn)易調(diào)光電路3方案設(shè)計(jì)：調(diào)光方案3單結(jié)晶體管觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出脈沖前沿陡，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行可靠，調(diào)試方便，廣泛應(yīng)用于對(duì)中小容量晶閘管的觸發(fā)控制。1.4普通調(diào)光器的設(shè)計(jì)與仿真1.簡(jiǎn)介2.

方案設(shè)計(jì)

3.器件選型4.仿真驗(yàn)證方案設(shè)計(jì)：

調(diào)光方案4：隨著集成電路制造技術(shù)的不斷提高，集成觸發(fā)電路產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，且應(yīng)用越來(lái)越普及，已逐步取代分立式電路。集成電路可靠性高、技術(shù)性能好、體積小、功耗低、使用調(diào)試方便。A為雙向晶閘管，如外加功率擴(kuò)展可觸發(fā)200A或更大容量的雙向晶閘管。電路工作原理如圖1-31所示。圖1-31KC08的應(yīng)用電路1.4普通調(diào)光器的設(shè)計(jì)與仿真1.簡(jiǎn)介2.

方案設(shè)計(jì)

3.器件選型4.仿真驗(yàn)證選用高精度電阻和電容，確保電路穩(wěn)定性電阻與電容選用合適的電感與變壓器，優(yōu)化電路性能電感與變壓器選用性能穩(wěn)定的晶體管與二極管，提高電路效率晶體管與二極管思考：器件選型會(huì)和什么有關(guān)呢？1.4普通調(diào)光器的設(shè)計(jì)與仿真1.簡(jiǎn)介2.

方案設(shè)計(jì)

3.器件選型4.仿真驗(yàn)證晶閘管的參數(shù)計(jì)算是主電路設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，重點(diǎn)考慮額定電壓和額定電流兩大因素。器件選型

1.晶閘管的額定電壓必須大于器件在電路中實(shí)際承受的最大電壓?？紤]過(guò)電壓因素的影響，一般取2~3倍的安全裕量。2.晶閘管額定電流的有效值（1.571T（AV））必須大于實(shí)際流過(guò)管子電流的最大有效值1r。3.實(shí)際電路中，流過(guò)晶閘管的電流可能是任意波形，應(yīng)根據(jù)電流有效值相等即發(fā)熱相同的原則，進(jìn)行計(jì)算。1.4普通調(diào)光器的設(shè)計(jì)與仿真1.簡(jiǎn)介2.

方案設(shè)計(jì)

3.器件選型4.仿真驗(yàn)證晶閘管的通態(tài)平均電壓分組分為9組，如表1-7所示。對(duì)于調(diào)光方案1中圖1-23所示電路，設(shè)負(fù)載為100W以下的燈泡，具體器件選型：選用塑封KP1-7B型晶閘管，耐壓應(yīng)大于700V，維持電流最好在20mA左右，門極觸發(fā)電流應(yīng)小于20mA.VD1~VD4應(yīng)選用耐壓大于400V，整流電流大于500mA的二極管，如2DG554、1N4007等。Rp選用15k2/2W的線性電位器，最好帶開關(guān)。L可以采用200μH電感。工程應(yīng)用時(shí)，晶閘管應(yīng)加散熱片。器件選型KP200-15G具體表示為額定電流200A，額定電壓1500V，通態(tài)平均電壓為1V的普通型晶閘管。例1.4普通調(diào)光器的設(shè)計(jì)與仿真1.簡(jiǎn)介2.

方案設(shè)計(jì)

3.器件選型4.仿真驗(yàn)證有一單相橋式全控整流電路，負(fù)載為電阻性，要求a=30°時(shí)，Ua=80V，Ia=7A。計(jì)算整流變壓器的二次電流I2，并按照上述工作條件選擇晶閘管。例題解析1.4普通調(diào)光器的設(shè)計(jì)與仿真1.簡(jiǎn)介2.

方案設(shè)計(jì)

3.器件選型4.仿真驗(yàn)證仿真軟件與模型介紹：選擇專業(yè)仿真軟件，如MATLAB/Simulink仿真軟件選擇根據(jù)電路原理，構(gòu)建準(zhǔn)確的仿真模型仿真模型構(gòu)建1.4普通調(diào)光器的設(shè)計(jì)與仿真1.簡(jiǎn)介2.

方案設(shè)計(jì)

3.器件選型4.仿真驗(yàn)證電力電子技術(shù)涉及到電力、電子、控制等多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)，因此在電力電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)中，仿真驗(yàn)證可以幫助設(shè)計(jì)人員更好地理解電路和系統(tǒng)的性能，降低設(shè)計(jì)成本和風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)別的優(yōu)化和集成。仿真驗(yàn)證

PSIM簡(jiǎn)介PSIM是一款電子電路仿真軟件，它可以幫助工程師和學(xué)生設(shè)計(jì)和分析各種電子電路，包括功率電子電路、控制電路等。PSIM提供了直觀的用戶界面和豐富的元件庫(kù)，可以方便地繪制電路圖、進(jìn)行仿真測(cè)試和分析結(jié)果。0102①創(chuàng)建新項(xiàng)目。在PSIM中，可以創(chuàng)建新項(xiàng)目并選擇相應(yīng)的仿真類型030405②繪制電路圖。PSIM提供了豐富的元件庫(kù)，可以方便地繪制電路圖。③設(shè)置仿真參數(shù)。在進(jìn)行仿真測(cè)試前，需要設(shè)置仿真參數(shù)④進(jìn)行仿真測(cè)試。在設(shè)置好仿真參數(shù)后，可以進(jìn)行仿真測(cè)試。⑤分析仿真結(jié)果。在進(jìn)行仿真測(cè)試后，可以對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析1.4普通調(diào)光器的設(shè)計(jì)與仿真1.簡(jiǎn)介2.

方案設(shè)計(jì)

3.器件選型4.仿真驗(yàn)證

以設(shè)計(jì)方案1中的調(diào)光電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為例進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，調(diào)光電路是由交流電源、電感、電容、二極管、晶閘管、負(fù)載電阻以及觸發(fā)脈沖控制器等多個(gè)部分組成。2.調(diào)光器的仿真設(shè)計(jì)打開PSIM軟件，新建一個(gè)仿真電路原理圖設(shè)計(jì)文件。根據(jù)圖1-23所示的電路拓?fù)鋱D，從PSIM元件庫(kù)中選取調(diào)光電路所需的交流電源、晶閘管、等元件放置于電路設(shè)計(jì)圖中。利用PSIM中的畫線工具，按照對(duì)應(yīng)的拓?fù)鋱D將電路連接起來(lái)，組建成仿真電路模型。放置測(cè)量探頭，測(cè)量需要觀察的電壓、電流等參數(shù)。01020304步驟1.4普通調(diào)光器的設(shè)計(jì)與仿真1.簡(jiǎn)介2.

方案設(shè)計(jì)

3.器件選型4.仿真驗(yàn)證設(shè)置電阻、電容等元件參數(shù)電路元件參數(shù)設(shè)定仿真起始和終止時(shí)間仿真時(shí)間設(shè)置0201根據(jù)需求設(shè)定仿真步長(zhǎng)大小仿真步長(zhǎng)設(shè)置03電路仿真和參數(shù)設(shè)置三個(gè)主要參數(shù)：1.4普通調(diào)光器的設(shè)計(jì)與仿真1.簡(jiǎn)介2.

方案設(shè)計(jì)

3.器件選型4.仿真驗(yàn)證電路仿真和參數(shù)設(shè)置2.電路元件參數(shù)設(shè)置本仿真案例中將調(diào)光電路的交流電源設(shè)置為220V、50Hz，電感設(shè)置為20mH，電容設(shè)置為

0.01μF，負(fù)載電阻設(shè)置為806Ω（60W燈泡）。3.電路仿真完成仿真模型的搭建后，放置仿真控制元件，并設(shè)置仿真控制參數(shù)。在此仿真案例中仿真步長(zhǎng)設(shè)置為1us，仿真總時(shí)間設(shè)置為0.1s。圖1-33仿真模型1.4普通調(diào)光器的設(shè)計(jì)與仿真1.簡(jiǎn)介2.

方案設(shè)計(jì)

3.器件選型4.仿真驗(yàn)證圖1-36的仿真波形與仿真數(shù)據(jù)

圖1-35的仿真波形與仿真數(shù)據(jù)圖1-34的仿真波形與仿真數(shù)據(jù)在仿真結(jié)束后，PSIM自動(dòng)啟動(dòng)Simview波形顯示窗口。將電路模型中所需要測(cè)量參數(shù)分別添加到波形觀察窗口，觀察仿真結(jié)果波形。觸發(fā)角α=30°時(shí)，輸出電壓Vo、輸出電流。的仿真波形與仿真數(shù)據(jù)如圖1-34所示。觸發(fā)角a=60°時(shí)，輸出電壓Vo。觸發(fā)角a=90°時(shí)，輸出電壓Vo仿真波形與仿真數(shù)據(jù)如圖1-36所示。經(jīng)仿真數(shù)據(jù)顯示，通過(guò)改變晶閘管的觸發(fā)角能夠改變負(fù)載兩側(cè)的輸出電壓與電流，驗(yàn)證仿真設(shè)計(jì)合理。4.仿真結(jié)果分析1.4普通調(diào)光器的設(shè)計(jì)與仿真1.簡(jiǎn)介2.

方案設(shè)計(jì)

3.器件選型4.仿真驗(yàn)證01構(gòu)建調(diào)光器仿真模型仿真模型建立02分析仿真數(shù)據(jù)，驗(yàn)證性能仿真結(jié)果分析仿真結(jié)果分析1.5普通調(diào)光器的實(shí)踐調(diào)試1.簡(jiǎn)介2.

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

3.實(shí)驗(yàn)布局與接線4.電路上電與調(diào)試實(shí)踐調(diào)試要求學(xué)生在消化電路的基礎(chǔ)上，進(jìn)行工程應(yīng)用操作，以鍛煉識(shí)圖和基本操作能力，加深對(duì)電路的理解和掌握。根據(jù)圖1-23所示的電路拓?fù)鋱D，進(jìn)行電路實(shí)踐調(diào)試。在練習(xí)前，學(xué)生需要先了解電路的基本組成部分、電氣符號(hào)和基本電路元件的功能，以及電路中各個(gè)部件之間的連接關(guān)系。具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程觀看二維碼視頻。1.普通調(diào)光器的實(shí)踐要求1.5普通調(diào)光器的實(shí)踐調(diào)試1.簡(jiǎn)介2.

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

3.實(shí)驗(yàn)布局與接線4.電路上電與調(diào)試實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備與布局準(zhǔn)備所需實(shí)驗(yàn)器材，確保器材完好可用實(shí)驗(yàn)器材準(zhǔn)備規(guī)劃實(shí)驗(yàn)布局，提高實(shí)驗(yàn)效率實(shí)驗(yàn)布局規(guī)劃搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境，確保安全穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建0102031.5普通調(diào)光器的實(shí)踐調(diào)試1.簡(jiǎn)介2.

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

3.實(shí)驗(yàn)布局與接線4.電路上電與調(diào)試2.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

通過(guò)原理學(xué)習(xí)，查閱模塊技術(shù)資料，按照電路組成（電源、中間環(huán)節(jié)和負(fù)載）順序，選出實(shí)驗(yàn)所需的設(shè)備和模塊和所需數(shù)量如表1-9所示。1.5普通調(diào)光器的實(shí)踐調(diào)試1.簡(jiǎn)介2.

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

3.實(shí)驗(yàn)布局與接線4.電路上電與調(diào)試接線與調(diào)試步驟調(diào)試步驟按照電路圖正確接線接線步驟逐步測(cè)試電路功能1.5普通調(diào)光器的實(shí)踐調(diào)試1.簡(jiǎn)介2.

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

3.實(shí)驗(yàn)布局與接線4.電路上電與調(diào)試3.實(shí)驗(yàn)布局與接線1.實(shí)驗(yàn)布局實(shí)驗(yàn)臺(tái)的布局應(yīng)遵循以下原則：2.電路連接與檢查實(shí)驗(yàn)臺(tái)布局完成后，接線需注意：1.5普通調(diào)光器的實(shí)踐調(diào)試1.簡(jiǎn)介2.

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

3.實(shí)驗(yàn)布局與接線4.電路上電與調(diào)試

接線完成后可給實(shí)驗(yàn)臺(tái)通電進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，具體實(shí)驗(yàn)操作請(qǐng)掃描二維碼進(jìn)行觀看。4.電路上電與調(diào)試電力電子技術(shù)系列課程電力電子綠色同行2024/6/29電力電子技術(shù)系列課程電力電子技術(shù)·PowerElectronics第2章電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)、仿真與實(shí)踐電力電子技術(shù)目錄2.逆變電路4.電子鎮(zhèn)流器的實(shí)踐調(diào)試1.全控型器件3.電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)與仿真2.1全控型器件2.1.1電力晶體管2.1.2電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.1.3絕緣柵雙極型晶體管基本結(jié)構(gòu)與工作原理GTR的基本結(jié)構(gòu)與信息電子電路中的晶體管相似，都是由3層半導(dǎo)體形成兩個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的器件，也有PNP和NPN兩種類型，其基本結(jié)構(gòu)及電氣圖形符號(hào)如圖所示。1GTR的基本結(jié)構(gòu)（a）NPN型（b）PNP型2.1全控型器件2.1.1電力晶體管2.1.2電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.1.3絕緣柵雙極型晶體管基本結(jié)構(gòu)與工作原理單管GTR的電流增益低，將給基極驅(qū)動(dòng)電路造成負(fù)擔(dān)。提高電流增益的一種有效方式是由兩個(gè)或多個(gè)晶體管復(fù)合而成達(dá)林頓結(jié)構(gòu)1達(dá)林頓結(jié)構(gòu)（a）結(jié)構(gòu)形式（b）原理圖2.1全控型器件2.1.1電力晶體管2.1.2電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.1.3絕緣柵雙極型晶體管基本結(jié)構(gòu)與工作原理為了簡(jiǎn)化GTR的驅(qū)動(dòng)電路，減小控制電路的功率，常將達(dá)林頓結(jié)構(gòu)GTR做成GTR模塊1GTR模塊圖1?40GTR模塊的內(nèi)部電路2.1全控型器件2.1.1電力晶體管2.1.2電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.1.3絕緣柵雙極型晶體管基本結(jié)構(gòu)與工作原理1為從基極注入的越過(guò)正向偏置發(fā)射結(jié)的空穴；2為與電子復(fù)合的空穴；3為因熱騷動(dòng)產(chǎn)生的載流子構(gòu)成的集電結(jié)漏電流；4為越過(guò)集電結(jié)形成的集電極電流的電子；5為發(fā)射極電子流在基極中因復(fù)合而失去的電子。1GTR內(nèi)部圖1?41GTR共發(fā)射極接法及內(nèi)部載流子示意圖2.1全控型器件2.1.1電力晶體管2.1.2電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.1.3絕緣柵雙極型晶體管基本特征GTR的輸入特性如圖1?42（a）所示，表示加在基—射極間的電壓UBE與所產(chǎn)生的基極電流IB的關(guān)系。GTR的輸出特性如圖1?42（b）所示，表示GTR在共發(fā)射極接法時(shí)集電極電壓UCE與集電極電流IC的關(guān)系。隨著Ib從小到大的變化，GTR經(jīng)過(guò)截止區(qū)、線性放大區(qū)、準(zhǔn)飽和區(qū)和深飽和區(qū)四個(gè)區(qū)域。GTR一般工作在開關(guān)狀態(tài)，即對(duì)應(yīng)截止區(qū)和深飽和區(qū)，但在開關(guān)切換過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)放大區(qū)和準(zhǔn)飽和區(qū)。2靜態(tài)特性（a）輸入特性（b）輸出特性2.1全控型器件2.1.1電力晶體管2.1.2電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.1.3絕緣柵雙極型晶體管基本特征開通特性是指GTR在導(dǎo)通過(guò)程中基極電流ib、集電極電流ic與時(shí)間的關(guān)系，如圖1?43所示。GTR基極注入驅(qū)動(dòng)電流ib，這時(shí)并不立即產(chǎn)生集電極電流ic，ic是逐漸上升達(dá)到飽和值ICS的。GTR開通時(shí)間ton由延遲時(shí)間td和上升時(shí)間tr組成。GTR基極加一個(gè)負(fù)的電流脈沖，集電極電流ic是逐漸減小到零的。GTR的關(guān)斷時(shí)間toff由儲(chǔ)存時(shí)間ts和下降時(shí)間tf組成.2動(dòng)態(tài)特性圖1?43GTR動(dòng)態(tài)特性2.1全控型器件2.1.1電力晶體管2.1.2電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.1.3絕緣柵雙極型晶體管基本特征

2主要參數(shù)序號(hào)名稱符號(hào)說(shuō)明1集-射極擊穿電壓2集-射極飽和壓降3基極正向壓降4集電極電流最大值5基極電流最大值6最高結(jié)溫7最大耗散功率2.1全控型器件2.1.1電力晶體管2.1.2電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.1.3絕緣柵雙極型晶體管電力MOSFET結(jié)構(gòu)上與信息電子電路中的場(chǎng)效應(yīng)晶體管（簡(jiǎn)稱信號(hào)MOS管）有較大區(qū)別。電力MOSFET大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，又稱為VMOSFET（VerticalMOSFET)，漏極到源極的電流垂直于芯片表面流過(guò)，這種結(jié)構(gòu)大大提高了器件的耐壓和通流能力電力MOSFET結(jié)構(gòu)圖1?44電力MOSFET單元結(jié)構(gòu)（a）N溝道

（b）P溝道基本結(jié)構(gòu)與工作原理12.1全控型器件2.1.1電力晶體管2.1.2電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.1.3絕緣柵雙極型晶體管電力

MOSFET的電氣圖形符號(hào)如圖所示，三個(gè)電極分別是源極S、漏極D和柵極G；虛線部分為寄生二極管又稱體二極管。體二極管是電力MOSFET源極S的P區(qū)和漏極D的N區(qū)形成的寄生二極管，是電力MOSFET不可分割的整體。體二極管的存在使電力MOSFET失去反向阻斷能力。電力

MOSFET的電氣圖形符號(hào)（a）N溝道

（b）P溝道電力MOSFET的電氣圖形符號(hào)基本結(jié)構(gòu)與工作原理12.1全控型器件2.1.1電力晶體管2.1.2電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.1.3絕緣柵雙極型晶體管

靜態(tài)特性-轉(zhuǎn)移特性電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性基本特征22.1全控型器件2.1.1電力晶體管2.1.2電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.1.3絕緣柵雙極型晶體管輸出特性是指以柵源電壓UGS為參變量，電力MOSFET的漏極電流ID和漏源極電壓UDS之間的關(guān)系，如圖所示，電力MOSFET的輸出特性分為截止區(qū)、飽和區(qū)、非飽和區(qū)，分別與GTR的截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)相對(duì)應(yīng)。電力MOSFET主要工作在截止區(qū)和非飽和區(qū)。靜態(tài)特性-輸出特性電力MOSFET的輸出特性基本特征2

2.1全控型器件2.1.1電力晶體管2.1.2電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.1.3絕緣柵雙極型晶體管

電力MOSFET的動(dòng)態(tài)特性電力MOSFET的動(dòng)態(tài)特性基本特征22.1全控型器件2.1.1電力晶體管2.1.2電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.1.3絕緣柵雙極型晶體管電力MOSFET的三個(gè)電極之間分別存在極間電容CGS、CGD和CDS，電容值是非線性的，等效電路如圖所示。電力MOSFET的輸入電容Ci、輸出電容Co和反饋電容Cr之間有如下關(guān)系：電力MOSFET極間等效電容電力MOSFET極間等效電容基本特征2

2.1全控型器件2.1.1電力晶體管2.1.2電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.1.3絕緣柵雙極型晶體管基本特征電力MOSFET的主要參數(shù)如表所示。2主要參數(shù)序號(hào)名稱符號(hào)說(shuō)明1通態(tài)電阻2閾值電壓3跨導(dǎo)4漏源擊穿電壓表征器件的耐壓極限，決定了器件的最高工作電壓。5柵源擊穿電壓6漏極電流2.1全控型器件2.1.1電力晶體管2.1.2電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.1.3絕緣柵雙極型晶體管

IGBT的基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)與工作原理1（a）結(jié)構(gòu)圖（b）等效電路（c）電氣圖形符號(hào)

IGBT的基本結(jié)構(gòu)、等效電路和電氣圖形符號(hào)2.1全控型器件2.1.1電力晶體管2.1.2電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.1.3絕緣柵雙極型晶體管轉(zhuǎn)移特性是指IGBT的集電極電流IC與柵極-發(fā)射極之間電壓UGE的關(guān)系，如圖1?52（a）所示，它與電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性相同，反映了器件的控制能力。當(dāng)UGE小于閾值（開啟）電壓UGEth時(shí)，IGBT關(guān)斷；當(dāng)UGE大于UGEth時(shí)，IGBT開始導(dǎo)通；IC與UGE基本成線性關(guān)系。靜態(tài)特性-轉(zhuǎn)移特性

IGBT的轉(zhuǎn)移特性基本特征22.1全控型器件2.1.1電力晶體管2.1.2電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.1.3絕緣柵雙極型晶體管

靜態(tài)特性-輸出特性

IGBT的輸出特性基本特征22.1全控型器件2.1.1電力晶體管2.1.2電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.1.3絕緣柵雙極型晶體管60A/1000V的IGBT輸出特性曲線如圖1?53所示，若UGE不變，導(dǎo)通壓降UCE隨電流IC增大而增高，因此通過(guò)檢測(cè)電壓UCE來(lái)判斷器件是否過(guò)流。若UGE增加，則UCE降低，器件導(dǎo)通損耗將減小。靜態(tài)特性-伏安特性

60A/1000VIGBT伏安特性基本特征22.1全控型器件2.1.1電力晶體管2.1.2電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.1.3絕緣柵雙極型晶體管

動(dòng)態(tài)特性-開關(guān)特性

IGBT的開關(guān)特性基本特征22.1全控型器件2.1.1電力晶體管2.1.2電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.1.3絕緣柵雙極型晶體管基本特征IGBT的主要參數(shù)如表所示。2主要參數(shù)序號(hào)名稱符號(hào)說(shuō)明1最大集射極間電壓2正向?qū)柡蛪航?閾值電壓4漏源擊穿電壓表征器件的耐壓極限，決定了器件的最高工作電壓。5最大集電極電流IGBT最大允許直流電流值，IGBT的電流額定參數(shù)。6最大功耗2.2逆變電路與整流相對(duì)應(yīng)，將直流電變成交流電稱為逆變。典型逆變電路由直流電源E、開關(guān)S1~S4和負(fù)載電阻RL組成，如圖1?56（a）所示，S1和S4組成一對(duì)橋臂，S2和S3組成另一對(duì)橋臂。逆變電路（a）原理圖（b）工作波形逆變電路（電阻性負(fù)載）及工作波形

（a）原理圖（b）工作波形逆變電路（阻感性負(fù)載）及工作波形2.2.1無(wú)源逆變概述2.2.2電壓源型逆變電路2.2逆變電路半橋逆變電路（a）電路圖（b）工作波形半橋逆變電路主要由兩個(gè)導(dǎo)電橋臂構(gòu)成，每個(gè)導(dǎo)電橋臂由一個(gè)全控型器件（這里選用IGBT）和反向并聯(lián)的二極管構(gòu)成。半橋逆變電路及工作波形半橋逆變電路12.2.1無(wú)源逆變概述2.2.2電壓源型逆變電路2.2逆變電路

在t1~t2期間：VT1為通態(tài)，VT2為斷態(tài)，負(fù)載電流io>0，如圖（a）所示。在t2~t3期間：t2時(shí)刻，VT1柵極加關(guān)斷信號(hào)，VT2柵極加導(dǎo)通信號(hào)。雖VT1關(guān)斷，但感性負(fù)載中的電流io不能立即改變方向，因此VT2尚不能立即導(dǎo)通，于是VD2先導(dǎo)通續(xù)流，如圖（b）所示。半橋逆變電路工作過(guò)程半橋逆變電路12.2.1無(wú)源逆變概述2.2.2電壓源型逆變電路2.2逆變電路在t3~t4期間：t3時(shí)刻，io降為零時(shí)，VD2截止，VT2開始導(dǎo)通，io<0，如圖（c）所示。在t4~t5期間：t4時(shí)刻，給VT2柵極加關(guān)斷信號(hào)，給VT1柵極加開通信號(hào)。雖VT2關(guān)斷，但感性負(fù)載中的電流io不能立即改變方向，因此VT1尚不能立即導(dǎo)通，于是VD1先導(dǎo)通續(xù)流，如圖（d）所示。t5時(shí)刻，io=0時(shí)，VT1才開始導(dǎo)通，一個(gè)新的周期開始。半橋逆變電路工作過(guò)程半橋逆變電路1

2.2.1無(wú)源逆變概述2.2.2電壓源型逆變電路2.2逆變電路全橋逆變電路采用4個(gè)IGBT作開關(guān)器件，直流電壓E接有大電容C，使電源電壓穩(wěn)定，如圖（a）所示。電路中VT1、VT4和VT2、VT3各組成一對(duì)橋臂，兩對(duì)橋臂交替導(dǎo)通180°，輸出電壓波形如圖（b）所示，與半橋電路電壓波形相同，也是矩形波，但其幅值高出一倍，Um=E。阻感性負(fù)載時(shí)，輸出電流io的波形如圖（b）所示。全橋逆變電路及工作波形全橋逆變電路2（a）電路圖

（b）工作波形2.2.1無(wú)源逆變概述2.2.2電壓源型逆變電路2.2逆變電路推挽式逆變電路如圖所示，輸入的直流電通過(guò)兩個(gè)電子開關(guān)器件VT1、VT2的輪流導(dǎo)通和具有中心抽頭變壓器的耦合，變成了交流電。對(duì)于感性負(fù)載，反并聯(lián)二極管VD1、VD2起到給無(wú)功能量提供反饋通道的作用。推挽式逆變電路推挽式逆變電路3推挽式逆變電路（負(fù)載換成RL）2.2.1無(wú)源逆變概述2.2.2電壓源型逆變電路2.3電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)與仿真2.3.1概述2.3.2方案設(shè)計(jì)2.3.3仿真驗(yàn)證電子鎮(zhèn)流器原理電子鎮(zhèn)流器本質(zhì)上就是一個(gè)將工頻交流電源轉(zhuǎn)換成高頻交流電源的變換器。2.3電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)與仿真2.3.1概述2.3.2方案設(shè)計(jì)2.3.3仿真驗(yàn)證方案設(shè)計(jì)1-高頻自激電子鎮(zhèn)流器由電力MOSFET構(gòu)成的高頻自激電子鎮(zhèn)流器如圖所示由于這類高頻振蕩電源擺脫了笨重的變壓器和濾波器，所以十分輕便，制造也簡(jiǎn)單。這類電源的缺點(diǎn)是高頻振蕩會(huì)干擾電網(wǎng)也會(huì)通過(guò)空間電磁輻射干擾通信，所以應(yīng)注意屏蔽和交流電源輸入端的濾波。電子鎮(zhèn)流器可由分立元件構(gòu)成，也可利用電子鎮(zhèn)流器專用芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.3電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)與仿真2.3.1概述2.3.2方案設(shè)計(jì)2.3.3仿真驗(yàn)證方案設(shè)計(jì)2-日光燈電子鎮(zhèn)流器

電子鎮(zhèn)流器可由分立元件構(gòu)成，也可利用電子鎮(zhèn)流器專用芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.3電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)與仿真2.3.1概述2.3.2方案設(shè)計(jì)2.3.3仿真驗(yàn)證IR2155芯片簡(jiǎn)介

（a）引腳配置圖

（b）內(nèi)部原理圖2.3電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)與仿真2.3.1概述2.3.2方案設(shè)計(jì)2.3.3仿真驗(yàn)證方案設(shè)計(jì)3-熒光燈電子鎮(zhèn)流器熒光燈電子鎮(zhèn)流器主要由電源噪聲濾波器電路和IR2155芯片構(gòu)成的振蕩驅(qū)動(dòng)電路兩部分構(gòu)成，如圖所示。

基于IR2155的電子鎮(zhèn)流器2.3電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)與仿真2.3.1概述2.3.2方案設(shè)計(jì)2.3.3仿真驗(yàn)證仿真驗(yàn)證1：高頻自激電子鎮(zhèn)流器仿真