電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識

1、第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識1 第第2章章電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識22.1 電力電子器件及應(yīng)用電力電子器件及應(yīng)用 2.2 AC-DC變換電路變換電路 2.3 DC-DC變換電路變換電路 2.4 DC-AC變換電路變換電路 2.5 AC-AC變換電路變換電路 2.6 多級復(fù)合形式的變換電路多級復(fù)合形式的變換電路 2.7 半導(dǎo)體功率器件的驅(qū)動與保護電路半導(dǎo)體功率器件的驅(qū)動與保護電路 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識3

2、 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征 電力電子器件的分類電力電子器件的分類 不可控器件不可控器件電力二極管電力二極管 半控型器件半控型器件晶閘管晶閘管 電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管電力電力MOSFET 絕緣柵雙極型晶體管絕緣柵雙極型晶體管IGBT2.1 電力電子器件及應(yīng)用電力電子器件及應(yīng)用第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識42.1.1電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征電力技術(shù)（電力設(shè)備、電力網(wǎng)絡(luò)） 電子技術(shù)（電子器件、電子電路） 控制技術(shù)（連續(xù)、離散）第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識519741974

3、年美國學者年美國學者W.NewellW.Newell用于表征電力電子技術(shù)的倒三角用于表征電力電子技術(shù)的倒三角第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識62.1.2電力電子器件的分類 電力電子及其特性電力電子及其特性 電力電子器件的分類電力電子器件的分類 幾種典型的電力電子器件幾種典型的電力電子器件 第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識7電力電子及其特性電力電子及其特性l電力電子器件被廣泛用于處理電能的主電路中，是實現(xiàn)電能的傳輸、變換或控制的電子器件。l電力電子器件所具有的主要特征為：電力電子器件處理的電功率的大小是其主要的特征參數(shù)。電力電子器件

4、往往工作在開關(guān)狀態(tài)；在實際應(yīng)用中因此需要驅(qū)動電路對控制信號進行放大。第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識8電力電子器件的分類電力電子器件的分類1、按可控性分類（1）不控型器件：不能用控制信號控制其導(dǎo)通和關(guān)斷的電力電子器件 。如：功率二極管（Power Diode）。第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識9（2）半控型器件：可以通過控制極（門極）控制器件導(dǎo)通，但不能控制其關(guān)斷的電力電子器件。晶閘管(Thyristor)及其大部分派生器件(除GTO及MCTMOSFET控制晶閘管等復(fù)合器件外)，器件的關(guān)斷一般依靠其在電路中承受反向電壓或減小通態(tài)電

5、流使其恢復(fù)阻斷。第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識10（3）全控型器件：既可以通過器件的控制極（門極）控制其導(dǎo)通，又可控制其關(guān)斷的器件。主要有：功率晶體管（GTR）、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）和電力場效應(yīng)晶體管(P-MOS)等。第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識112、按驅(qū)動信號類型分類(1) 電流驅(qū)動型：通過對控制極注入或抽出電流，實現(xiàn)其開通或關(guān)斷的電力電子器件稱為電流驅(qū)動型器件，如Thyrister，GTR，GTO等。(2) 電壓驅(qū)動型：通過對控制極和另一主電極之間施加控制電壓信號，實現(xiàn)其開通或關(guān)斷

6、的電力電子器件稱為電壓驅(qū)動型器件，如PMOSFET，IGBT等。 第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識12幾種典型的電力電子器件幾種典型的電力電子器件 l不可控器件不可控器件電力二極管電力二極管l半控型器件半控型器件晶閘管晶閘管l電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管電力電力MOSFETl絕緣柵雙極型晶體管絕緣柵雙極型晶體管IGBT第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識131、不可控器件、不可控器件電力二極管電力二極管（1）電力二極管的基本特性：電力二極管（Power Diode）承受的反向電壓耐力與陽極通流能力均比普通二極管大得多，但它的工作原

7、理和伏安（VA）特性與普通二極管基本相同，都具有正向?qū)щ娦院头聪蜃钄嘈?。電力二極管的電路符號和靜態(tài)特性（即伏安特性）如下圖所示。圖2-1 電力二極管電路符號及伏安（VA）特性第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識14（2）電力二極管的主要參數(shù)l正向平均電流IF(AV) ：電力二極管在連續(xù)運行條件時，器件在額定結(jié)溫和規(guī)定的散熱條件下，允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。l反向重復(fù)峰值電壓URRM ：指對電力二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓，通常是雪崩擊穿電壓URBO的2/3。第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識15l正向通態(tài)壓降UF

8、：在額定結(jié)溫下，電力二極管在導(dǎo)通狀態(tài)流過某一穩(wěn)態(tài)正向電流（IF）所對應(yīng)的正向壓降。正向壓降越低，表明其導(dǎo)通損耗越小。 l反向恢復(fù)電流IRP及反向恢復(fù)時間trr ：反向恢復(fù)時間trr通常定義為從電流下降為零至反向電流衰減至反向恢復(fù)電流峰值25的時間。反向恢復(fù)電流IRP及恢復(fù)時間trr與正向?qū)〞r的正向電流IF及電流下降率diF/dt密切相關(guān)。 反向恢復(fù)過程反向恢復(fù)過程：受二極管PN結(jié)中空間電荷區(qū)存儲電荷的影響，向正向?qū)ǖ亩O管施加反向電壓時，二極管不能立即轉(zhuǎn)為截止狀態(tài)，只有存儲電荷完全復(fù)合后，二極管才呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識162、半控型器

9、件、半控型器件晶閘管晶閘管圖2-2 晶閘管電路符號及伏安（VA）特性 優(yōu)點：優(yōu)點：晶閘管可以承受的電壓、電流在功率半導(dǎo)體中均為最高，具有價格便宜、工作可靠的優(yōu)點，盡管其開關(guān)頻率較低，但在大功率、低頻電力電子裝置中仍占主導(dǎo)地位。 第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識17（1）基本特性：l電流觸發(fā)特性電流觸發(fā)特性：當晶閘管AK極間承受正向電壓時，如果GK極間流過正向觸發(fā)電流，就會使晶閘管導(dǎo)通。l單向?qū)щ娞匦詥蜗驅(qū)щ娞匦裕寒敵惺芊聪螂妷簳r，此時無論門極有無觸發(fā)電流，晶閘管都不會導(dǎo)通。l半控型特性半控型特性：晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去作用；此時，不論門極電流是否存在、觸發(fā)電

10、流極性如何，晶閘管都維持導(dǎo)通。要使導(dǎo)通的晶閘管恢復(fù)關(guān)斷，可對其AK極間施加反向電壓或使其流過的電流小于維持電流（IH）。第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識18（2）主要參數(shù)l額定電壓額定電壓UT：晶閘管在額定結(jié)溫、門極開路時，允許重復(fù)施加的正、反向斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM和URRM中較小的一個電壓值稱為晶閘管的額定電壓UT。l正、反向斷態(tài)重復(fù)峰值電壓正、反向斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM、URRM：晶閘管門極開路(Ig=0)、器件在額定結(jié)溫時，允許重復(fù)加在器件上的正、反向峰值電壓。一般分別取正、反向斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓（UDSM、URSM） 的90%。正向斷態(tài)不重復(fù)峰值電

11、壓應(yīng)小于轉(zhuǎn)折電壓（Ubo）。l通態(tài)平均電流通態(tài)平均電流IT(AV)：在環(huán)境溫度為40和規(guī)定的散熱條件下、穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時，晶閘管允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。這也是額定電流的參數(shù)。l維持電流維持電流IH：維持晶閘管導(dǎo)通所必需的最小電流，一般為幾十到幾百mA。第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識193、電力場效應(yīng)晶體管、電力場效應(yīng)晶體管電力電力MOSFET（1）基本特性圖2-3 電力MOSFET結(jié)構(gòu)圖和電路圖形符號第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識20a)轉(zhuǎn)移特性 b)輸出特性圖2-4 電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特

12、性第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識21（2）主要參數(shù)l漏極電壓UDSl漏極直流電流額定值ID和漏極脈沖電流峰值IDM l漏源通態(tài)電阻RDS(on)：在柵源間施加一定電壓（1015V），漏源間的導(dǎo)通電阻。l柵源電壓UGS：柵源之間的絕緣層很薄，當|UGS|20V時將導(dǎo)致絕緣層擊穿。l極間電容：MOSFET的3個電極之間分別存在極間電容CGS、CGD、CDS。一般生產(chǎn)廠商提供的是漏源極短路時的輸入電容Ciss、共源極輸出電容Coss和反向轉(zhuǎn)移電容Crss。 Ciss= CGS+ CGD （2-1） Crss=CGD （2-2） Coss=CDS+CGD （2-3）第

13、第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識224、絕緣柵雙極型晶體管、絕緣柵雙極型晶體管IGBT（1）基本特性：）基本特性：圖2-5 IGBT電路符號圖形 靜態(tài)特性與P-MOSFET類似；UGE=0時IC=0，IGBT處于阻斷狀態(tài)（斷態(tài)）；UGE足夠大（一般為515V），IGBT進入導(dǎo)通狀態(tài)（通態(tài)），當UCE大于一定值（一般2V左右）時IC0。 優(yōu)點：驅(qū)動功率小、開關(guān)速度高通流能力強、耐壓等級高 第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識23（2）主要參數(shù)l最大集射極間電壓最大集射極間電壓BUCES：該參數(shù)決定了器件的最高工作電壓，這是由內(nèi)部PNP晶體

14、管所能承受的擊穿電壓確定的。l最大集電極電流最大集電極電流ICM：包括在一定殼溫下的額定直流電流IC和1ms脈寬最大電流ICP。l最大集電極功耗最大集電極功耗PCM：在正常工作溫度下允許的最大耗散功率。l集射極間飽和壓降集射極間飽和壓降UCE(sat)：對柵極與發(fā)射極（GE）間施加一定正向電壓，在一定的結(jié)溫及集電極電流條件下，集射極（CE）間的飽和通態(tài)壓降。此壓降在集電極電流較小時，呈負溫度系數(shù)，在電流較大時，為正溫度系數(shù)，這一特性使IGBT并聯(lián)運行較為容易。第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識24 現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用電力電子變換與控制技術(shù)（以四大

15、變換展開）電力電子變換與控制技術(shù)（以四大變換展開）諧波抑制與功率因素校正技術(shù)諧波抑制與功率因素校正技術(shù)電力電子技術(shù)的典型應(yīng)用案列電力電子技術(shù)的典型應(yīng)用案列第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識25電力電子變換與控制系統(tǒng)電力電子變換與控制系統(tǒng)1.主要由AC/DC,DC/AC,DC/DC,AC/AC四大基本變換及其組合構(gòu)成的主電路拓撲。2.現(xiàn)代電力電子裝置的控制系統(tǒng)由微電子器件（硬件）、控制策略（軟件）和檢測、保護、驅(qū)動等組成。第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識26四大基本變化電路lAC-DC變換電路lDC-DC變換電路lDC-AC變換電路l

16、AC-AC變換電路第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識272.2 ACDC變換電路變換電路交流直流變換器（AC DC Converter）的功能是將交流電變換成直流電，又稱為整流器。第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識28a、二極管整流電路、二極管整流電路不控整流不控整流名稱輸出電壓型輸出電流型單相半波單相全波ff負載UVDVD12LCuoinf負載UVDVD12LoinUff負載VDVD12LCuinf負載UVDVD12LoUin表2-1 常用二極管整流器的主要形式第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識29單相

17、橋式三相半波三相橋式ff負載UVDVDVD123LCof負載UVDVDVD123Loff負載UVD VD VDVDVDVD123456Cof負載UVDVD VDVDVD VD123456Lo續(xù)表2-1ff負載UVDVDVDVD1234LCuoinf負載UVDVDVDVD1234LoinU第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識30b、晶閘管整流電路、晶閘管整流電路相控整流相控整流名稱輸出電壓型輸出電流型單相半波單相全波單相橋式半控負載U2fLfCuuoVDVT1負載U2fLuuoVDVT1負載U2122fLfCuuu12oVDVTVT1負載U2122fLuuu12oVD

18、VTVT1負載U2fLfCuu3412oVDVDVDVTVT1負載U2fuu1234oVDVDVDVTVT1表2-2 常用晶閘管整流器的主要形式第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識31單相橋式全控三相半波三相橋式半控三相橋式全控負載U2fLfCuu1234oVT VTVTVT1負載U2fLuu4123oVTVTVTVT1負載UfLfC123oVTVTVT負載UfL123oVTVTVT負載UoffC135246VD VD VDVTVT VT負載UfLC135oVT VT VT負載UfLfC246135oVT VT VTVT VT VT負載UfL246135oVT VT

19、 VTVT VT VT續(xù)表2-2第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識32c、PWM整流電路整流電路斬波整流斬波整流圖2-6 單相半橋整流器 圖2-7 單相全橋整流器第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識33圖2-8 三相電壓型PWM整流器 圖2-9 三相電流型PWM整流器第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識342.3 DC/DC變換電路變換電路 直流直流變換器（DCDC Converter）的功能是將一種直流電變換為另一種固定或可調(diào)電壓的直流電，又稱為直流斬波器（DC Chopper）。 第第2章章 電源變換和控

20、制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識35a、不隔離式單管、不隔離式單管DCDC變換器變換器lBuck變換器變換器 fVTfUUinoLCVD是一種降壓型DCDC變換電路，輸出電壓小于或等于輸入電壓，輸入電流斷續(xù)。輸出電壓Uo=DyUin， 占空比Dy=ton/Ts01(下同)。 Boost變換器變換器fVTLUUinoCVD是一種升壓型DCDC變換電路，輸出電壓大于輸入電壓，VT的占空比Dy必須小于1，輸入電流連續(xù)。輸出電壓Uo= Uin /(1Dy)。 第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識36lBuckBoost變換器變換器 fVTLUUinoCVD一種升降壓

21、型DCDC變換電路，輸出電壓大于或小于輸入電壓，輸出電壓極性和輸入電壓極性相反，輸入電流斷續(xù)。輸出電壓Uo=Dy Uin /(1Dy)。 lCk變換器變換器 一種升降壓型DCDC變換電路，輸出電壓大于或小于輸入電壓，輸出電壓極性和輸入電壓極性相反，輸入電流連續(xù)。輸出電壓Uo=(Dy/1Dy)Uin。 第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識37lSepic變換器 一種升降壓型DCDC變換電路，輸出電壓大于或小于輸入電壓，輸出電壓極性和輸入電壓極性相同，輸入電流連續(xù)。輸出電壓Uo=(Dy/1Dy)Uin。lZeta變換器CVTLUUffinoLCVTUUfLinoCVDC

22、L 一種升降壓型DCDC變換電路，輸出電壓大于或小于輸入電壓，輸出電壓極性和輸入電壓極性相同。輸入電流斷續(xù)。輸出電壓Uo=(Dy/1Dy)Uin。第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識38b、隔離型、隔離型DCDC變換器變換器 l單端正激式DCDC 變換電路 W :WCRUUWL_+UUU+_i313W312W1W22i1oLVTVDVDVDVTUiitttttTT0IUK UTVDLfttK UigW113ii213ipmaxW1W3onrs圖2-10 單端正激變換器主電路 圖2-11 正激變換器工作波形 12ioyUUDK 第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電

23、源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識39l單端反激式DCDC變換電路W :WCRUiiUi12p1s1oVTVD圖2-12 單端反激式DC-DC變換電路第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識40VTViitttttTT0IIUK UTTVTViitttttTonTs0IIIIUK Uggw1W1ii12ii12pmaxpminpmaxsmaxsminsmaxoffdisonspsps000 a)電流連續(xù)模式(CCM) b)電流斷續(xù)模式(DCM)圖2-13 反激式變換器工作波形第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識412.4 DCAC變換電路變換電路 將直

24、流電變換為交流電的過程稱為逆變換或DCAC變換，實現(xiàn)逆變的主電路稱為DCAC變換電路。通常將DCAC變換電路、控制電路、驅(qū)動及保護電路組成的DCAC逆變電源稱為逆變器（Inverter）。 第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識42a、常用的、常用的DCAC逆變電路逆變電路l電壓型單相半橋逆變電路電壓型單相半橋逆變電路 直流母線電容濾波，直流電壓Ud經(jīng)C1、C2分壓，VT1、VT2交替導(dǎo)通/關(guān)斷；負載上的電壓幅值為Ud的一半，功率為全橋逆變器的四分之一；開關(guān)管VT1、VT2上承受的最大電壓為Ud；控制方式主要是PWM脈寬調(diào)制控制，移相控制等。 第第2章章 電源變換和控

25、制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識43l電壓型單相全橋逆變電路U+- -CVTVTVTVT負載12341234ddVDVDVDVD直流母線電容Cd濾波，VT1、VT4和 VT2、VT3交替導(dǎo)通/關(guān)斷；加在負載上的電壓幅值為Ud，輸出功率為半橋逆變器的四倍；開關(guān)管VT1VT4上承受的最大電壓為Ud；控制方式有單極、雙極式PWM脈寬調(diào)制控制，移相控制，調(diào)頻控制等方式。 第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識44l電流型單相全橋逆變電路 U+- -負載LVTVTVTVT1234dd直流母線電感Ld濾波，VT1、VT4和 VT2、VT3交替導(dǎo)通/關(guān)斷；負載上的電流波形為

26、方波，幅值為Id；開關(guān)管VT1VT4上承受的電壓為負載上的電壓。負載上的電壓幅值和相位取決于負載阻抗大小和性質(zhì)。 第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識45l電壓型三相橋式逆變電路 U- -C+VTVTVTVTVTVT123456123456dd負載VDVDVDVDVDVD直流母線電容Cd濾波，負載線電壓幅值為Ud，開關(guān)管VT1VT6上承受的最大電壓為Ud，控制方式有PWM脈寬調(diào)制、移相控制、調(diào)頻控制等方式，換流方式有1800和1200兩種。適合4kW以上的三相負載。 第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識46b、歸納DCAC逆變電路的主要拓

27、撲形式逆變電路的主要拓撲形式 l電壓型逆變器l電流型逆變器l單相半橋逆變器l單相全橋逆變器l三相橋式逆變器第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識47c、逆變電路的參數(shù)計算l電壓型單相半橋逆變電路的參數(shù)計算逆變器的輸入電壓為Ud，輸出功率為P，可得通過負載的電流有效值為：22dOdUPiUR 對于阻感性負載：2cos2dOdUPiUz 選開關(guān)管VT1、VT2上的電壓定額為：(2 3)VTdUU 選開關(guān)管VT1、VT2上的電流定額為：(1.5 2) 2VTOIi 對于電阻性負載和諧振負載 ：（2-4）（2-5）（2-6）（2-7）第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源

28、變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識48l電壓型單相全橋逆變電路的參數(shù)對于阻感性負載：選開關(guān)管VT1、VT2上的電壓定額為：選開關(guān)管VT1、VT2上的電流定額為：對于電阻性負載和諧振負載 ：dOdUPiURcosdOdUPiUz(2 3)VTdUU(1.5 2) 2VTOIi（2-8）（2-9）（2-10）（2-11）第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識49l電流型單相全橋逆變電路的參數(shù)計算 等效導(dǎo)納為：2222()()()RLYjj CRLRL在諧振點工作時，負載為等效電阻Ro、諧振頻率為222()1,1OOORLCRRRLLC （2-12）（2-13）O第第2章章 電源變換和

29、控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識50將 代入R0，得OLRRC開關(guān)管VT1、VT2上的電壓定額為 (2 3)VTCUU開關(guān)管VT1、VT2上的電流定額為其中為逆變器輸入電流，由負載輸出功率P求得2,dOdOPPI RIR(1.5 2)VTdII（2-17）（2-16）（2-15）（2-14）O第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識51l電壓型三相全橋逆變電路的參數(shù)計算 對于電阻性負載 對于電阻電感性負載開關(guān)管VT1VT6上的電流定額為開關(guān)管VT1VT6上的電壓定額為3OdPiU3cosOdPiU(2 3)VTdUU(1.5 2) 2VTOIi（2-21）（2

30、-20）（2-19）（2-18）第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識522.5 ACAC變換電路變換電路 交流交流交流變換器（交流變換器（ACAC Converter）分為三大類：）分為三大類：第一類 頻率不變僅改變電壓大小的ACAC電壓變換器；第二類 直接將一定頻率的交流電變換為較低頻率交流電的 相控式ACAC直接變換器；在直接變頻的同時也可實現(xiàn)電壓變換，實現(xiàn)降頻降壓變換；第三類 PWM斬波式AC-AC變換器，即可實現(xiàn)降壓又可升壓，還可以實現(xiàn)變頻控制，是一種高性能的變換器，目前處于研究階段。第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識53a、單

31、相全控 AC-AC變換電路UsR12TQ?T電路特點：單相全控型電壓控制器，是最基本的交流調(diào)壓電路。圖中2只普通晶閘管（T1、T2）可由一只雙向晶閘管取代，但有效電流定額需擴大約70%。 第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識54b、單相半控 AC-AC變換電路R1TUsVD電路特點：節(jié)省了一個晶閘管，但移相控制運行時輸出電壓正負半波不對稱，會給交流電網(wǎng)帶來諧波污染，不宜用于較大功率的調(diào)壓控制場合。 第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識55c、帶中性線N，星形聯(lián)結(jié)RRR143652NUsTTTTTT電路特點：帶一根電源中性線，相當于三只單相

32、晶閘管交流調(diào)壓器的組合，適合帶中線的星形平衡負載調(diào)壓或調(diào)功。缺點是三相不平衡運行時，中線含有較大電流及諧波。 第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識56d、無中性線的三相連接電路特點：三相負載可為星形、三角形聯(lián)結(jié)，每相電路通過另一相形成回路。不對稱運行時，形負載內(nèi)部有較大環(huán)流。第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識57e、內(nèi)聯(lián)接的控制器電路特點：反并聯(lián)晶閘管與各相負載串聯(lián)后再接成三角形，相當于三個單相電壓控制器組成三相晶閘管交流電壓控制器。優(yōu)點是對電網(wǎng)沖擊小，缺點是要求負載有6個抽頭。 第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)

33、基礎(chǔ)知識582.6多極復(fù)合形式的變換電路多極復(fù)合形式的變換電路 在眾多電源變換器中ACDC，DCDC，DCAC和ACAC變換是四種最基本的電壓或頻率變換電路。在新能源發(fā)電技術(shù)的實際應(yīng)用中，常將兩個以上的基本變換電路組合在一起，構(gòu)成多級復(fù)合形式的變換電路。 第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識59 1ACDCDCAC變換電路（變換電路（DCDC降壓型）降壓型）VDVDuVDVDVD負載VTVTVTVTVDVDVDVDCCR1R2R3R4005in111234234VTL圖215 降壓型ACDCDCAC變換電路第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)

34、知識602ACDCDCAC變換電路（變換電路（DCDC升壓型）升壓型）VDVDuVDVDVTL負載VTVTVTVTVDVDVDVDCCR1R2R3R4005in111234234VD圖216 升壓型ACDCDCAC變換電路第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識613隔離式隔離式DCACDC變換電路變換電路VTVTVTVTVDVDVDVDCVDVDLC負載UU- -123412341doffR1R2圖217 隔離式DCACDC變換電路第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識624隔離式隔離式ACDCACDC變換電路變換電路D6D7LC負載UDDu

35、DDLDVTVTVTVTVDVDVDVDCC21405in111234234ffo30VT圖218 隔離式ACDCACDC變換電路第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識632.7 半導(dǎo)體功率器件的驅(qū)動與保護電路半導(dǎo)體功率器件的驅(qū)動與保護電路 實際的電力電子變換器是由主電路、驅(qū)動器及保護電路、控制電路、檢測與顯示電路等多個子系統(tǒng)構(gòu)成。驅(qū)動器接受控制系統(tǒng)輸出的控制信號，經(jīng)功率放大和隔離后，驅(qū)動功率開關(guān)器件的導(dǎo)通、關(guān)斷，是連接功率器件與控制系統(tǒng)的橋梁。由于半導(dǎo)體功率開關(guān)器件種類繁多，不同的開關(guān)器件對驅(qū)動器的性能要求不盡相同，典型的驅(qū)動器分為電流驅(qū)動型器件和電壓驅(qū)動型器件的兩

36、大類驅(qū)動器。電流驅(qū)動型器件主要有SCR、GTO和GTR，電壓驅(qū)動型器件主要有MOSFET、IGBT和SIT等。 第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識642.7.1 晶閘管晶閘管SCR觸發(fā)驅(qū)動器觸發(fā)驅(qū)動器DVDDZTSCRRIGTRAtIgmt1t2t3IGVccSCRRRIGLEDLATR圖219采用變壓器隔離的SCR驅(qū)動器 圖220 采用光耦隔離的SCR驅(qū)動器 第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識652.7.2 IGBT和和MOSFET驅(qū)動器驅(qū)動器 和雙極型晶體管（GTR）不同，功率MOSFET和IGBT器件都是屬于電壓驅(qū)動型，輸入阻抗

37、很大，為提高器件的開關(guān)速度，電壓驅(qū)動型器件的柵極驅(qū)動器除應(yīng)具有更快的響應(yīng)速度（ns級）外，同樣需要足夠大的柵極驅(qū)動能力（一般為15V）和反向電壓（一般為5v），以保證瞬時完成對等效柵極電容的充電或放電過程。 第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識66功率功率MOSFET和和IGBT器件驅(qū)動器應(yīng)用實例器件驅(qū)動器應(yīng)用實例 1TLP250功率驅(qū)動電路及應(yīng)用RRVSNC1IN+2IN-3NC4GND5Vo6Vo7VCC8TLP250RVTVTCRVTGSDVSVS-18V18V0123123211圖222 TLP250組成的驅(qū)動電路第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變

38、換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識672UC3724/UC3725驅(qū)動電路VCCSGNDPGNDRTCTPH1OUTAOUTBUC3724INAINBTIMENAVCCOUTISCOMRRRRRIN5817CCCVTINAINBTIMENAVCCOUTISCOMRRRRRIN5817CCCVTinputVVVUC3725UC3725CC1Voffoffoffoff12GGFFFSS12VF2CC2CC3VDD圖223 UC3724/3725功率MOSFET驅(qū)動電路第第2章章 電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識683IHD680驅(qū)動電路IN1+IN1-IN2-IN2+VCCGNDSO2+SO2-SO1-SO1+E1COM1Cs1Cb1Ref1G1ME1E2COM2Cs2Cb2Ref2G2ME21234910151617181920212223242530313233343536CRRCVSVSVSVSCCRRVDVDCVSVSVSVSCCRRIHD680+15V+15V12s1s2s2s2b2m2ef21ef22ef23m2m22m21G2b1m1m1G1m12ef11ef12ef13m11Status Output2Status Output1High SideLow SideVDVD圖224 IHD680驅(qū)動電路第第2章章 電源變換和