現(xiàn)代電源技術(shù)功率變換 教程課件

現(xiàn)代電源技術(shù)教程教程的目的與要求：現(xiàn)代電源技術(shù)是一門涉及眾多學(xué)科的的復(fù)雜技術(shù)，應(yīng)用領(lǐng)域很廣，是電力電子從業(yè)人員必修的一門課程修完該課程應(yīng)達(dá)到以下基本要求1，了解電源技術(shù)的現(xiàn)狀，發(fā)展，及研究熱點(diǎn)2，熟悉電源關(guān)鍵器件特性類型及應(yīng)用3，掌握電源各種先進(jìn)技術(shù)4，學(xué)會簡易電源的設(shè)計方法，安裝及調(diào)試技能5，學(xué)會計算機(jī)軟件仿真，分析方法成績評定：總成績＝理論分＋實(shí)踐分（包含平時分）課程內(nèi)容安排

第一章現(xiàn)代電源技術(shù)概述1－1電源技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展1-1-1功率半導(dǎo)體技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展1-1-2電源技術(shù)的新進(jìn)展1－2電源的構(gòu)成及特點(diǎn)1-2-1現(xiàn)代電源的構(gòu)成原理及特點(diǎn)1-2-2開關(guān)電源的分類1-2-3開關(guān)電源常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1-2-4電源主要參數(shù)分析第二章電源中的電力電子器件與基礎(chǔ)電路2－1電力電子器件2－2基礎(chǔ)電路2-2-1EMI濾波電路2-2-2整流與濾波電路2-2-3功率變換電路2-2-4控制與驅(qū)動電路2-2-5保護(hù)電路

第三章現(xiàn)代電源領(lǐng)域新技術(shù)3－1PFC技術(shù)3－2同步整流技術(shù)3－3軟開關(guān)技術(shù)3－4高頻磁技術(shù)3－5均流技術(shù)3－6DC/DC變換技術(shù)第四章電源中的電子變壓器4－1變壓器的設(shè)計與計算4－2變壓器的典型應(yīng)用第五章開關(guān)電源電磁兼容性所涉及的內(nèi)容5－1EMI產(chǎn)生的形式5－2EMS的測量5－3雷電產(chǎn)生的EMP5－4ESD的性能指標(biāo)第六章開關(guān)電源的設(shè)計與應(yīng)用第一章現(xiàn)代電源技術(shù)概述1－1現(xiàn)代電源技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展現(xiàn)狀：先進(jìn)的電路技術(shù)－PFC技術(shù)，同步整流技術(shù)，軟開關(guān)技術(shù)高頻磁技術(shù)，均流技術(shù)，DC/DC技術(shù)先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)－PIC器件，模塊器件

水平：效率－高達(dá)93％穩(wěn)壓精度－0。5功率因數(shù)－單相0。97－0。999噪聲電壓－寬頻噪聲，衡重噪聲

發(fā)展方向：高效率，小型化，集成化，智能化高可靠性1-1-1功率半導(dǎo)體技術(shù)新進(jìn)展

功率開關(guān)器件發(fā)展階段

50年代60年代70年代80年代90年代可控硅SCR快速晶閘管可關(guān)斷晶閘管GTO1高壓GTO大容量大功率高性能（晶閘管）2IGCT省吸收與IGBT結(jié)合3MCT優(yōu)勢互補(bǔ)（MOS晶閘管）電力晶體管GTR1IGBT1高速IGBT2功率MOSFET2低電荷功率MOSFET

功率二極管的發(fā)展PIN功率二極管SBD肖特基勢壘功率二極管耐高壓，大電流，極高的開關(guān)頻率低泄漏電流低導(dǎo)通損耗開關(guān)頻率不高不適于高電壓大電流的應(yīng)用

POWER-IC器件的發(fā)展

PWM/MOSFET二合一IC集功率開關(guān)，控制電路，保護(hù)電路與一體，性價比較高。TOPSwich系列二合一功率ICTOP220,TOP230,TOP250,仙童公司5L系列03801M系列0880廣泛應(yīng)用于小家電，通訊設(shè)備等

IGBT功率模塊復(fù)合功率模塊PIM智能功率模塊IPM電力模塊IPEM電力電子模塊PEEB水平1200－1800A600A1800-3300V2000V軟開關(guān)技術(shù)

軟開關(guān)技術(shù)的概念：是利用電容于電感諧振使得開關(guān)器件中電流（電壓）按正弦或準(zhǔn)正弦規(guī)律

變化。當(dāng)電流過另時，器件關(guān)斷；當(dāng)電壓過另時，器件開通，實(shí)現(xiàn)開關(guān)損耗為另

軟開關(guān)技術(shù)：可分為1，PFM2,PWM3,PS方式

發(fā)展動態(tài)：自20世紀(jì)80年代中期起，采用PWM控制技術(shù)的高功率密度DC/DC變換器模塊走進(jìn)了世界市場。如今，已廣泛應(yīng)用在各種領(lǐng)域中。1997年，在已經(jīng)行了將近30年的世界范圍的軟開關(guān)基礎(chǔ)理論研究之后，美國Vicor開關(guān)電源公司最先推出了VI－300系列軟開關(guān)高密度DC/DC產(chǎn)品。第二代產(chǎn)品是以Vicor公司有專利權(quán)的零電流開關(guān)（ZCS）和零電壓開關(guān)（ZVS）軟開關(guān)控制技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合了控制集成、封裝、鐵氧體、噪音和散熱技術(shù)等方面的最新成果，產(chǎn)品達(dá)到了與理想功率器件極為接近的境地。第二代產(chǎn)品與第一代產(chǎn)品相比，功率密度增加了兩倍，即為120W/in3。第二代產(chǎn)品的出現(xiàn)預(yù)示著它們將是DC/DC變換器未來的主流產(chǎn)品。

DC/DC技術(shù)研究熱點(diǎn)：低電壓大電流

高頻磁技術(shù)：電力電子高頻磁技術(shù)是將電力電子技術(shù)與磁技術(shù)結(jié)合起來高頻磁技術(shù)是電力電子技術(shù)中的重要內(nèi)容。功率磁元件是所有電源中必不可少的關(guān)鍵器件。它擔(dān)負(fù)著磁能傳遞，儲存以及濾波功能。其體積和重量一般占到電路20－30％

10年內(nèi)重點(diǎn)發(fā)展：高頻低功耗高磁導(dǎo)率材料和片式化的表面貼裝軟磁材料在非晶軟磁金金屬和磁記錄材料方面，發(fā)展納米材料70年代初20KHZ電子變壓器取代了工頻變壓器使得變壓器體積減小60－80％重量減輕75％，目前開關(guān)頻率已從20KHZ提高到10MHZ,

第二章電源中的電力電子器件與基礎(chǔ)電路

2－1電力電子器件

2-2-2整流與濾波電路

2-2-3功率變換電路

在高頻開關(guān)電源功率轉(zhuǎn)換電路中，單斷變換器(正激、反激式)與雙端變換器（推挽式、半橋、全橋式）的本質(zhì)區(qū)別，在于其高頻變壓器的磁芯只工作在第一象限，即處于磁滯回線一邊。按變壓器的副邊開關(guān)整流二極管的不同接線方式，單斷變換器有兩種類型：a.單端正激式變換電路b.單端反激式變換電路2.2.3.1單端反激式變換電路1.基本工作原理（下圖）ton時，Q1通，E+加在原邊Lp兩端，ip線形增加，儲能；副邊Ls電壓上正下負(fù)，D1反偏截止。toff時，Q1截止，ip降為０，原邊Lp兩端電壓極性反向，副邊Ls電壓隨著變?yōu)樯县?fù)下正，D1正向?qū)?。此后，儲存在變壓器中的磁能向?fù)載傳遞釋放電能。

當(dāng)單斷反激式變換器在原邊開關(guān)管導(dǎo)通時儲存能量，開關(guān)管截止時才向負(fù)載釋放能量，故高頻變壓器既起到變壓隔離作用，又是電感儲能元件。因此，又稱單端反激式變換器為“電感儲能式變換器”。2.電路特點(diǎn)a.由于原邊、副邊的電感量為常數(shù)，使原邊和副邊電流按線形規(guī)律升降，其電流工作狀態(tài)有三種：非連續(xù)態(tài)、臨界態(tài)及連續(xù)狀態(tài)；b一般用在小功率場合c利用率不高注意設(shè)計原則：必須使高頻變壓器磁芯的磁通復(fù)位。即：必須讓高壓開關(guān)管在一個周期內(nèi)的導(dǎo)通和截止期間，加在高頻變壓器原邊繞組上的伏－秒數(shù)相等。單端反激式變換器簡圖單端正激變換器電路2-2-3功率變換電路2.2.3.3推挽式功率變換電路（34）1.基本工作原理VT1、VT2中交替導(dǎo)通時，W1和W2有相應(yīng)的電流流過，變換器二次側(cè)將有功率輸出。2.電路特點(diǎn)a由于功率開關(guān)器件的發(fā)射極共地，無須隔離基極驅(qū)動電路，簡化b兩個功率開關(guān)器件輪流導(dǎo)通可獲得較大的功率輸出；c功率開關(guān)的耐壓值應(yīng)當(dāng)大于2Vin2.2.3.4全橋式功率變換電路1.基本工作原理變壓器連接在四橋臂中間，相對的兩對功率開關(guān)器件VT1-VT4和VT2-VT3交替導(dǎo)通或截止，使變壓器的二次側(cè)有功率輸出。當(dāng)功率開關(guān)器件VT1-VT4導(dǎo)通時，VT2-VT3則截止，這時，VT2-VT3兩端承受的電壓為輸入電壓Vin，在功率開關(guān)器件關(guān)斷過程中