《電力電子技術(shù)》課件模塊三——項(xiàng)目6

1、 電力電子技術(shù)2010年6月長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*項(xiàng)目六 開關(guān)電源主電路 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】掌握DC/DC變換電路的基本概念和工作原理。了解PWM控制電路的基本構(gòu)成和原理。了解軟開關(guān)技術(shù)的基本概念。在小組合作實(shí)施項(xiàng)目過程中培養(yǎng)與人合作的精神。學(xué)會分析問題和解決問題的方法。強(qiáng)化安全用電意識和職業(yè)行為規(guī)范。長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*一、項(xiàng)目分析開關(guān)電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類。DC/DC已實(shí)現(xiàn)模塊化，且設(shè)計技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國內(nèi)外已相對成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，并得到用戶的認(rèn)可，因而應(yīng)用較廣。而AC/DC因其自身特點(diǎn)使其在模塊化進(jìn)程中，遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝，應(yīng)用相對較少。那么，什

2、么是DC/DC變換電路？它是如何工作的？下面來介紹相關(guān)知識。長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*二、相關(guān)知識（一）DC/DC電路的工作原理DC/DC電路也叫直流斬波電路，是將直流電壓變換成固定的或可調(diào)的直流電壓的電路。按輸入、輸出有無變壓器可分有隔離型、非隔離型兩類。1非隔離型電路非隔離型電路根據(jù)電路形式的不同可以分為降壓型電路、升壓型電路、升降壓電路、庫克式斬波電路和全橋式斬波電路。其中降壓式和升壓式斬波電路是基本形式，升降壓式和庫克式是它們的組合，而全橋式則屬于降壓式類型。下面重點(diǎn)介紹基本斬波器的工作原理、升壓及降壓斬波電路。 長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*（1）基本斬波器的工作原理

3、 最基本的直流斬波電路如圖所示，負(fù)載為純電阻R。當(dāng)開關(guān)S閉合時，負(fù)載電壓uo=Ud，并持續(xù)時間TON；當(dāng)開關(guān)S斷開時，負(fù)載上電壓uo=0V，并持續(xù)時間TOFF。則T=TON+TOFF為斬波電路的工作周期，斬波器的輸出電壓波形如圖。 長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*若定義斬波器的占空比 ，則由波形圖上可得輸出電壓得平均值為 。只要調(diào)節(jié)k，即可調(diào)節(jié)負(fù)載的平均電壓。占空比k的改變可以通過改變TON或TOFF來實(shí)現(xiàn)，通常斬波器的工作方式有兩種：脈寬調(diào)制工作方式：維持T不變，改變TON；頻率調(diào)制工作方式：維持TON不變，改變T。 長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*（2）降壓斬波電路1）電路的結(jié)構(gòu)。

4、降壓斬波電路是一種輸出電壓的平均值低于輸入直流電壓的電路。它主要用于直流穩(wěn)壓電源和直流電機(jī)的調(diào)速。降壓斬波電路的原理圖及工作波形如圖所示。圖中，U為固定電壓的直流電源，V為晶體管開關(guān)（可以是大功率晶體管，也可以是功率場效應(yīng)晶體管）。L、R、電動機(jī)為負(fù)載，為在V關(guān)斷時給負(fù)載中的電感電流提供通道，還設(shè)置了續(xù)流二極管VD。 長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*2）電路的工作原理。t=0時刻，驅(qū)動V導(dǎo)通，電源U向負(fù)載供電，忽略V的導(dǎo)通壓降，負(fù)載電壓Uo=U，負(fù)載電流按指數(shù)規(guī)律上升。t=t1時刻，撤去V的驅(qū)動使其關(guān)斷，因感性負(fù)載電流不能突變，負(fù)載電流通過續(xù)流二極管VD續(xù)流，忽略VD導(dǎo)通壓降，負(fù)載電壓Uo

5、=0V，負(fù)載電流按指數(shù)規(guī)律下降。為使負(fù)載電流連續(xù)且脈動小，一般需串聯(lián)較大的電感L，L也稱為平波電感。t=t2時刻，再次驅(qū)動V導(dǎo)通，重復(fù)上述工作過程。c) 電流斷續(xù)時的波形EV+-MRLVDioEMuoiGtttOOOb)電流連續(xù)時的波形TEiGtontoffioi1i2I10I20t1uoOOOtttTEEiGiGtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEMa) 電路圖長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*（3）升壓斬波電路1）電路的結(jié)構(gòu)。升壓斬波電路的輸出電壓總是高于輸入電壓。升壓式斬波電路與降壓式斬波電路最大的不同點(diǎn)是，斬波控制開關(guān)V與負(fù)載呈并聯(lián)形式連接，儲能電感與負(fù)載呈串聯(lián)形式連接

6、，升壓斬波電路的原理圖及工作波形如圖 長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*2）電路的工作原理。 當(dāng)V導(dǎo)通時（TON），能量儲存在L中。由于VD截止，所以TON期間負(fù)載電流由C供給。在TOFF期間，V截止，儲存在L中的能量通過VD傳送到負(fù)載和C，其電壓的極性與U相同，且與U相串聯(lián)，提供一種升壓作用。如果忽略損耗和開關(guān)器件上的電壓降，則有長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*（4）升降壓斬波電路1）電路的結(jié)構(gòu)。升降壓斬波電路可以得到高于或低于輸入電壓的輸出電壓。電路原理圖如圖3-32所示，該電路的結(jié)構(gòu)特征是儲能電感與負(fù)載并聯(lián)，續(xù)流二極管VD反向串聯(lián)接在儲能電感與負(fù)載之間。電路分析前可先假設(shè)電路中電感

7、L很大，使電感電流iL和電容電壓及負(fù)載電壓uo基本穩(wěn)定。 長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*2）電路的工作原理。電路的基本工作原理是：V通時，電源U經(jīng)V向L供電使其貯能，此時二極管VD反偏，流過V的電流為i1。由于VD反偏截止，電容C向負(fù)載R提供能量并維持輸出電壓基本穩(wěn)定，負(fù)載R及電容C上的電壓極性為上負(fù)下正，與電源極性相反。V斷時，電感L極性變反，VD正偏導(dǎo)通，L中儲存的能量通過VD向負(fù)載釋放，電流為i2，同時電容C被充電儲能。負(fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反，該電路也稱作反極性斬波電路長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*2隔離型電路隔離型電路可分為正激式和反激式兩大類。反激式指

8、在變壓器原邊導(dǎo)通時副邊截止，變壓器儲能。原邊截止時，副邊導(dǎo)通，能量釋放到負(fù)載的工作狀態(tài)，一般常規(guī)反激式電源單管 多，雙管的不常見。正激式指在變壓器原邊導(dǎo)通同時副邊感應(yīng)出對應(yīng)電壓輸出到負(fù)載，能量通過變壓器直接傳遞。長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*（1）正激電路長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*（2）反激電路 長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*（3）半橋電路長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*（4）全橋電路長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*（5）推挽電路 長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*（二）開關(guān)狀態(tài)控制電路1開關(guān)狀態(tài)控制方式的種類開關(guān)電源中，開關(guān)器件開關(guān)狀態(tài)的控制方式主要有占空比控

9、制和幅度控制兩大類。（1）占空比控制方式 占空比控制又包括脈沖寬度控制和脈沖頻率控制兩大類。 1)脈沖寬度控制 脈沖寬度控制是指開關(guān)工作頻率(即開關(guān)周期T)固定的情況下直接通過改變導(dǎo)通時間(TON)來控制輸出電壓Uo大小的一種方式。因?yàn)楦淖冮_關(guān)導(dǎo)通時間TON就是改變開關(guān)控制電壓UC的脈沖寬度，因此又稱脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制。PWM控制方式的優(yōu)點(diǎn)是，因?yàn)椴捎昧斯潭ǖ拈_關(guān)頻率，因此，設(shè)計濾波電路時就簡單方便；其缺點(diǎn)是，受功率開關(guān)管最小導(dǎo)通時間的限制，對輸出電壓不能作寬范圍的調(diào)節(jié)，此外，為防止空載時輸出電壓升高，輸出端一般要接假負(fù)載(預(yù)負(fù)載)。長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系* 目前，集成開關(guān)

10、電源大多采用PWM控制方式。 2)脈沖頻率控制 脈沖頻率控制是指開關(guān)控制電壓UC的脈沖寬度(即TON)不變的情況下，通過改變開關(guān)工作頻率(改變單位時間的脈沖數(shù)，即改變T)而達(dá)到控制輸出電壓Uo大小的一種方式，又稱脈沖頻率調(diào)制(PFM)控制。（2）幅度控制方式 即通過改變開關(guān)的輸入電壓Us的幅值而控制輸出電壓Uo大小的控制方式，但要配以滑動調(diào)節(jié)器。長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*2PWM控制電路的基本構(gòu)成和原理長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*3 PWM控制器集成芯片介紹（1）SG1524/2524/3524 系列PWM控制器 長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信

11、息工程系*長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*（2）SG3525A PWM控制器 長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*（3）SG3525A的典型應(yīng)用電路 1）SG3525A驅(qū)動MOSFET管的推挽式驅(qū)動電路 長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*2）SG3525A驅(qū)動MOS管的半橋式驅(qū)動電路 長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*（三）其他電路1過電壓保護(hù)電路 長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*2過電流保護(hù)電路長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*三、項(xiàng)目實(shí)施（一）認(rèn)識DC/DC變換電路 長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*（二）控制電路調(diào)試1）啟動實(shí)驗(yàn)裝置電源

12、，開啟DJK20控制電路電源開關(guān)。2）調(diào)節(jié)PWM脈寬調(diào)節(jié)電位器Ur，用雙蹤示波器分別觀察SG3525的第11腳與第14腳的波形，觀察輸出PWM信號的變化情況。3）用示波器分別觀察A、B和PWM信號的波形，記錄其波形、頻率和幅值 。4）用雙蹤示波器的兩個探頭同時觀測11腳和14腳的輸出波形，調(diào)節(jié)PWM脈寬調(diào)節(jié)電位器，觀測兩路輸出的PWM信號，測出兩路信號的相位差，并測出兩路PWM信號之間的“死區(qū)”時間 。長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*（三）DC/DC變換電路調(diào)試 1DC/DC變換電路接線 長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系*2DC/DC變換電路測試（使用一個探頭觀測波形）（1）接通交流電源，觀測Ui波形，記錄其平均值（注：本裝置限定直流輸出最大值為50V，輸入交流電壓的大小由調(diào)壓器調(diào)節(jié)輸出）。（2）用示波器觀測PWM