電力電子第7章-電力電子裝置課件

1、第7章電力電子裝置 主編7.1高頻開關(guān)式穩(wěn)壓電源1. 高頻開關(guān)式穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)(1)電路框圖圖7-1所示為100kHz、60W的高頻開關(guān)式直流穩(wěn)壓電源的原理框圖。圖7-1高頻開關(guān)式直流穩(wěn)壓電源的原理框圖7.1高頻開關(guān)式穩(wěn)壓電源(2)芯片結(jié)構(gòu)及功能PWM控制器MC34060為14引腳的雙列直插中規(guī)模集成電路。MC1723誤差放大器芯片電路有兩個(gè)功能：一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的電源電壓作為本身的工作電源和參考電壓；二是放大信號(hào)。它在本電源中的任務(wù)是從+5V輸出電壓引入反饋信號(hào)，與本身參考電壓比較獲得誤差信號(hào)，放大后作為PWM控制器的控制信號(hào)。7.2高效節(jié)能型熒光燈2. 高頻開關(guān)式穩(wěn)壓電源的工作原理三片式開

2、關(guān)電源電路圖如圖72所示。圖7-2三片式開關(guān)電源電路圖7.2高效節(jié)能型熒光燈1. 節(jié)能型熒光燈電路結(jié)構(gòu)圖73所示為由電力MOSFET構(gòu)成的高頻自激振蕩器作電源的節(jié)能型熒光燈原理電路。2. 節(jié)能型熒光燈電路工作原理圖7-3節(jié)能型熒光燈原理電路7.2高效節(jié)能型熒光燈節(jié)能型熒光燈電路工作原理簡(jiǎn)述如下：當(dāng)220V交流電源接通時(shí)，電力MOSFET V1和V2兩個(gè)器件電流的開通滯后時(shí)間和上升時(shí)間不可能完全一致，其中開通時(shí)間短一點(diǎn)的管子(假如V2)電流上升得快，則變壓器星號(hào)端感應(yīng)高電位。于是通過磁通耦合，使V2柵極電位也上升，V2漏極電流進(jìn)一步增大；而V1柵極電位下降并趨向截止。隨著V2漏極電流增大，變壓器

3、磁路趨向飽和，磁通變化率急劇減小，因而V2柵極電壓隨之迅速降低，而V1柵極電位上升，使V2漏極電流減小，于是變壓器一次繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)反向。通過耦合，V2柵極電壓也反向，迫使V2截止，V1柵極電壓上升而導(dǎo)通，完成一次換相?？梢钥闯?，利用變壓器磁路飽和，電路可以連續(xù)振蕩，振蕩頻率由變壓器二次負(fù)載電阻、高頻扼流圈L和變壓器漏感決定。7.3逆變弧焊電源1. 電路結(jié)構(gòu)及原理框圖逆變弧焊電源主電路由IGBT組成，采用脈沖寬度調(diào)制和脈沖頻率調(diào)制綜合控制方法控制電源輸出外特性，其電路原理框圖如圖74所示。圖7-4IGBT逆變弧焊電源電路原理框圖7.3逆變弧焊電源2. 工作過程原理(1)電源主電路該電源主電路采

4、用抗不平衡能力較強(qiáng)的半橋式逆變電路，由IGBT管V1、V2和電容CA、CB組成，由于逆變頻率較高，控制系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)也較小，因而電弧穩(wěn)定性較好；采用電流負(fù)反饋控制，電源輸出外特性為恒流特性。(2)控制電路采用脈沖寬度調(diào)制和脈沖頻率調(diào)制的綜合控制方法控制電源輸出外特性，控制電路包括電流取樣電路、誤差放大器、PWM控制器、最小脈沖寬度限制電路、門限電路和驅(qū)動(dòng)輸出電路幾部分。7.3逆變弧焊電源控制電路工作過程如下：由電流取樣電路(RI)取得的電流信號(hào)，經(jīng)誤差放大器A1與給定電流信號(hào)IG比較放大后，輸入PWM控制器控制其脈沖寬度輸出，從而實(shí)現(xiàn)PWM控制；短路時(shí)通過門限控制改變輸出脈沖頻率，從而實(shí)現(xiàn)PFM

5、控制。在電路中設(shè)置了電流門限值IC，當(dāng)負(fù)載短路時(shí)電流增加，由電流取樣電路取得的電流信號(hào)與IC比較，一旦超過IC，則比較器A2輸出低電平，關(guān)閉PWM電路輸出，輸出電流隨之下降。當(dāng)電流降到IC值以下時(shí)，恢復(fù)PWM電路的輸出。如此反復(fù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電源的短路電流和瞬時(shí)電流沖擊的限制。7.3逆變弧焊電源(3)保護(hù)電路分過電流保護(hù)和過電壓保護(hù)兩個(gè)方面。 過電流保護(hù)：在弧焊電源中的過電流現(xiàn)象可分為兩種情況，一種是由于負(fù)載突然增大或短路而造成的過電流；另一種是由于器件損壞，如IGBT、逆變電容、整流二極管失效而造成的過電流。針對(duì)上述兩種情況，電源中設(shè)置了三種過電流保護(hù)措施：1)輸入端快速熔斷器(FU)過電流保護(hù)

6、；2)通過檢測(cè)IGBT的C、E間電壓來檢測(cè)流過IGBT的電流，當(dāng)電流超過設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉IGBT，隨后切斷整個(gè)主電路；3)通過取樣電阻檢測(cè)流過電源二次側(cè)的電流，一旦電流超過給定值時(shí)，則關(guān)閉PWM輸出，而后繼續(xù)檢測(cè)，直至電流低于給定值時(shí)恢復(fù)PWM輸出。7.3逆變弧焊電源過電壓保護(hù)：過電壓保護(hù)電路仍由阻容吸收網(wǎng)絡(luò)R1、C1和R2、C2組成，它們分別并聯(lián)在IGBT開關(guān)管V1、V2的C、E極兩端，以吸收管子在關(guān)斷過程中產(chǎn)生的電壓尖峰，抑制過高的didt，保護(hù)IGBT的安全。7.4不間斷電源1. UPS的基本電路結(jié)構(gòu)在線式不間斷電源的基本結(jié)構(gòu)如圖75所示，它由整流器、逆變器、蓄電池組、靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)等部分組

7、成。正常工作時(shí)，市電經(jīng)整流器變成直流電后，再經(jīng)逆變器變換成穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的正弦波交流電供給負(fù)載。當(dāng)市電掉電時(shí)，由蓄電池組向逆變器供電，以保證負(fù)載不間斷供電。如果逆變器發(fā)生故障，不間斷電源則通過靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到旁路，直接由市電供電。圖7-5在線式不間斷電源的基本結(jié)構(gòu)7.4不間斷電源圖7-6單相全橋PWM整流電路2. UPS的整流電路7.4不間斷電源3. UPS的逆變器正弦波輸出UPS通常采用SPWM逆變器，UPS輸出有單相輸出，也有三相輸出。下面以單相輸出的UPS為例，分析逆變器的工作原理。圖77給出了單相輸出UPS逆變器及控制原理框圖，它由主電路、控制電路、輸出隔離變壓器和濾波電路等組成。主電路采用全橋逆變電路，對(duì)于小功率UPS，開關(guān)器件一般為MOSFET；而對(duì)于大功