no20電力電子技術(shù)晶體管功率電路5多

1第九章晶體管功率電路課程組網(wǎng)站：多晶體管功率變換器2推挽電路半橋電路全橋電路3一.基本逆變電路原理1.推挽功率電路電路組成：Q1,Q2,D1,D2,TQ1Q2共發(fā)射極連接D1D2分別為Q1和Q2的反并方向T的原副邊含義基本工作原理：Q1Q2交替導(dǎo)通4阻性負(fù)載性推挽功率電路純電阻負(fù)載時(shí)工作波形：設(shè)變壓器為理想變壓器5推挽功率電路D1Q1Q2D2電感負(fù)載工作波形：Q1,Q2導(dǎo)通時(shí)傳遞能量D1,D2導(dǎo)通時(shí)回饋能量6推挽功率電路RL負(fù)載時(shí)波形：器件導(dǎo)通順序與純電感負(fù)載相同電流按指數(shù)規(guī)律變化D1導(dǎo)通時(shí)間<Q1導(dǎo)通時(shí)間7推挽電路特點(diǎn)N11、N12、N2三個(gè)繞組應(yīng)緊密耦合，否則由于漏感產(chǎn)生尖峰電壓由于漏感產(chǎn)生尖峰電壓，晶體管電壓應(yīng)比2Ui要大（留安全裕量），適用低壓輸入雙向磁化傳遞能量，適合較大功率保持良好對(duì)稱性：正負(fù)脈沖寬度、初級(jí)線圈、原邊器件，否則直流磁化分量導(dǎo)致磁芯飽和可以通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電壓調(diào)節(jié)8推挽直流變換器9推挽電路半橋電路全橋電路10半橋電路的構(gòu)成電路構(gòu)成：兩晶體管串成一橋臂二個(gè)大容量電容變壓器D1、D2是感性負(fù)載的續(xù)流二極管11推挽電路半橋電路電阻性負(fù)載電感性負(fù)載全橋電路12半橋式功率電路－電阻性負(fù)載模態(tài)1由于C1/C2容量較大，可近似認(rèn)為電容中點(diǎn)電位為Ui/2當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí)：電容C1放電，電容C2充電N1上電壓為Ui/2N2上電壓為Ui/2*n

13半橋式功率電路－電阻性負(fù)載模態(tài)2當(dāng)Q2導(dǎo)通時(shí)：電容C1充電，電容C2放電N1上電壓為－Ui/2N2上電壓為－Ui/2*n

14推挽電路半橋電路電阻性負(fù)載電感性負(fù)載全橋電路15半橋式功率電路－電感性負(fù)載模態(tài)１當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí)：電容C1放電，電容C2充電N1上電壓為Ui/2N2上電壓為Ui/2*n

16半橋式功率電路－電感性負(fù)載模態(tài)2當(dāng)Q1關(guān)斷時(shí)：由于電感維持原電流方向,D2續(xù)流N1上電壓為－Ui/2N2上電壓為－Ui/2*n電容C1放電，電容C2充電

17半橋式功率電路－電感性負(fù)載模態(tài)3當(dāng)電流下降到零后由于Q2有觸發(fā)信號(hào)，Ｑ2導(dǎo)通電容C1充電，電容C2放電N1上電壓為－Ui/2N2上電壓為－Ui/2*n

18半橋式功率電路－電感性負(fù)載模態(tài)4當(dāng)Q2關(guān)斷后電感維持原有電流，D1續(xù)流N1上電壓為Ui/2N2上電壓為Ui/2*n電容C1充電，電容C2放電19半橋電路（感性負(fù)載）工作狀態(tài)半橋電路的不同工作模態(tài)模態(tài)a:Q1導(dǎo)通模態(tài)b:D2導(dǎo)通模態(tài)C:Q2導(dǎo)通模態(tài)d:D1導(dǎo)通20電感性負(fù)載工作波形D1Q1Q2D2Q1,Q2導(dǎo)通時(shí)傳遞能量D1,D2導(dǎo)通時(shí)回饋能量D1、D2稱為反饋二極管,還使io連續(xù)，又稱續(xù)流二極管注意電容電流與原邊電流關(guān)系21半橋電路工作狀態(tài)小結(jié)變壓器次級(jí)得到矩形波交流輸出C1和C2均分輸入電壓，共同提供原邊電流正向電流時(shí)，電容C1放電，電容C2充電；反向電流時(shí)，電容C1充電，電容C2放電電感負(fù)載下：D1,Q1,D2,Q2輪流導(dǎo)通22半橋電路工作狀態(tài)小結(jié)D1/Q1導(dǎo)通時(shí)，輸出正向電壓；D2/Q2導(dǎo)通時(shí)，輸出反向電壓Q1/D2導(dǎo)通時(shí)，輸出正向電流；Q2/D1導(dǎo)通時(shí)，輸出反向電流功率器件電壓為輸入電壓，是推挽電路一半23濾波電容設(shè)計(jì)變壓器的初級(jí)電流每個(gè)電容電流為初級(jí)電流一半，所以半周期電容電壓變化量：即：24推挽電路半橋電路全橋電路25單相全橋功率電路電路結(jié)構(gòu)：全橋功率電路是由兩個(gè)半橋電路組合而成Q1和Q2構(gòu)成一個(gè)橋臂，Q3和Q4構(gòu)成一個(gè)橋臂Q1和Q4同時(shí)開(kāi)關(guān)，Q2和Q3同時(shí)開(kāi)關(guān)，交替各導(dǎo)通180°26推挽電路半橋電路全橋電路阻性負(fù)載感性負(fù)載阻感性負(fù)載27單相全橋功率電路(阻性負(fù)載)阻性負(fù)載：Q1/Q4導(dǎo)通時(shí)，輸出為正極性；Q2/Q3導(dǎo)通時(shí)，輸出為負(fù)極性類似半橋電壓波形，幅值增加一倍，Uo=±Uin28推挽電路半橋電路全橋電路阻性負(fù)載感性負(fù)載阻感性負(fù)載29橋式功率電路－電感性負(fù)載模態(tài)１當(dāng)Q1Q4導(dǎo)通時(shí)：負(fù)載電壓為+Uin負(fù)載電流線性增加輸入向負(fù)載傳遞能量30橋式功率電路－電感性負(fù)載模態(tài)2當(dāng)Q1Q4關(guān)斷時(shí)：由于電感維持原電流方向,D2D3續(xù)流負(fù)載電壓為－Uin負(fù)載電流線性下降負(fù)載向輸入回饋能量31橋式功率電路－電感性負(fù)載模態(tài)3當(dāng)電流下降到零后時(shí)：由于Q2Q3有觸發(fā)信號(hào)，Q2Q3導(dǎo)通負(fù)載電壓為－Uin負(fù)載電流線性反向增加輸入向負(fù)載傳遞能量32橋式功率電路－電感性負(fù)載模態(tài)4當(dāng)Q2Q3關(guān)斷時(shí)：由于電感維持原電流方向,D1D4續(xù)流負(fù)載電壓為+Uin負(fù)載電流線性上升負(fù)載向輸入回饋能量33推挽電路半橋電路全橋電路阻性負(fù)載感性負(fù)載阻感性負(fù)載34單相全橋功率電路電流波形：器件導(dǎo)通特點(diǎn)不變電流非線性變化反饋能量時(shí)間<傳遞能量通時(shí)間35全橋電路工作狀態(tài)小結(jié)D1D4或Q1Q4導(dǎo)通時(shí)，

輸出正向電壓D2D3或Q2Q3導(dǎo)通時(shí)，

輸出負(fù)向電壓Q1Q4或D2D3導(dǎo)通時(shí)，

輸出正向電流Q2Q3或D1D4導(dǎo)通時(shí)，

輸出反向電流功率器件導(dǎo)通順序：

Q1(4),D2(3),Q2(3),D1(4)36全橋電路工作狀態(tài)小結(jié)功率管導(dǎo)通時(shí)為功率傳遞過(guò)程；續(xù)流二極管導(dǎo)通時(shí)為能量回饋過(guò)程功率器件電壓為輸入電壓，是推挽電路一半輸出電壓大小為半橋電路的兩倍，功率器件電流為半橋電路的一半37輸出電壓調(diào)節(jié)方法（1）輸出電壓調(diào)節(jié)方法（1）調(diào)脈寬pwmQ1Q2工作方式不變Q3Q4進(jìn)行PWM控制38輸出電壓調(diào)節(jié)方法（2）移相控制phaseshiftcontrol：采用移相方式調(diào)節(jié)輸出電壓，稱為移相調(diào)壓各控制信號(hào)為180°正偏，180°反偏且Q1和Q2互補(bǔ)，Q3和Q4互補(bǔ)關(guān)系不變39輸出電壓調(diào)節(jié)方法（2）移相控制phaseshiftcontrol：Q3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)只比Q1落后θ(0<θ<180°)uo成為正負(fù)各為θ的脈沖改變?chǔ)瓤烧{(diào)節(jié)輸出電壓40單相功率電路比較管子承受電壓：全橋=半橋=Ui，推挽=2Ui管子流過(guò)電流：全橋=半橋/2=推挽變壓器：橋式和半橋可有可無(wú)，推挽必須有飽和電壓：橋式兩個(gè)，半橋和推挽均為一個(gè)橋式適合于高壓輸入場(chǎng)合41表1各種不同的間接直流變流電路的比較電路優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)功率范圍應(yīng)用領(lǐng)域正激電路較簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單變壓器單向激磁，利用率低，需要磁復(fù)位電路幾百W~幾kW各種中、小功率電源反激電路非常簡(jiǎn)單，成本很低，可靠性高，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單難以達(dá)到較大的功率，變壓器單向激磁，利用率低幾W~幾十W小功率電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)設(shè)備、消費(fèi)電子設(shè)備電源。全橋變壓器雙向勵(lì)磁，容易達(dá)到大功率結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，有直通問(wèn)題，可靠性低，需要復(fù)雜的多組隔離驅(qū)動(dòng)電路，存在偏磁問(wèn)題幾百W~幾百kW大功率工業(yè)用電源、焊接電源、電解電源等半橋變壓器雙向勵(lì)磁，沒(méi)有變壓器偏磁問(wèn)題，開(kāi)關(guān)較少，成本低有直通問(wèn)題，可靠性低，需要復(fù)雜的隔離驅(qū)動(dòng)電路幾百W~幾kW各種工業(yè)用電源，計(jì)算機(jī)電源等推挽變壓器雙向勵(lì)磁，變壓器一次側(cè)電流回路中只有一個(gè)開(kāi)關(guān)，通態(tài)損耗較小，驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單有偏磁問(wèn)題、變壓器制造工藝要求高幾百W~幾kW