浙江工業(yè)大學(xué)現(xiàn)代電工學(xué)課件11功率電子電路

浙江工業(yè)大學(xué)現(xiàn)代電工學(xué)課件11功率電子電路第一頁(yè)，共43頁(yè)。11.1直流穩(wěn)壓電源11.1.1單相橋式整流電路11.1.2濾波電路11.1.3

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路概述翻頁(yè)(三端集成穩(wěn)壓電路）2第二頁(yè)，共43頁(yè)。u1半導(dǎo)體直流電源的原理方框圖電源變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路u2uRuFuououFuRu2u1ttttt00000翻頁(yè)√√√3第三頁(yè)，共43頁(yè)。u2D1D2D3D4RLu1+–uL+–u2在正半周時(shí)：D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止11.1.1

單相橋式整流電路u2=√2U2sinωt,u2uL

（iL）ttUL=?

IL=?

UDRM=？思考：u2在負(fù)半周時(shí)：D2、D4導(dǎo)通，D1、D3截止D理想元件UL=0.9U2

IL=0.9U2/RL

UDRM=√2U200翻頁(yè)4第四頁(yè)，共43頁(yè)。負(fù)載上得到的脈動(dòng)電壓：整流電壓的平均值整流電流的平均值

二極管承受的最高

反向電壓:UDRM=?UDRM=√2

U2uLUL

ωt=

0.9U2ULRLIL==0.9U2RLID=12IL=0.45U2RL=U2√2π2UL=1π∫0π√2U2sinωtdωt0翻頁(yè)π5第五頁(yè)，共43頁(yè)。u2D1D2D3D4+RL二極管承受的最高反向電壓：UDRM=√2U2變壓器二次側(cè)的電流：i2U2RLI2==1.11ILI2交流有效值，IL直流平均值翻頁(yè)6第六頁(yè)，共43頁(yè)。整流橋堆7第七頁(yè)，共43頁(yè)。11.1.2濾波電路電容濾波單相半波整流濾波電路u2

=√2U2sinωtRL=∞RL≠∞u2正半周上升段，D導(dǎo)通，C充電.uL跟隨u2變化tttu2uLuLTrDu2uLRLCu1+－++－－+u2正半周下降段的開(kāi)始，D仍導(dǎo)通，uL跟隨u2變化,C放電。u2繼續(xù)下降，u2<uL,D截止，C放電，uL按指數(shù)函數(shù)衰減直到u2上升到>uL

，D再次導(dǎo)通，進(jìn)入下一周期000翻頁(yè)8第八頁(yè)，共43頁(yè)。為了得到較為平直的輸出電壓：一般要求：RLC≥(3~5)T/2

T——交流電源的周期（20ms)tuL0半波全波UL≈

U2

(半波）1.2U2(全波）有濾波（估算）無(wú)濾波翻頁(yè)9第九頁(yè)，共43頁(yè)。L濾波

RC濾波

LC濾波π型濾波RLLCRRLCRLLRLRLRCCCLC其他形式的濾波電路翻頁(yè)10第十頁(yè)，共43頁(yè)。UiTIoUoUzDzUfR2R1R3+－+－+-－＋∞++11.1.3

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路基準(zhǔn)電壓取樣環(huán)節(jié)1.串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理比較放大環(huán)節(jié)調(diào)整環(huán)節(jié)RL翻頁(yè)11第十一頁(yè)，共43頁(yè)。穩(wěn)壓原理：UoUfUBIBICUoUCEUO

=Ui-UCEUiT1I0UoUzDzUfR2R1R3+－+－+－－＋∞++RP比較放大器：電壓串聯(lián)負(fù)反饋RL翻頁(yè)12第十二頁(yè)，共43頁(yè)。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路思考題：為了穩(wěn)壓,調(diào)整管應(yīng)處于什么狀態(tài)?UiTI0U0UzDzUfR2R1R3+－+－+－－＋∞++截止，飽和導(dǎo)通，線性放大狀態(tài)翻頁(yè)√13第十三頁(yè)，共43頁(yè)。2.

集成穩(wěn)壓電路輸出電壓固定的兩種穩(wěn)壓器：CW7800系列（輸出正電壓）CW7900系列（輸出負(fù)電壓）CW7800系列穩(wěn)壓器的外形管腳。輸出電壓有：5V、6V、

9V、12V、15V、18V、24V。132-CW7800UiCiCo123+-+U0固定輸出的接法CW7800系列（輸出正電壓）最大輸入電壓:30V~40V翻頁(yè)11-Ui,2-地，3-Uo14第十四頁(yè)，共43頁(yè)。123

UiUo地+CW7900UiCiCo213-+-U0固定輸出的接法7900系列（輸出負(fù)電壓）如7915輸出穩(wěn)定電壓-15V最大輸入電壓:-40V~-30VCi:降低紋波(減少電壓的交流成分)Co:改善負(fù)載特性翻頁(yè)注意電解電容的正負(fù)下（+），上（-）15第十五頁(yè)，共43頁(yè)。集成穩(wěn)壓器的幾種應(yīng)用1.提高輸出電壓2.正負(fù)電壓同時(shí)輸出CW7805UiCiUzC0U0+－+－－+321Uo=5+UZ翻頁(yè)CW7800CW79000.33μF2.2μF0.1μF1μF132-U0+U0321+-16第十六頁(yè)，共43頁(yè)。UiI3R1R2I2CW7805Uo+__+設(shè)：β=10，

+βIcI2≈I1=IR+IB=UBERR=0.5Ω，I2

=1A則：Ic=4A圖示電路中U0=？3.擴(kuò)大輸出電流UBE=

0.3VIo=I2+IC=5A。IcUiRIRCiIBI1I2C0CW7800IO+_+_TUoUo=5+I2R2=5+5R1R24.可調(diào)輸出電壓Io=I2+Ic翻頁(yè)(I3

≈0)ECB17第十七頁(yè)，共43頁(yè)。CW117和CW137系列穩(wěn)壓器1.25V翻頁(yè)RoCW117UiCiCo312+-+固定輸出的接法-外形管腳123123調(diào)節(jié)輸出輸入調(diào)節(jié)輸入輸出CW117CW137CW117輸入輸出為正，輸出+1.25VCW137輸入輸出為負(fù)，輸出-1.25V18第十八頁(yè)，共43頁(yè)。CW117接成輸出電壓連續(xù)可調(diào)的基本電路翻頁(yè)213HW11-1：11.3，11.8，11.10I≈019第十九頁(yè)，共43頁(yè)。三端集成穩(wěn)壓器優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)壓特性好，紋波小缺點(diǎn)：效率低，發(fā)熱嚴(yán)重LM2575非隔離DC－DC調(diào)壓器原理：ＰＷＭ優(yōu)點(diǎn)：效率高，發(fā)熱小缺點(diǎn)：穩(wěn)壓效果比三端集成穩(wěn)壓器差對(duì)輸入電壓要求高（濾波）翻頁(yè)20第二十頁(yè)，共43頁(yè)。11.2.2

可控整流電路11.2.1晶閘管和絕緣門極雙極型晶體管11.2功率半導(dǎo)體器件和變流電路11.2.3

交流調(diào)壓和變頻電路11.2.4

直流調(diào)壓電路翻頁(yè)21第二十一頁(yè)，共43頁(yè)。PNPN11.2.1晶閘管和IGBT基本結(jié)構(gòu)A——陽(yáng)極AK——陰極G——控制極GKAGK符號(hào)1晶閘管翻頁(yè)KAGBT15122第二十二頁(yè)，共43頁(yè)。EAEGKTGLA晶閘管實(shí)驗(yàn)電路示意圖當(dāng)AK加正向電壓、GK不加電壓時(shí)燈不亮，說(shuō)明T不導(dǎo)通當(dāng)AK、GK都加正向電壓時(shí),燈亮，說(shuō)明T導(dǎo)通。將EG斷開(kāi)時(shí)燈依舊亮，說(shuō)明T仍導(dǎo)通。將EA斷開(kāi)或AK加反向電壓時(shí),燈不亮，說(shuō)明T截止。SW1SW223第二十三頁(yè)，共43頁(yè)。晶閘管導(dǎo)通必須同時(shí)具備兩個(gè)條件:1.晶閘管A-K加正向電壓2.G-K加適當(dāng)?shù)恼螂妷篣G結(jié)論(只需加觸發(fā)脈沖即可)翻頁(yè)UG只能控制A-K導(dǎo)通，不能控制其關(guān)斷---半控型器件AGK24第二十四頁(yè)，共43頁(yè)。T2T1IGEGREAP2N1P1工作原理分析：P1N1N2P2AGK思考題：晶閘管和二極管、三極管原理的區(qū)別?N1P2N2β2IGβ1β2IG翻頁(yè)+AT1P2GP1P2IAN1N2IKIGN1T2-KKGA25第二十五頁(yè)，共43頁(yè)。IGIGUBRUBOIUIHIG0=0IG1IG2>+_+_沒(méi)有導(dǎo)通時(shí)的特性導(dǎo)通時(shí)的特性晶閘管的伏安特性U＋－P1N1N2P2AGK控制極未加正向電壓時(shí)控制極加正向電壓時(shí)0KA26第二十六頁(yè)，共43頁(yè)。晶閘管的主要參數(shù)正向轉(zhuǎn)折電壓UBO反向轉(zhuǎn)折電壓UBR正向平均電流IF維持電流IH27第二十七頁(yè)，共43頁(yè)。2.絕緣門極雙極型晶體管（IGBT）

IGBT是一種MOSFET與GTR（大功率雙極型晶體管）的復(fù)合器件。CGEIGBT原理示意圖和符號(hào)CGE門極發(fā)射極集電極

IGBT是一種既能控制其導(dǎo)通又能控制其關(guān)斷的功率半導(dǎo)體器件。當(dāng)門極加上一定的正向電壓時(shí)管子導(dǎo)通，而當(dāng)門極不加電壓或加反向電壓時(shí)，管子則被關(guān)斷。翻頁(yè)N溝道PNP28第二十八頁(yè)，共43頁(yè)。IGBT的工作特點(diǎn)ECG門極電壓UG＞UG(th),IGBT導(dǎo)通集電極電流IC由門極電壓UG控制IGBT需專用門極驅(qū)動(dòng)電路,UG高電平時(shí)導(dǎo)通,低電平時(shí)關(guān)斷.既可控制導(dǎo)通又可控制關(guān)斷,全控型器件.門極電壓UG＜UG(th),IGBT關(guān)斷翻頁(yè)UG29第二十九頁(yè)，共43頁(yè)。11.2.2

可控整流電路

變流電路有四種基本類型：

極性:整流（AC－DC)、逆變（DC－AC)大小:直流調(diào)壓（DC－DC)、交流調(diào)壓及變頻(AC-AC)

可控整流電路的主電路結(jié)構(gòu)形式：

單相半波、單相橋式、三相半波、三相橋式等

可控整流電路的功能：

將交流電變換成電壓大小可調(diào)的直流電(極性,大小)翻頁(yè)30第三十頁(yè)，共43頁(yè)。1、單相半波可控整流電路電阻性負(fù)載u2

=√2UsinωtuuGuouTωtωtωtωtu2TRLuTuouG+－+－－+0000翻頁(yè)IoKL：u2＝uT＋uo231第三十一頁(yè)，共43頁(yè)。2.單相可控橋式全波整流電路T1T2T4T3RLuL+i0u2u1+－G1G2G3G4+－+－u2

=√2U2sinωt翻頁(yè)32第三十二頁(yè)，共43頁(yè)。u2ωtωtωtuGuLiLωtuGuG1uG4uG2uG3uG1uG4導(dǎo)通角

控制角導(dǎo)通角單相橋式全波可控整流電路波形圖0000翻頁(yè)θαπ33第三十三頁(yè)，共43頁(yè)。整流輸出電壓與電流的平均值當(dāng)α=0°（θ=180°）時(shí)晶閘管全導(dǎo)通

UL=0.9U2當(dāng)α=180°（θ=0°）時(shí)晶閘管關(guān)斷UL=0負(fù)載中整流電流的平均值為IL=ULRL=0.9U2RL·1+cosα21∫π=π2√2U2(1+cosα)=0.9U21+cosα2UL=πα√2U2Sinωtdωt翻頁(yè)34第三十四頁(yè)，共43頁(yè)。ui011.2.3

交流調(diào)壓和變頻電路交流調(diào)壓就是改變交流電壓有效值的大小，但其頻率不變。uL單相交流調(diào)壓電路T1T2G1G2RLui+－＋－uG01.交流調(diào)壓：翻頁(yè)uL0不是正弦波απ35第三十五頁(yè)，共43頁(yè)。交流電壓的有效值翻頁(yè)36第三十六頁(yè)，共43頁(yè)。2.交流