第八章電力電子技術(shù)

第八章電力電子技術(shù)第1頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三電源變壓器:將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓u2。整流電路:將交流電壓u2變?yōu)槊}動的直流電壓u3。濾波電路:將脈動直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4。穩(wěn)壓電路:在電網(wǎng)電壓波動及負(fù)載變化時,保持輸出電壓u0穩(wěn)定。8.1半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電源整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路變壓器u1u2u3u4uo變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路第2頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三整流電路的任務(wù)是把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗蛎}動的直流電壓。常見的小功率整流電路，有單相半波、全波、橋式整流等。為分析簡單起見，我們把二極管當(dāng)作理想元件處理，即加正向電壓導(dǎo)通，且正向?qū)娮铻榱悖ㄏ喈?dāng)于短路），加反向電壓截止，且反向電阻為無窮大（相當(dāng)于開路）。8.1.1整流電路第3頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三1.單相半波整流電路1）電路u1u2TrVDRLu0Tr：整流變壓器VD：理想二極管UD>0，VD導(dǎo)通；UD=0，I取決于外電路；UD

0，VD截止；I=0，UD（負(fù)值）取決于外電路。RL：負(fù)載電阻u1，u2：正弦波第4頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三u2>0時，二極管導(dǎo)通，2）工作原理u2<0時，二極管截止，uoiotwu2twuDu0=u2，uD=0u0=

0，uD=u2u1u2TrVDRLu0i0iDuD思考：VD反接，uo的波形第5頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三二極管上承受的最高反向電壓：二極管的平均電流：3）各電量計算輸出電壓平均值：輸出電流平均值：2UOIO半波整流時，變壓器副邊電流為非正弦波！有效值與最大值不滿足的關(guān)系。第6頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三4）整流元件選擇選擇依據(jù)：二極管上承受的最高反向電壓：UDRM二極管上的平均電流：ID選擇方法：查手冊，看參數(shù)，選型號最大整流電流IOMIOM>

ID最大反向工作電壓URMURM=（2~3）UDRM第7頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三整流橋1）電路2.單相橋式整流電路u1u2TrVD4VD2VD1VD3RLu0簡化畫法u1u2TrRLu0第8頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三+-u2正半周時：2）工作原理Tru1u2VD4VD2VD1VD3RLu0u2>0，D1，D3通，D2，D4止；u2<0，D2，D4通，D1，D3止；u0=u2u0=-u2u2負(fù)半周時：-+uoiotwu2tw第9頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三u2uD4,uD2uD3,uD1uou2D4D2D1D3RLu0輸出是單向脈動的直流電壓！第10頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三二極管上承受的最高反向電壓：二極管的平均電流：3）各電量計算輸出電壓平均值：輸出電流平均值：uoiotw第11頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三變壓器副邊電流有效值為正弦波電流的有效值！4）整流元件選擇同半波整流。最大整流電流IOM最大反向工作電壓URMURM=（2~3）UDRMIOM>

ID第12頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三幾種常見的硅整流橋+AC-~+~-~+-~第13頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三u0u1u2u1abVD4VD2VD1VD3RLSu2uo電源短路例1橋式整流電路中，若D3斷開、短路、反向，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？第14頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三8.1.2濾波電路濾波原理:交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動直流，其中既有直流成分又有交流成分。濾波電路利用儲能元件電容兩端的電壓(或通過電感中的電流)不能突變的特性,將電容與負(fù)載RL并聯(lián)(或?qū)㈦姼信c負(fù)載RL串聯(lián))，濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。第15頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三1.電容濾波電路橋式整流電容濾波電路u1u2u1abVD4VD2VD1VD3RLu0C1）電路接在整流電路之后，與負(fù)載并聯(lián)；一般選擇極性電容器。濾波電容C第16頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三u2tu0t沒有電容時的輸出波形2）工作原理0/2t1t2C事先未充電0~/2u2>

uo，D1、D3通，C充電

C放電，指數(shù)規(guī)律，快！u2>

uo，D1、D3仍導(dǎo)通uo=

u2正弦規(guī)律uo仍為正弦規(guī)律~t2t1C放電，指數(shù)規(guī)律慢！uc>

u2，D1、D3截止，uo指數(shù)規(guī)律有電容時的輸出波形~t1/2u2正弦規(guī)律，慢！u1u2u1abD4D2D1D3RLu0C第17頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三u2tu0t有電容時的輸出波形半波整流電容濾波時沒有電容時的輸出波形第18頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三u0tu2tu2<uo時，二極管截止，電容通過RL放電，u0逐漸下降。電容的放電電流填補(bǔ)了波形的部分空白，使輸出電壓的平均值增大。u0tu2t濾波電容在u2>

uo時充電，在u2<uo時放電。橋式整流電容濾波時，每個周期充、放電兩次；半波整流電容濾波時，每個周期充、放電一次；第19頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三輸出電壓的平滑程度和平均值與電容的放電時間常數(shù)RLC有關(guān)。RLC越小，輸出電壓越低，輸出電壓中含紋波成分越大。RLC大RLC小UOUO若空載（RL開路），輸出波形如何？第20頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三3）濾波電容的選擇與輸出電壓的估算

C容量選擇：T：交流電壓的周期

C耐壓選擇：C耐壓輸出電壓的估算（滿足C容量條件下）：半波整流電容濾波:橋式整流電容濾波:RLC愈大電容器放電愈慢U0(平均值)愈大。第21頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三4）電容濾波電路的特點電路簡單，波形平滑；輸出電壓平均值提高大；整流二極管導(dǎo)通時間短，峰值電流大；u0t整流電路的輸出電流輸出特性（外特性）較差；第22頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三輸出波形隨負(fù)載電阻RL或C的變化而改變,U0也隨之改變。如:RL愈小(I0越大),U0下降多。電容濾波電路適用于輸出電壓較高,負(fù)載電流較小且負(fù)載變動不大的場合。輸出特性(外特性):uO電容濾波純電阻負(fù)載1.4U20.9U20IO負(fù)載開路時的輸出電壓第23頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三2.電感濾波電路在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感L，就構(gòu)成了電感濾波電路。u2u1RLLu01）電路第24頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三對直流分量(f=0)：XL=0相當(dāng)于短路,電壓大部分降在RL上。對諧波分量：f

越高,XL越大,電壓大部分降在XL上。因此,在輸出端得到比較平滑的直流電壓。2）濾波原理u2u1RLLu0整流輸出的脈動電壓中既含直流分量(f=0)，也含各次諧波分量（不同頻率的交流分量）。第25頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三3）電感濾波的特點:輸出特性比較平坦,適用于低電壓大電流(RL較小)的場合。電感鐵芯笨重,體積大,易引起電磁干擾。若在電感濾波器后再加一電容濾波，則構(gòu)成了LC濾波器，濾波效果更好。第26頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三LC濾波器LC濾波電路電路結(jié)構(gòu)u2u1RLLu0C其濾波原理及應(yīng)用場合與電感濾波相似第27頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三1）LC型濾波器LC

型濾波電路電路同電感濾波電路。3.型濾波電路濾波原理及應(yīng)用場合u2u1RLLu0C2C1為了改善濾波特性，可采取多級濾波的辦法,如在電容濾波后再接一級（LC或RC）濾波電路，從而構(gòu)成（LC或RC）

-型濾波電路。第28頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三2）RC-濾波RC-u0Ru2u1C1C2RL電路濾波原理橋式整流電路輸出的直流脈動電壓經(jīng)C1濾波后，仍含有一定的紋波成分，再經(jīng)R和C2使其中的交流分量較多地降在電阻兩端（因為電容C2的交流阻抗很小），而較少地降在負(fù)載上，從而有較好的濾波效果。第29頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三特點電阻上有直流壓降損失；適用于負(fù)載電流較小，又要求輸出電壓脈動很小的場合。濾波效果好，脈動分量小；第30頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三8.1.3穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路（小功率）穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路集成穩(wěn)壓電路電路簡單，帶負(fù)載能力差，一般只提供基準(zhǔn)電壓。電路簡單，帶負(fù)載能力較強(qiáng)，作為電源使用。第31頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三1.穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路1）電路穩(wěn)壓電路

R：調(diào)整電阻DZ：穩(wěn)壓管與負(fù)載電阻RL并聯(lián)u2u1RLuOCVDZuZuIRuR第32頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三u2t0tuIuOt2）工作原理UIUO

=

UZIZURUO=

uI-

uRUZ當(dāng)電源電壓波動引起輸出變化時，調(diào)整過程如下：請自行分析電源電壓下降時的調(diào)整過程。第33頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三3）穩(wěn)壓管的選擇R第34頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三2.串聯(lián)型穩(wěn)壓電路集成穩(wěn)壓器的基礎(chǔ)1）電路結(jié)構(gòu)UIUO調(diào)整取樣比較放大基準(zhǔn)UBUfUZUOUCEUIRL}}R1R2+∞RT串聯(lián)式穩(wěn)壓電路由基準(zhǔn)電壓、比較放大、取樣電路和調(diào)整元件四部分組成。第35頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三

基準(zhǔn)電壓部分：穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路；2）工作原理

取樣部分：R1，R2串聯(lián)，取出輸出電壓的一部分；比較放大器，運放組成差動放大，放大UZ，Uf的差；調(diào)整部分：T，與負(fù)載串聯(lián)。

R1：串聯(lián)負(fù)反饋。改變UZ或電位器可調(diào)整UO。第36頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三穩(wěn)壓原理U0UfUB=A（UZ-Uf）UCEU0當(dāng)UI增加或輸出電流減小使U0升高時UBUfUZUORLUI}}R1R2+∞RTUCE第37頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三集成穩(wěn)壓電源簡介3.集成穩(wěn)壓電源將串聯(lián)型穩(wěn)壓電路集成在一塊半導(dǎo)體基片上；體積小,可靠性高,使用靈活,價格低廉；電路內(nèi)部附有短路和過熱保護(hù)環(huán)節(jié)；常用的W7800和W7900系列三端集成穩(wěn)壓器（只有輸入，輸出和公共引出端）。第38頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三1端:輸入端3端:公共端2端:輸出端W7800系列穩(wěn)壓器外形1231端:公共端3端:輸入端2端:輸出端W7900系列穩(wěn)壓器外形123第39頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三分類:正穩(wěn)壓W78XX負(fù)穩(wěn)壓W79XX固定式可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器型號后XX兩位數(shù)字代表輸出電壓值W78系列(輸出正電壓)W79系列(輸出負(fù)電壓)輸出電壓額定電壓值有:5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V七個檔次。有1.5A、0.5A和0.1A三個電流檔次。第40頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三1）輸出為固定正電壓的電路應(yīng)用電路COW7800CIUI+_+_UO1230.1~1F1μF輸入與輸出端之間的電壓不得低于3VUI：整流濾波后的直流電壓；CI：用于抵消輸入線較長時的電感效應(yīng)，以防產(chǎn)生自激振蕩，改善紋波特性。(通常取0.33F）CO：為了瞬時增減負(fù)載電流時不致引起輸出電壓有較大的波動，改善負(fù)載的瞬態(tài)效應(yīng)。(通常取1F）第41頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三COW7900CIUI+_+_UO3210.1~1F1μF2）輸出為固定負(fù)電壓的電路輸入與輸出端之間的電壓不得低于3V公共端是正！第42頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三3）輸出為正、負(fù)電壓的電路W78XXCIUI+_UO123+_CIW79XX12COCO3UO第43頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三COW78XXCIUI+_+_UO123UXXUZRDZUXX:為W78XX固定輸出電壓UO=UXX+UZ4）提高輸出電壓的電路第44頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三5）擴(kuò)大輸出電流的電路I2≈

I1=

IR+IB=-UBE/R+IC/β

COW7800UI+_+_UOCI123TI1IRIBICI3I2R一般I3很小，可忽略不計則：輸出電流比不接三極管時的I2增大了

IC。電阻R的阻值要使功率管只能在輸出電流比較大時才導(dǎo)通第45頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三6）輸出電壓可調(diào)式電路W7805123C1COU1UOR1R2UO′UO′′UO=UO+

UO′′′′UO固定′′UO可調(diào)UO可調(diào)第46頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三小結(jié)提綱半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電源（一）單相整流電路1、單相半波整流電路2、單相橋式整流電路輸出電壓平均值（U0）二極管上承受的最高反向電壓UDRM二極管上的平均電流ID負(fù)載上的(平均)電流（I0）3、整流電路中整流管的選擇最大整流電流IOMIOM>ID最大反向工作電壓URMURM=（2~3）UDRM第47頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三（二）濾波電路1、電容濾波電路2T5)(3CRL-3(T:電源電壓的周期