多晶體管功率電路

多晶體管功率電路第1頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)多晶體管功率電路特點(diǎn):變壓器雙向磁化，利用率高常用電路有:推挽，半橋，橋式適合DC/DC，DC/AC，中大功率應(yīng)用：交流電機(jī)調(diào)速，UPS，DC/DC電源等第2頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月一.基本逆變電路原理1。推挽功率電路電路組成：基本工作原理：Q1Q2交替導(dǎo)通第3頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月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第4頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月感性負(fù)載工作模態(tài)分析當(dāng)Ｑ1導(dǎo)通時(shí)：變壓器同名端高電平輸出電流由零線性上升第5頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月感性負(fù)載工作模態(tài)分析當(dāng)Q1關(guān)斷，控制Q2導(dǎo)通時(shí)：輸出電流維持原方向不變?yōu)榱司S持磁通，電流從N11換流到N12，D2導(dǎo)通續(xù)流輸出電流線性下降（斜率不變）第6頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月感性負(fù)載工作模態(tài)分析當(dāng)輸出電流下降至零D2續(xù)流結(jié)束，切換至Q2導(dǎo)通N12輸出電流輸出電流反向增加（斜率不變)第7頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月感性負(fù)載工作模態(tài)分析當(dāng)Q2關(guān)斷，控制Q1導(dǎo)通時(shí)輸出電流不能突變?yōu)榱司S持磁通，電流從N12換流到N11，D1導(dǎo)通續(xù)流輸出電流反向減小(斜率不變)第8頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月推挽功率電路電感負(fù)載工作波形：能量回饋時(shí)電流流過D1,D2;第9頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)量分析設(shè)晶體管交替觸發(fā)，當(dāng)N11=N12=N1，輸出交流對稱方波的幅值為輸出電壓的有效值第10頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月基波分析將輸出電壓按傅立葉展開：基波分量的有效值：第11頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月失真度輸出波形失真度：第12頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月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第13頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月推挽功率電路電感負(fù)載工作波形：能量回饋時(shí)電流流過D1,D2;第14頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月推挽功率電路RL負(fù)載時(shí)波形：近似計(jì)算方法：D1導(dǎo)通時(shí)間第15頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月.推挽功率電路功率管承受的電壓：2Ui一般適用于低輸入電壓場合第16頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月推挽電路特點(diǎn)第17頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月推挽電路特點(diǎn)第18頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月推挽功率電路調(diào)壓：PWM調(diào)節(jié)控制輸出電壓R負(fù)載：第19頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月推挽功率電路RL負(fù)載：陰影寬度隨電感負(fù)載增大而加寬。第20頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月推挽功率電路L負(fù)載：脈寬0—T/4波形，第21頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月推挽功率電路L負(fù)載：脈寬接近T/4時(shí)波形第22頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月推挽功率電路缺點(diǎn)：存在偏磁（直流磁化分量）原因：設(shè)計(jì)時(shí)工作B應(yīng)稍低于普通變壓器或加適當(dāng)氣隙第23頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月半橋電路的構(gòu)成電路包括：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)載時(shí)返回能量的續(xù)流二極管第24頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月半橋式功率電路－電阻性負(fù)載模態(tài)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第25頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月半橋式功率電路－電阻性負(fù)載模態(tài)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)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第26頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月半橋式功率電路－電感性負(fù)載模態(tài)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第27頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月半橋式功率電路－電感性負(fù)載模態(tài)當(dāng)Q1關(guān)斷時(shí)：

D2續(xù)流由于電感維持原電流方向,電容C1放電，電容C2充電N1上電壓為－Ui/2N2上電壓為－Ui/2*n第28頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月半橋式功率電路－電感性負(fù)載模態(tài)當(dāng)電流下降到零后由于Q2有觸發(fā)信號，所以Ｑ2導(dǎo)通，形成電壓回路電容C1充電，電容C2放電N1上電壓為－Ui/2N2上電壓為－Ui/2*n第29頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月半橋式功率電路－電感性負(fù)載模態(tài)當(dāng)Q2關(guān)斷后電感維持原有電流，D1續(xù)流電容C1充電，電容C2放電N1上電壓為Ui/2N2上電壓為Ui/2*n第30頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月電感性負(fù)載特性總圖電感負(fù)載：第31頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月Q1或Q2通時(shí)，io和uo同方向，直流側(cè)向負(fù)載提供能量；D1或D2通時(shí)，io和uo反向，電感中貯能向直流側(cè)反饋；

D1、D2稱為反饋二極管,還使io連續(xù)，又稱續(xù)流二極管。第32頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月半橋式功率電路第33頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月半橋電路工作狀態(tài)小結(jié)變壓器次級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承受電壓為輸入電壓，是推挽電路一半第34頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月濾波電容設(shè)計(jì)變壓器的初級電流每個(gè)電容電流為初級電流一半，所以半周期電容電壓變化量：即第35頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月3.單相全橋功率電路電路結(jié)構(gòu)：兩個(gè)半橋電路的組合Q1和Q4一對，Q2和Q3另一對，成對橋臂同時(shí)導(dǎo)通，兩對交替各導(dǎo)通180°第36頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月3.單相全橋功率電路電壓波形：類似半橋電壓波形幅值增加一倍，Uo=±UiQ1/Q4導(dǎo)通時(shí)，輸出為正極性；Q2/Q3導(dǎo)通時(shí)，輸出為負(fù)極性第37頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月3.單相全橋功率電路電流波形：類似半橋電流波形，幅值增加一倍換流情況和半橋類似第38頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月3.單相全橋功率電路不同性質(zhì)負(fù)載下波形：第39頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月單相全橋功率電路FullBridgeConverter輸出電壓調(diào)節(jié)方法（1）調(diào)脈寬PWM第40頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月輸出電壓調(diào)節(jié)方法移相控制PhaseShiftControl：采用移相方式調(diào)節(jié)逆變電路的輸出電壓，稱為移相調(diào)壓第41頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月輸出電壓調(diào)節(jié)方法移相控制phaseshiftcontrol：各柵極信號為180°正偏，180°反偏且Q1和Q3互補(bǔ)，Q2和Q4互補(bǔ)關(guān)系不變第42頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月輸出電壓調(diào)節(jié)方法移相控制phaseshiftcontrol：Q2的驅(qū)動(dòng)信號只比Q1落后θ(0<θ<180°)第43頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月輸出電壓調(diào)節(jié)方法移相控制phaseshiftcontrol：Q2、Q4的柵極信號分別比Q3、Q1的前移180o-θ第44頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月輸出電壓調(diào)壓方法移相控制phaseshiftcontrol：uo成為正負(fù)各為θ的脈沖，改變?chǔ)燃纯烧{(diào)節(jié)輸出電壓有效值第45頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月單相全橋功率電路管子承受電壓：Ui輸出接變壓器時(shí)，存在偏磁問題，解決辦法：串一電容隔直用電流控制PWM模式用直流分量控制技術(shù)第46頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月單相功率電路比較管子承受電壓：全橋=半橋=Ui，推挽=2Ui管子流過電流：全橋=半橋/2=推挽變壓器：橋式，半橋可有可無，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合第47頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月4.三相橋式電路三個(gè)橋臂組成，可作為三相逆變器應(yīng)用：三相電機(jī)調(diào)速，大功率電源第48頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月4.三相橋式電路六種工作模式線電壓基波有效值：0.78E線電壓有效值：0.817E