功率電子線路

第一章功率電子線路1關(guān)于功率電子線路第一章功率電子線路2§1.1功率電子線路概述

功率放大電路：是放大器的一個(gè)類別，廣泛應(yīng)用于通信、音響、圖像等電子設(shè)備電源變換電路：對(duì)能量進(jìn)行特定變換的電路，廣泛應(yīng)用于電源設(shè)備、電力系統(tǒng)、工業(yè)控制

第2頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路3一．功率放大器1．電路要求：安全――放大器安全、負(fù)載安全、人生安全不失真――失真控制在允許范圍內(nèi)高效率――ηc=PO/PD=PO/(PO+PC)PD：直流電源提供的直流功率

PO

：輸出信號(hào)功率

PC

：功率管的耗散功率（管耗）第3頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路42.功率管的運(yùn)用特性甲類――一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通乙類――半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通甲乙類――大于半個(gè)周期而小于一個(gè)周期丙類――小于半個(gè)周期丁類――開關(guān)工作導(dǎo)通時(shí)間越短，效率越高，失真也會(huì)越嚴(yán)重，需采取特定的措施第4頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路5二．電源變換電路整流器：交流――直流變換器斬波器：直流――直流變換器逆變器：直流――交流變換器變壓器：交流――交流變換器（周波變換器）第5頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路6三．功率器件功率管是功率放大電路和電源變換電路的關(guān)鍵器件三極管的極限參數(shù)：集電極最大允許管耗PCM，集電極擊穿電壓V(BR)CEO，集電極最大允許電流ICM1.

功率管的散熱和相應(yīng)的PCM熱崩：指集電結(jié)結(jié)溫升高，導(dǎo)致集電極電流增大，從而PC增大，結(jié)溫相應(yīng)隨著升高，又使集電極電流增大，如此反復(fù)進(jìn)行，導(dǎo)致結(jié)溫超過集電結(jié)最高允許結(jié)溫而導(dǎo)致管子被燒毀的一種惡性循環(huán)現(xiàn)象。采取的措施：加散熱裝置2.

二次擊穿：不可逆的擊穿現(xiàn)象第6頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路7§1.2功率放大器的電路組成和工作特性功率放大器與線性分析中的放大器要求不同電壓放大電路：電壓增益、輸入電阻、輸出電阻等

功率放大電路：輸出功率盡可能大、效率高、非線性失真小等都屬于換能器的范圍分析電路的符號(hào)說明：大寫字母大寫下標(biāo)：直流量大寫字母小寫下標(biāo)：交流峰值小寫字母大寫下標(biāo)：瞬時(shí)量小寫字母小寫下標(biāo)：交流量第7頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路8一．

基本功率放大電路vCE=VCEQ–vce＝VCEQ－Vcemsinωt

iC=ICQ+ic＝ICQ＋I(xiàn)cmsinωt其中Vcm≈VCEQ≈VCC/2，Icm=Vcm/RL≈ICQ＝VCEQ/RL（理想VCE(sat)=0，IEBO=0）第8頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路9第9頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路10小結(jié)：作為功率放大器，在電路組成上，必須采用避免管外電路中無謂地消耗直流功率的電路結(jié)構(gòu)；在工作特性上，輸出負(fù)載、輸入激勵(lì)和靜態(tài)工作點(diǎn)是相互牽制的，要高效率地輸出所需功率，三者必須有一最佳配置。第10頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路11二．甲類、乙類功率放大器的電路組成及其功率性能1.甲類變壓器耦合功率放大電路第11頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路12直流分析（靜態(tài)工作點(diǎn)Q）：iB=IBQ、iC=ICQ、vCE=VCEQ=VCC由此表達(dá)式可畫出相應(yīng)的直流負(fù)載線EF交流分析（動(dòng)態(tài)分析）：vce=－icRL’vCE=VCEQ+vceiC=ICQ+icvCE－VCEQ=－RL’(iC-ICQ)由此表達(dá)式可畫出相應(yīng)的交流負(fù)載線（兩點(diǎn)）

vCE=0時(shí)，iC=ICQ+VCEQ/RL’iC=0時(shí)，vCE=VCEQ+ICQRL’第12頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路13第13頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路14計(jì)算功率性能：設(shè)Q點(diǎn)位于負(fù)載線中點(diǎn)，忽略非線性失真(VCE(sat)=0，IEBO=0)iC=ICQ+Icmsinωt；vCE=VCEQ-Vcmsinωt其中Icm=Vcm/RL’≈ICQ=VCC/RL’；Vcem=VCEQ=VCC

；與基本放大電路相比，輸出信號(hào)電壓值Vcm由原來的VCC/2增大到VCC，PD=VCCICQPo=VcmIcm/2=PD/2PC=VCCICQ－VcmIcm/2=PD/2ηCMAX=Po/PD=50%第14頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路152、乙類推挽功率放大電路圖中，T1和T2為兩個(gè)特性配對(duì)的功率管（NPN和PNP）。若忽略功率管的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓，在正半周，T1導(dǎo)通，T2截止，ic1≈ie1為處于正半周的半個(gè)正弦波；在負(fù)半周，T2導(dǎo)通，T1截止，ic2≈ie2為處于負(fù)半周的半個(gè)正弦波；組成推挽式的互補(bǔ)對(duì)稱電路。第15頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路16第16頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路17

輸出功率Po：

直流電源提供的功率PD：設(shè)輸入充分激勵(lì)，且VCE(sat)=0，IEBO=0，

則VCM≈VCC

，Icm≈VCC/RL效率：第17頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路18§1.3乙類推挽功率放大電路－、乙類互補(bǔ)推挽功率放大電路1、交越失真和偏置電路交越失真在討論時(shí)，由于忽略了發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓的影響，實(shí)際上，考慮到導(dǎo)通電壓的影響，在零偏置情況下，輸出合成波形將在銜接處出現(xiàn)嚴(yán)重失真，稱交叉（交越）失真。第18頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路19

偏置電路

二極管偏置電路或VBE倍增偏置電路使電路已變成甲乙類工作狀態(tài)第19頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路202、單電源(OTL)供電的互補(bǔ)推挽電路與雙電源供電（OCL）電路比較，在負(fù)載的前面串聯(lián)了一個(gè)大容量的隔直電容C。若兩管特性配對(duì)，對(duì)直流而言，兩管輸出點(diǎn)O端處于中點(diǎn)電位（VCC/2），因而，電容C上的直流電壓便被充到VCC/2；對(duì)交流而言，電容C可看成短路。由此可見，電容C實(shí)際上等效為電壓等于VCC/2的直流電源；因此，單電源供電電路等效為VCC/2和－VCC/2的雙電源供電電路；只是每個(gè)管子的工作電壓是VCC/2，而不是VCC。第20頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路213、準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱電路（采用復(fù)合管）4、保護(hù)電路（保護(hù)功率管和負(fù)載）5、輸入激勵(lì)電路（提高輸入信號(hào)電壓）第21頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路22§1.4

功率合成技術(shù)主要用于功率的合成與分配（有隔離作用）及阻抗變換

1、

變壓器和傳輸線的工作頻率普通變壓器的頻帶較窄：上限：幾十MHz

下限：幾十hz

傳輸線變壓器的頻帶很寬：下限：0hz

上限：達(dá)到很高（與導(dǎo)線的長度有關(guān)）一、傳輸線變壓器第22頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路232、傳輸線變壓器的工作原理由于傳輸線接在磁環(huán)上，不能看成導(dǎo)線。由圖可見，變壓器實(shí)現(xiàn)了功率的傳輸和倒相，也稱高頻反相器第23頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路243、傳輸變壓器的功能對(duì)稱（平衡）與不對(duì)稱（不平衡）變換第24頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路25阻抗變換(設(shè)輸入電壓為v，電流為i；則特性阻抗)如上圖：（a）Ri=4RLZc=2RL

（b）Ri=RL/4Zc=RL/2

第25頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路26功率合成網(wǎng)絡(luò)id＝（ia+ib）/2,i＝（ia-ib）/2ic＝2i＝ia-ib結(jié)論：（a）當(dāng)ia＝ib＝Imsinωtva＝vb＝Vmsinωt時(shí)

ic＝0，id＝ia＝ibva＝vb＝v＝vd/2令Pa=Pb=VmIm/2則Pd=2VmIm/2=Pa+Pb，Pc=0RL=va/ia=vb/ib=(vd/2)/id=Rd/2i＝ia-id,i＝id-ib第26頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路27（b）當(dāng)ia＝－ib＝Imsinωtva＝－vb＝Vmsinωt時(shí)

ic=2ia=2ib,id=0；

vd=0，v=0，va=－vb=vc

令Pa=Pb=VmIm/2，則Pc=Vm(2Im)/2=Pa+Pb

，Pd=0RL=va/ia=vb/ib=vc/(ic/2)=2Rc

即RC＝RL/2

第27頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路28功率分配網(wǎng)絡(luò)同相：ic=2i,ia=i-id,ib=i+idvd=idRd=iaRa-ibRb整理得當(dāng)Ra=Rb=R時(shí)id＝0，ia=ib=i=ic/2可見，D端沒有獲得功率，而A、B端獲得同值功率。(反相：略）第28頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路29功率合成網(wǎng)絡(luò)實(shí)例

id＝ia-ib

，ic=ia+ib同相：當(dāng)ia=ib,va=vb時(shí)id＝0，ic=2ia=2ib由于vd＝idRd=0因而va=vb=vc這樣兩個(gè)輸入功率在C端合成，在D端沒有功率輸出；

RL=va/ia=vb/ib=2vc/ic=2Rc

（即Rc=RL/2）

反相：（略）

第29頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路30§1.5

整流與穩(wěn)壓電路本節(jié)介紹最常用的將電力網(wǎng)提供的50Hz的交流電壓變換為直流電壓的整流電路（變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓）一、

整流電路1、半波整流電路

第30頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路312、全波整流和橋式整流第31頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路32第32頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第一章功率電子線路33

全波和橋式整流電路的性能比半波好；而橋式與全波比較，橋式的電源變壓器無中心抽頭，結(jié)構(gòu)簡單，且伏安容量小，因而，在中小功率的整流器中，橋式整流電路的應(yīng)用最廣。

3、三種整流電路的性能第33頁,共44頁，20