電力電子技術(shù)課件：14 總復習 based on CQH-09

1、教學內(nèi)容,緒論 晶閘管 可控整流電路 有源逆變 晶閘管的觸發(fā)電路,功率晶體管和二極管 晶體管功率電路 功率晶體管的緩沖電路 脈寬調(diào)制電路 驅(qū)動電路 功率變換器中的磁性 元件設(shè)計,第一章 晶閘管,晶閘管Thyristor，Silicon-Controlled RectifierSCR 晶體閘流管，可控硅,把電力電子技術(shù)帶出雛型期 應(yīng)用在電力機車驅(qū)動、可控整流、大功率逆變器等多種場合，結(jié)合晶閘管的電力電子技術(shù)基本概念理論仍然是理解電力電子概念、掌握電力電子分析方法的基礎(chǔ)。,小 結(jié),一、晶閘管的結(jié)構(gòu),SCR的符號 、半導體結(jié)構(gòu)、 SCRP1N1P2N2四層三端器件,二、晶閘管導通關(guān)斷條件,導通條件、

2、半控特性、關(guān)斷方法,三、晶閘管的工作原理,半導體結(jié)構(gòu)雙晶體管等效電路模型 、用雙晶體管等效電路模型解釋正反饋過程、恢復阻斷的方法,小 結(jié),四、晶閘管的伏安特性,伏安特性曲線：正向特性5點；反向特性2點。,五、晶閘管的主要參數(shù),電壓：額定電壓等 電流： IT(AV) 、IH、 IL 動態(tài)：斷態(tài)電壓臨界上升率、通態(tài)電流臨界上升率、 tOF、 tON,六、門極和參數(shù)定額,三個區(qū)域,第二章 可控整流電路,引關(guān)于可控整流電路,SCR的名稱它在整流電路中的廣泛應(yīng)用。 SCR具有可控性，使整流電路輸出直流電壓可調(diào)，因而稱為可控整流電路。 不可控整流電路由D不可控，由其組成的整流電路，輸出直流電壓不易調(diào)節(jié)，因

3、此為不可控整流電路。,分析幾種常用整流電路帶不同負載時的原理、波形、數(shù)量關(guān)系； 重點注意：工作原理（波形分析）、數(shù)量關(guān)系和定量計算、不同負載的影響。,小結(jié)單相橋式可控整流電路,負載影響：關(guān)斷點、電壓波形、耐壓波形、 移相范圍、,電路由來、SCR觸發(fā)導通、二極管自然換相導通、失控現(xiàn)象、續(xù)流D的作用,波形是基礎(chǔ)，畫波形關(guān)鍵找對開、關(guān)點,一、單相橋式全 控整流電路 （一）電阻性負載 （二）電感性負載 （三）反電勢負載 二、單相橋式半 控整流電路 （一）電路工作原理 （二）帶續(xù)流二極管 的單相橋式半 控整流電路,內(nèi)容,波形,Ud 、Id（電感電壓平均值為零）、阻性負載各變量隨a的變化規(guī)律（圖2-2、例

4、2-1）,計算,小結(jié)三相半波可控整流電路,自然換相點；負載影響：電壓波形、耐壓波形、 移相范圍、 （圖2-11 、 2-12）、Ud （1.17）,自然換相點、驅(qū)動信號、輸出電壓,一、電阻性負載 二、電感性負載 三、整流變壓器容量與整流功率的關(guān)系 四、3半波共陽極可控整流電路,內(nèi)容,3半波電路優(yōu)缺點,S=(S1+S2)/2 ; i2中的交流分量耦合到原邊,優(yōu)：元件少、電路簡單 ; 缺：電流單向、變壓器利用率低、有直流磁勢(pg36),小結(jié)三相橋式可控整流電路,電路特點（雙向繞組電流、直流磁勢抵消、“T”利用率提高;輸出電壓增倍;脈動?。?觸發(fā)次序矢量圖 ； 兩種觸發(fā)方法 寬脈沖，雙窄脈沖 ；

5、負載影響：電壓波形、耐壓波形、 移相范圍（圖2-23 ：大感90，阻120） 、 、Ud,一、電路構(gòu)成 二、三相橋式全控大電感負載 三、三相橋式全控電阻負載,內(nèi)容,3橋式電路優(yōu)缺點,優(yōu)：略 ; 缺：器件多，壓降大，不適于低壓大電流場合（三相半波串聯(lián)）,小結(jié)雙反星形可控整流電路,3半波電路加Lp并聯(lián)、變壓器副邊雙反星形；2個基本特點(“雙反星”同名端無直流偏磁， Lp并聯(lián)),波形（電阻負載移相范圍120）、外特性（圖2-32）、電路特點,一、電路組成與基本特點 二、平衡電抗器Lp 三、參數(shù)計算,內(nèi)容,無Lp六相半波小，輸出電壓高 Lp的作用 （并聯(lián)供電，負載趨于均衡）； Lp的影響: ud、環(huán)流

6、。,電路優(yōu)缺點,適于低壓大電流場合（三相半波并聯(lián)）,小結(jié)變壓器漏抗對可控整流電路的影響,一、換相的物理過程和整流電壓波形 二、換相壓降和整流平均電壓 Lp 三、換相重疊角的計算,內(nèi)容,換相重疊原因 （漏抗，換相無法瞬間完成）； 引起換相壓降（算術(shù)平均） Lp大，負載大，換相重疊時間變長,第三章 有源逆變,引關(guān)于有源逆變,整流AC-DC; 逆變DC-AC; 有源逆變DC-AC，AC特指交流電網(wǎng)，能量返回交流電網(wǎng)。（Pg63，12行）應(yīng)用：調(diào)速系統(tǒng)中電機制動、電機作發(fā)電機使用等場合。,整流逆變可互相轉(zhuǎn)化， 重點注意：整流與逆變的條件、互相轉(zhuǎn)化的條件。,小結(jié)有源逆變,逆變失敗 原因：防止順極性串聯(lián)，

7、造成短路 ； 逆變角裕量min =+ 換相重疊對逆變電路輸出電壓數(shù)值的影響略微增加,一、電能的流轉(zhuǎn) 二、三相半波逆變電路 三、三相橋式逆變電路 四、 逆變失敗與控制角的限制,內(nèi)容,整流逆變轉(zhuǎn)換過程及能量流向；逆變條件（內(nèi)部條件、外部條件）；有源逆變對電路的限制（半控或有續(xù)流二極管的電路不行）、 移相范圍、Ud（1.17）,逆變工作：只能依次觸發(fā)Ta、Tb、Tc,功率晶體管和二極管,概述,盡管SCR可以處理較大功率 存在： 開關(guān)慢；半控特性； 需要采用高頻的新型功率器件。 使電力電子的應(yīng)用場合更為廣闊,重點掌握：器件的特性參數(shù)、定額以及選用依據(jù),小結(jié)功率晶體管和二極管,一、功率D 二、功率三極管

8、 三、MOS 四、 IGBT,內(nèi)容,功率D電壓定額高，壓降大；溫度高，壓降低，損耗?。ㄘ摐囟认禂?shù)，不適合并聯(lián)）； 功率D動態(tài)容，on-Off容更大；trr； 功率D分類和選用 三類，看頻率，看耐壓（肖特基半導體結(jié)構(gòu)特殊：金屬+N） 電壓Max；電流Rms，計算類似SCR,功率D,小結(jié)功率晶體管和二極管,一、功率D 二、功率三極管 三、MOS 四、 IGBT,內(nèi)容,GTR三層器件，電流驅(qū)動型器件，靜態(tài)三個區(qū)，低損耗區(qū)？；動態(tài)考慮PN結(jié)電容，存儲時間ts； GTRSOA區(qū)：4條線；存在正偏二次擊穿和反偏二次擊穿（基區(qū)中心偏置程度慢于邊緣） GTR缺點驅(qū)動損耗大，速度慢，有二次擊穿,GTR,小結(jié)功率

9、晶體管和二極管,一、功率D 二、功率三極管 三、MOS 四、 IGBT,內(nèi)容,MOS三層器件，電壓驅(qū)動型器件，場控器件，靜態(tài)三個區(qū)，注意可變電阻區(qū)和截止區(qū)是低損耗區(qū)，飽和區(qū)是高損耗區(qū)；等效電路反并D，3個容；驅(qū)動-存在密勒效應(yīng)，GS小平臺；工作頻率最高，但是通態(tài)損耗相比大 MOSSOA區(qū)：3條線； MOS導通Rdson；電壓定額高， Rdson大；溫度高， Rdson大，損耗大（正溫度系數(shù)，適合并聯(lián)）； MOS脈沖驅(qū)動電流，避免Vgs振蕩過壓。,MOS,小結(jié)功率晶體管和二極管,一、功率D 二、功率三極管 三、MOS 四、 IGBT,內(nèi)容,IGBT四層器件，電壓驅(qū)動型器件，MOS驅(qū)動的P型三極管

10、； IGBTSOA區(qū)；有電流拖尾；工作頻率低于MOS，高于GTR； IGBT避免出現(xiàn)擎住效應(yīng),IGBT,第九章 晶體管功率電路,引關(guān)于晶體管功率電路,在全控器件的基礎(chǔ)之上，晶體管功率電路通過控制基極或柵極信號高速地通斷，常用于DC-DC、 DC-AC以及DC和AC調(diào)速。 （根據(jù)輸入信號和器件符號判斷晶體管電路還是SCR電路）,重點掌握：電路拓撲、工作原理和波形及基本公式推導、數(shù)量關(guān)系和參數(shù)設(shè)計。,全 章 小 結(jié),一、電路,非隔離式單管變換器（基礎(chǔ)）,Buck Boost Buck-Boost,隔離式單管變換器（衍生來）,單端正激(Buck) 單端反激( Buck-Boost ),多管變換器,推

11、挽 半橋 全橋,全 章 小 結(jié),二、分析方法,1.分時段分析（基礎(chǔ):ton, toff） 2. 利用伏秒平衡的分析 3.理解應(yīng)用電路穩(wěn)態(tài)條件 （基礎(chǔ):i, 本質(zhì)就是伏妙積分為零；電容穩(wěn)態(tài)只流過交變電流） 4.波形分析 （變壓器繞組電壓；開關(guān)管電壓；連續(xù)、臨界連續(xù)、斷續(xù)典型波形、逆變電路電路波形及實際流通器件等）,全 章 小 結(jié),三、要求,1.畫出電路拓撲（正激反激同名端、正激反激輸出端電路等）和相應(yīng)波形； 2.根據(jù)不同時段分析電路基本工作原理； 3.根據(jù)電路穩(wěn)態(tài)條件推導in/out關(guān)系； 4. 反激變壓器的功能、正激變壓器的磁復位及對D的要求； 5.“負載”對逆變電路影響，反并D作用； 6.計

12、算：如IG、保證連續(xù)的電感值、半橋電流關(guān)系和容設(shè)計公式等,第十章 功率晶體管的緩沖電路,概述（Pg227),功率半導體器件的可靠性與其電流、電壓及熱應(yīng)力有關(guān)，應(yīng)力越低越可靠。其中開關(guān)瞬時器件應(yīng)力最惡劣。 所以加緩沖電路,軟化開關(guān)過程，降低器件應(yīng)力、提高電路可靠性。同時希望減小器件開關(guān)損耗、抑制電磁干擾等。,重點：理解開關(guān)瞬態(tài)電流、電壓波形和負載線波形、掌握開通關(guān)斷緩沖電路的概念、畫法和工作原理。,緩沖電路小結(jié)1,開通好， 但關(guān)斷負載線超出安全工作區(qū),關(guān)斷安全, 但在高損耗區(qū),軟化開關(guān)過程，降低器件應(yīng)力、提高電路可靠性；同時減小器件開關(guān)損耗、抑制電磁干擾等,關(guān)斷低損, 但開通在高損耗區(qū),開通、關(guān)

13、斷均 在低損耗區(qū),2. 小電感與開關(guān)管串聯(lián),1. 緩沖電路的作用：,C、R、D 的作用； R、D的畫法,緩沖電路小結(jié)2,開通、關(guān)斷 負載線 都經(jīng) 過高損耗區(qū) 圖105難點,圖106 畫法D、R、原理,3. 電感電流連續(xù)時的負載線和緩沖電路Buck變換器,圖1012 畫法D、R 、原理,圖1013 畫法R1 原理,緩沖電路小結(jié)3,C 經(jīng)D與Q并聯(lián)，關(guān)斷時緩沖Uce的增長速度 關(guān)斷緩沖 要求： Q開通時C 中能量全部放光消耗在R上,4. 判斷開通和關(guān)斷緩沖電路,L 與Q串聯(lián)，開通時緩沖 ic的增長速度 開通緩沖 要求： Q關(guān)斷時L中能量全部放光消耗在R上,R 的功率,R 的功率,第十一章 驅(qū)動電路

14、,概述（Pg267),驅(qū)動電路的作用是將控制電路輸出的PWM脈沖放大到足以驅(qū)動功率晶體管開關(guān)功率放大作用。 優(yōu)良的驅(qū)動電路改善功率晶體管的開關(guān)特性，減小開關(guān)損耗，提高整機效率和器件可靠性。（即盡量快開、快關(guān)）,PWM DC-DC變換器電氣框圖,分相,本章內(nèi)容,第二節(jié) 驅(qū)動電路的隔離技術(shù) 第一節(jié) 對雙極性功率晶體管 驅(qū)動電路的要求 第三節(jié) 恒流驅(qū)動電路 第四節(jié) 比例驅(qū)動電路 第五節(jié) 場控器件的驅(qū)動電路,雙極性功率晶體管驅(qū)動電路,第五節(jié) 場控器件的驅(qū)動電路,1.驅(qū)動電壓足夠10V； 2.足夠的瞬態(tài)驅(qū)動電流，快的上升沿、下降沿； 3. 驅(qū)動電路內(nèi)阻抗小。,一、驅(qū)動電路要求,MOS管應(yīng)用（MOS管GS

15、間存在等效電容）： 1.減小驅(qū)動電路引線感； 2.加驅(qū)動電阻：a.限流；b.防止uGS振蕩； 3.在GS間加穩(wěn)壓管或電阻。,第一節(jié) 對雙極性功率晶體管驅(qū)動電路的要求,最佳驅(qū)動特性：（Pg267） 1.開通時：基極電流有快速上升沿和過沖加速開通減小開通損耗； 2.導通期間：飽和導通低導通損耗；關(guān)斷前臨界飽和導通減小ts; 3.關(guān)斷瞬時：足夠反向基極電流抽流，減小ts；反偏截止電壓ic迅速下降，減小tf。,圖121 最佳基極驅(qū)動電流波形,最佳驅(qū)動特性和驅(qū)動電流波形（Pg267、268）,第三節(jié) 恒流驅(qū)動電路,五、電路分析,第三節(jié) 恒流驅(qū)動電路,原理：（Pg271） Q1 off,Q on:C先將R

16、2短路開通電流尖峰；穩(wěn)態(tài),C充完電,R1、R2決定Ib； Q1 on,Q off:uC反加在be間。 C作用：加速導通、截止反偏。,一、加速電容加快功率管的開通過程（Pg271）,圖1210 加速電容驅(qū)動電路,第三節(jié) 恒流驅(qū)動電路,原理：（Pg272） 若Q深度飽和,則Uce,uAeUce,D2 on, off,Q on Ib,Q飽和深度。 UAe2uD、UAcuD UceuD D1、D2抗飽和，D3為反向基流提供通路,二、抗飽和電路使功率管處于淺飽和（Pg272上）,電路特點： 抗飽和驅(qū)動,ts 導通損耗， 驅(qū)動電流損失,第十三章 功率變換器中的磁性元件設(shè)計,概述,磁性元件可分兩大類： 變壓

17、器、電感，起到隔離、儲能、 濾波作用。 設(shè)計應(yīng)考慮鐵心工作狀態(tài)。,重點掌握：鐵心的物理特性、鐵心的幾種工作狀態(tài)以及鐵心材料的選用。,基本磁化回線：,剩磁感應(yīng)Br,矯頑磁場強度Hc,飽和磁感應(yīng)強度Bs,第一節(jié) 鐵心的磁特性及基本的磁物理量,剩磁感應(yīng)Br：磁場強度H0時的磁感數(shù)值 矯頑磁場強度Hc：將磁感應(yīng)由剩磁感應(yīng)減小為零所需的反向磁場強度,1、磁滯回線: 是磁性材料的基本特性曲線，表示鐵心在反復磁化中磁感應(yīng)強度B與磁場強度H之間的關(guān)系曲線。其形狀主要取決于材料、頻率及材料的處理狀態(tài)。,三種典型形狀,S形,矩形,扁平,第一節(jié) 鐵心的磁特性及基本的磁物理量,鐵心加入氣隙,加氣隙后的磁化特性,B-H向H軸傾斜； m變小，變線性； Bs不變； 不宜飽和