电力电子技术基础课件 学习资料

电力电子技术电力电子技术基础课件2主要内容及要求课程总结2主要内容及要求课程总结3元件设计功率变换器中的磁性驱动电路脉宽调制电路功率晶体管的缓冲电路晶闸管的触发电路有源逆变可控整流电路晶闸管晶体管功率电路功率晶体管和二极管绪论课件目录3元件设计功率变换器中的磁性驱动电路脉宽调制电路功率晶体管的缓冲电路晶闸管的触发电路有源逆变可控整流电路晶闸管晶体管功率电路功率晶体管和二极管绪论课件目录三、晶闸管的工作原理4断的方法模型解释正反馈过程、恢复阻模型△、用双晶体管等效电路半导体结构→双晶体管等效电路★导通条件、半控特性、关断方法二、晶闸管导通关断条件一、晶闸管的结构2121三、晶闸管的工作原理4断的方法模型解释正反馈过程、恢复阻模型△、用双晶体管等效电路半导体结构→双晶体管等效电路★导通条件、半控特性、关断方法二、晶闸管导通关断条件一、晶闸管的结构2121PNPNP1N1P2N2四层三端器件SCR的符号★、半导体结构、SCR—结小5符号跟二极管很像，多了控制极）G:控制极（gate）,,也称门极）K:阴极（5符号跟二极管很像，多了控制极）G:控制极（gate）,,也称门极）K:阴极（cathode）A）A：阳极（anode）—SCR是三端器件—符号：晶闸管的结构6<H0③关断方法::IIAK6<H0③关断方法::IIAK<维持电流IIH(VAK↓↓0或反向）（；②半控特性：控通不控断（off-on方法）；（V或G）；（VGK>0或IIG>0适当值）；V①导通条件：VAK>0（单向导电）,,正向触发晶闸管导通关7晶闸管内部管芯结构图电路模型解释正反馈过程★、恢复阻断的方法半导体结构7晶闸管内部管芯结构图电路模型解释正反馈过程★、恢复阻断的方法半导体结构→双晶体管等效电路模型★、用双晶体管等效晶闸管工作原8半控特性：一旦导通，VGK可有可无gg）→II>0）,形成正反馈，晶闸管迅速断→通。★3．（V，V，3．导通的正反馈过程：正向触发（VAK>0，V8半控特性：一旦导通，VGK可有可无gg）→II>0）,形成正反馈，晶闸管迅速断→通。★3．（V，V，3．导通的正反馈过程：正向触发（VAK>0，VGK>0，KEAe2Ic1Ic2(Ib1)Ib2KIIgb2b2Rc2IIgc1Ic1Gc2Ib1Ib1Ae1IA双晶体管等效电路模型晶闸管9三个区域六、门极和参数定额流的定义）LHH、III、IL（维持电流与掣住电、流的计算、折算及选择）、五、晶闸管的主要参数四、晶闸管的伏安特性T(AV)★9三个区域六、门极和参数定额流的定义）LHH、III、IL（维持电流与掣住电、流的计算、折算及选择）、五、晶闸管的主要参数四、晶闸管的伏安特性T(AV)★T(AV)★（通态平均电电流：II电压：额定电压特性。伏安特性曲线：正向特性；反结小10图1-8晶闸管的伏安特性第III象限的是反向特性10图1-8晶闸管的伏安特性第III象限的是反向特性第I象限的是正向特性晶闸管的伏安特性第二节晶闸管的特性和主要参数11作时晶闸管所承受峰值电压2~3倍选用时，一般取额定电压为正常工5）额定电压11作时晶闸管所承受峰值电压2~3倍选用时，一般取额定电压为正常工5）额定电压晶闸管的主要参数121.57ITav=(1.5~2)IT弦半波电流平均值去选择晶闸管额定值121.57ITav=(1.5~2)IT弦半波电流平均值去选择晶闸管额定值•将非正弦半波电流的有效值IT折合成等效的正相同的原则•对于这些波形，应根据电流有效值相等即发热电流额定值计算！13通常IL约为IH的2～4倍。需的最小阳极电流，（要求正反馈进行到一定深度）。晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所3)擎住电流I13通常IL约为IH的2～4倍。需的最小阳极电流，（要求正反馈进行到一定深度）。晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所3)擎住电流IL（OFF→ON→ON）（有动态的含义）△安。使晶闸管维持导通所必需的最小电流。一般为几十到几百毫晶闸管导通后，在室温和门极开路条件下，减小阳极电流，2)维持电流IH（ON→OFF）△晶闸管的主要参数不可靠可靠触发G14不可触发3）可靠触发：ABCGFED（IGT触发电流、UGT不可靠可靠触发G14不可触发3）可靠触发：ABCGFED（IGT触发电流、UGT触发电压）2）不可靠触发：ABCJIH—干扰信号应限制在该区（IGD不触发电流、UGD不触发电压）1）不可触发区：0---UGD—IGDUGK=f(Ig)门极伏安特性：门极和参数定额系和定量计算、不同负载的影响。重点注意：工作原理（波形分析）、数量关波形、数量关系；分析几种常用整流电路带不同负载时的原理、系和定量计算、不同负载的影响。重点注意：工作原理（波形分析）、数量关波形、数量关系；分析几种常用整流电路带不同负载时的原理、第二章可控整流电路△作用△换相导通、失控现象△、续流D的电路由来、SCR触发导通、二极管自然2-1）控整流电路的单相桥式半（二）带续流二极管（一）电路工作原理控整流电路二、单相桥式半载各变量随a的变化规律（图2-2、例Ud、ddUd、△作用△换相导通、失控现象△、续流D的电路由来、SCR触发导通、二极管自然2-1）控整流电路的单相桥式半（二）带续流二极管（一）电路工作原理控整流电路二、单相桥式半载各变量随a的变化规律（图2-2、例Ud、ddUd、II（电感电压平均值为零）、阻性负计算θ波形、移相范围、θ负载影响：关断点、电压波形、耐压波形关键找对开、关点波形是基础，画波形（三）反电势负载（二）电感性负载（一）电阻性负载控整流电路一、单相桥式全内容小结——单相桥式可控整流电路π2U2(1+cosα)1721+cosα=0.9U22U2sinπ2U2(1+cosα)1721+cosα=0.9U22U2sinωtd(ωt)π∫απ1=Ud=导通，当u2过零时关断。压-u2，得到触发脉冲即臂，在u2负半周承受电•VT2和VT3组成另一对桥零时关断。到触发脉冲即导通，当u2过在u2正半周承受电压u2，得VT1和VT4组成一对桥臂，单相桥式全控整流电路阻性负载小结b)18OU2cosα=0.9U2cosαπ221,4OuVTi2O2,3iVTO2U2sinωtd(ωt)π+α1π∫α=Ud=ωtωtωtωtωtb)18OU2cosα=0.9U2cosαπ221,4OuVTi2O2,3iVTO2U2sinωtd(ωt)π+α1π∫α=Ud=ωtωtωtωtωtIdIdIdIdIdωtωta)1,4iVTOidOudOu2R相，亦称换流。。的电流转移到VT2和VT3上－－换•至ωt=π+a时刻，流过VT1和VT4不关断。闸管VT1和VT4中仍流过电流id，并•u2过零变负时，由于电感的作用晶id负载电流id连续且波形近似为一水平线。VTLudaVTVTbu2i2u1TVT单相桥式全控整流电路感性负载小结192U2sinωtd(ωt)π1π192U2sinωtd(ωt)π1π∫α2=0.9U21+cosαUd=负载输出电压的平均值为载的输出电压波形相同。半控电路感性负载时与电阻负半控整流工作状态3Φ半波电路优缺点2ii2中的交流分量耦合到原边△12S=(S1+S2)/2△;dU（）2-12）、Ud3Φ半波电路优缺点2ii2中的交流分量耦合到原边△12S=(S1+S2)/2△;dU（）2-12）、Ud（1.17）θ、压波形、移相范围、θ（图2-11、自然换相点；负载影响：电压波形、耐流磁势△(pg36)缺：电流单向、变压器利用率低、有直优：元件少、电路简单;;自然换相点、驱动信号、输出电压可控整流电路四、3Φ半波共阳极的关系量与整流功率三、整流变压器容二、电感性负载一、电阻性负载内容小结——三相半波可控整流电路21⎦⎣62π=U2⎢1+cos(+α)⎥⎤⎡π321⎦⎣62π=U2⎢1+cos(+α)⎥⎤⎡π32362π∫π+α2U2sinωtd(ωt)1πUd=0,ua,uab,ua,uac,ua,晶闸管的电压波形:由6段组成：晶闸管导通角小于120°；负载电流断续；三相半波整流电路阻性负载222U2sinωtd(ωt)=1.17222U2sinωtd(ωt)=1.17U2cosα362π∫π+αUd=156+απ导通角：120°无论控制角多大，如果电感电流连续，三相半波整流电路感性负载（3）输出电压（负压）23ud•最低相触发导通•只在相电压为负时才能触发导通（2）触发信号αωtOuGOucubuau2三相电压负半波的交点（（3）输出电压（负压）23ud•最低相触发导通•只在相电压为负时才能触发导通（2）触发信号αωtOuGOucubuau2三相电压负半波的交点（1）自然换相点2.波形udRLidTcTbTacba•---相电压的零线--输出电压的正端•三个SCR的阳极相连1.电路组成T三相半波共阳极可控整流电路24平均值,S=(S1+S2)/2容量原副边不等，取其•24平均值,S=(S1+S2)/2容量原副边不等，取其•变压器容量S:变压器的率整流器给负载提供的功•整流功率Pd=UdId，即整流变压器容量与整流功率的关系流场合（三相半波串联）缺：器件多，压降大，不适于低压大电优：略;;适于高压输出场合dUUd）、θ、围（图2-23：大感90，阻120）、θ、负载影响：电压波形、耐压波形、移相范流场合（三相半波串联）缺：器件多，压降大，不适于低压大电优：略;;适于高压输出场合dUUd）、θ、围（图2-23：大感90，阻120）、θ、负载影响：电压波形、耐压波形、移相范3Φ桥式电路优缺点控－电阻负载三、三相桥式全载控－大电感负△；两种触发方法△——宽脉冲，双窄脉冲；△；触发次序△——矢量图；利用率提高;输出电压增倍;脉动小）T”电路特点（双向绕组电流、直流磁势抵消、““T”二、三相桥式全一、电路构成内容小结——三相桥式可控整流电路26注意三相桥式电路的双脉冲触发注意三相桥式电路的触发顺序注意三相桥式电路的工作原理三相桥式整流电路26注意三相桥式电路的双脉冲触发注意三相桥式电路的触发顺序注意三相桥式电路的工作原理三相桥式整流电路27T-aT-bT-c-c+a-b+b-a+cudcb27T-aT-bT-c-c+a-b+b-a+cudcbaidT+aT+bT+c★大于60º单脉冲。采用间隔60º的双脉冲或宽度情况正常工作，触发脉冲应5）为保证电源合闸或电流断续适于低压大电流场合（三相半波并联）电路优缺点特性△（图2-32）、电路特点）波形（电阻负载移相范围120°°）、外Lpud△。衡）；Lp的影响:适于低压大电流场合（三相半波并联）电路优缺点特性△（图2-32）、电路特点）波形（电阻负载移相范围120°°）、外Lpud△。衡）；Lp的影响::ud、环流△。pL★Lp的作用★（并联供电，负载趋于均无Lp——无Lp—六相半波—θ小，输出电压高联联))并名端——无直流偏磁，Lp——并“”同反星形；2个基本特点((“双反星”同Φ33Φ半波电路加Lp并联、变压器副边双三、参数计算二、平衡电抗器Lp本特点一、电路组成与基内容小结——双反星形可控整流电路29适用场合（低电压高电流场合）平衡电抗器LP的作用29适用场合（低电压高电流场合）平衡电抗器LP的作用级绕组都接成三相星形电源变压器初级接成三角形，两组次带平衡电抗器的双反星形可控整流电路Lp大，负载大，换相重叠时间变长引起换相压降（算术平均）；间完成）；★换相重叠原因★（漏抗，换相无法瞬算三、换相重叠角的计平均电压LpLp大，负载大，换相重叠时间变长引起换相压降（算术平均）；间完成）；★换相重叠原因★（漏抗，换相无法瞬算三、换相重叠角的计平均电压Lp二、换相压降和整流和整流电压波形一、换相的物理过程内容小结——变压器漏抗对可控整流电路的影响γI31iaicibiaicOidOucubuaαγI31iaicibiaicOidOucubuaαudd如电感电流大小的影响换相重迭影响的定性分析：压的平均值有所下降由于换相的影响，输出电换相重迭的原因换向重叠：原因、换相过程分析32时换向重迭对输出电压大小的影响换向重迭角与哪些参数有关（定性分析），整流工作掌握变压器漏抗的影响与换向重迭现象，换向压降和理，适用于何种应用场合带平衡电抗器的双反星形整流电路的组成，工作原三相桥式电路的工作原理，适用于何种应用场合（注意各电路在各种负载条件下的工作异同点)形分析/计算32时换向重迭对输出电压大小的影响换向重迭角与哪些参数有关（定性分析），整流工作掌握变压器漏抗的影响与换向重迭现象，换向压降和理，适用于何种应用场合带平衡电抗器的双反星形整流电路的组成，工作原三相桥式电路的工作原理，适用于何种应用场合（注意各电路在各种负载条件下的工作异同点)形分析/计算掌握单相桥式全控电路，三相半波电路的工作原理/波第二章可控整流电路重点注意：整流与逆变的条件、互相转化的条件。整流——逆变可互相转化，中电机制动、电机作发电机使用等场合。，－2返回交流电网。（重点注意：整流与逆变的条件、互相转化的条件。整流——逆变可互相转化，中电机制动、电机作发电机使用等场合。，－2返回交流电网。（Pg63，11－2行）应用：调速系统，有源逆变——DC----AC，AC特指交流电网，能量逆变——DC----AC;整流——AC----DC;引—关于有源逆变第三章有源逆变——控制角的限制四、逆变失败与电路略微增加—换相重叠对逆变电路输出电压数值的影响—β=γ+δ+μβmin=γ+δ+μ逆变角裕量；短路；—逆变失败△—原因：防止顺极性串联，造成——控制角的限制四、逆变失败与电路略微增加—换相重叠对逆变电路输出电压数值的影响—β=γ+δ+μβmin=γ+δ+μ逆变角裕量；短路；—逆变失败△—原因：防止顺极性串联，造成、、逆变工作：只能依次触发Ta、Tb、Tc（）（1.17）、θ、Ud管的电路不行）、移相范围、θ、Ud变对电路的限制△（半控或有续流二极件★件★（内部条件、外部条件）；有源逆—整流—逆变转换过程及能量流向；逆变条三、三相桥式逆变电路二、三相半波逆变一、电能的流转内容小结——有源逆变352|ED|352|ED|>|Ud|，同时Ed反极性-----外部条件。1Ud<0(即90º<α<180º)—内部条件要实现逆变工作应满足：逆变状态36Ud0=2.34U2(三相桥式)Ud0=1.17U2(三相半波）Ud0=0.9U2（单相桥）U36Ud0=2.34U2(三相桥式)Ud0=1.17U2(三相半波）Ud0=0.9U2（单相桥）Ud=Ud0cosα，如:桥式半控电路，有续流二极管的电路。对于不可能有负压输出的电路,不可能实现有源逆变逆变工作小结37对于逆变电路器件工作方式不变！T-b导通顺序：T+a→T-c37对于逆变电路器件工作方式不变！T-b导通顺序：T+a→T-c→T+b→T-a→T+c→每隔60º电路换流一次每个晶闸管导通120º晶闸管必须成对导通对于整流电路三相桥式电路的工作方式38时供给三个晶闸管是不行的•因为现在Ub=U38时供给三个晶闸管是不行的•因为现在Ub=Uc，再要像整流状态那样将触发脉冲同•如ωt2时，由a相换流到b相，此时只能触发Tb•对于逆变工作状态，则只能依次触发晶闸管Ta,Tb,Tc逆变电路对触发电路的要求39μ----安全裕度角，可取10度。δ----SCR关断时间折合成的电角度γ---换相重叠角，算法与整流时相同。β39μ----安全裕度角，可取10度。δ----SCR关断时间折合成的电角度γ---换相重叠角，算法与整流时相同。βmin=γ+δ+μ会造成逆变颠覆由于换相延时、开关延时等因素的影响，如果逆变角过小，最小逆变角βmin“逆变颠覆”。与直流两电源的顺极性串联，造成短路而使逆变失败，称在逆变电路中，如触发不可靠，将使换相失败，形成交流逆变颠覆概念40掌握逆变失败概念、最小逆变角的限制条件原理掌握三相半波及三相桥式有源逆变电路的工作注意哪些电路不能进行有源逆变可逆变工作条件）40掌握逆变失败概念、最小逆变角的限制条件原理掌握三相半波及三相桥式有源逆变电路的工作注意哪些电路不能进行有源逆变可逆变工作条件）（注意与第二章学习的电路相结合，掌握电路的掌握有源逆变的工作条件第三章有源逆变重点掌握：器件的特性参数、定额以及选用依据使电力电子的应用场合更为广阔需要采用高频的新型功率器件。；开关慢；半控特性；存在：尽管重点掌握：器件的特性参数、定额以及选用依据使电力电子的应用场合更为广阔需要采用高频的新型功率器件。；开关慢；半控特性；存在：尽管SCR可以处理较大功率概述功率晶体管和二极管四、IGBT——Rms，计算类似SCR电压—Max；电流压）D★功率D分类和选用★三、MOS——四、IGBT——Rms，计算类似SCR电压—Max；电流压）D★功率D分类和选用★三、MOS——三类，看频率，看耐—；—trrrrD功率D动态二、功率三极管联）；低小低，损耗小（负温度系数，不适合并高大高功率D—电压定额高，压降大；温度高，压降功率D一、功率D内容小结——功率晶体管和二极管43反向恢复时间小，耐压低，适用于低压高频应用场合肖特基二极管反向恢复时间较小，开关二极管，用于高频整流/斩波和逆变快恢复二极管反向恢复时间大，适用于低频43反向恢复时间小，耐压低，适用于低压高频应用场合肖特基二极管反向恢复时间较小，开关二极管，用于高频整流/斩波和逆变快恢复二极管反向恢复时间大，适用于低频,如1kHz整流电路普通二极管管；应用时，应根据不同场合的不同要求，选择不同类型的功率二极特性有不同的分类按照正向压降、反向耐压、反向漏电流等性能，特别是反向恢复二极管的类型四、IGBT三、MOS——驱动损耗大，速度慢，有二次击穿GTR缺点偏二次击穿GTR—SOA区：44条线；存在正偏二次击穿和反二、功率三极管四、IGBT三、MOS——驱动损耗大，速度慢，有二次击穿GTR缺点偏二次击穿GTR—SOA区：44条线；存在正偏二次击穿和反二、功率三极管；容，存储时间ts；—个区，低损耗区？；动态—考虑PN结电—三GTR—三层器件，电流驱动型器件，静态—三GTR一、功率D内容小结——功率晶体管和二极管45常常立即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变伴随电压的陡然下降一次击穿发生时Ic增大到某个临界点时会突然急剧上升，并二次击穿（热击穿）只要45常常立即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变伴随电压的陡然下降一次击穿发生时Ic增大到某个临界点时会突然急剧上升，并二次击穿（热击穿）只要Ic不超过限度，GTR一般不会损坏，工作特性也不变集电极电压升高至击穿电压时，Ic迅速增大，出现雪崩击穿一次击穿（电击穿）GTR的二次击穿现象与安全工作区46二次击穿临界线Is/b最大耗散功率P46二次击穿临界线Is/b最大耗散功率PcM；集电极最大电流IcM；最高电压UceM；安全工作区SOA（SafeOperatingArea—SOA）四、IGBT——三、MOS二、功率三极管MOS—脉冲驱动电流，避免Vgs振荡过压。数，适合并联）；大；温度高，Rdson大，损耗大（正温度系导通—Rdson；电压定额高，Rdson四、IGBT——三、MOS二、功率三极管MOS—脉冲驱动电流，避免Vgs振荡过压。数，适合并联）；大；温度高，Rdson大，损耗大（正温度系导通—Rdson；电压定额高，RdsonMOSMOS—SOA区：33条线；相比大GS小平台；工作频率最高，但是通态损耗路—D，；-路—反并D，33个容；驱动-存在密勒效应，区是低损耗区，饱和区是高损耗区；等效电—件，静态—三个区，注意可变电阻区和截止MOS—三层器件，电压驱动型器件，场控器MOS一、功率D内容小结——功率晶体管和二极管48主要参数：导通电阻（影响因素？）原理、特点、伏安特性、密勒效应MOSFET48主要参数：导通电阻（影响因素？）原理、特点、伏安特性、密勒效应MOSFET电压型控制器件49功率49功率MOSFET的寄生二极管505051**导通电阻具有正温度系数，对器件并联时的均流有利**导通电阻51**导通电阻具有正温度系数，对器件并联时的均流有利**导通电阻受UGS控制，与ID有关**导通电阻与耐压几近成平方增长导通电阻特性52裕量使用中注意留适当的不存在二次击穿问题最大耗散功率漏极最大允许电流；漏源间的耐压；SOA52裕量使用中注意留适当的不存在二次击穿问题最大耗散功率漏极最大允许电流；漏源间的耐压；SOA界线：安全工作区四、IGBT——避免出现擎住效应三、MOSIGBT；MOS，高于GTR；区；IGBT—四、IGBT——避免出现擎住效应三、MOSIGBT；MOS，高于GTR；区；IGBT—SOA区；有电流拖尾；工作频率低于二、功率三极管的P的P型三极管；IGBT—四层器件，电压驱动型器件，MOS驱动IGBT一、功率D内容小结——功率晶体管和二极管MOSFETGTR三端器件：栅极GMOSFETGTR三端器件：栅极G、集电极C和发射极EIGBT的结构→过热损坏生，晶闸管状态:关不断关断时：duCE/dt→过热损坏生，晶闸管状态:关不断关断时：duCE/dt过大时发体管导通，晶闸管状态；导通时：ICM过大，寄生晶组成件的P+N-P晶体管和作为主开关器一个N-PN+晶体管寄生晶闸管——由擎住效应56率duCE/dt最大允许电压上升最大集射极间电压;最大集电极电流;区（56率duCE/dt最大允许电压上升最大集射极间电压;最大集电极电流;区（RBSOA）反向偏置安全工作最大集电极功耗最大集射极间电压最大集电极电流（FBSOA）正偏安全工作区安全工作区点、安全工作区、驱动类型•IGBT为MOSFET与功率晶体管的结合器件、特作用、密勒效应、安全工作区、驱动类型点、安全工作区、驱动类型•IGBT为MOSFET与功率晶体管的结合器件、特作用、密勒效应、安全工作区、驱动类型•MOSFET电压型控制器件、特点、导通电阻影响全工作区•功率晶体管的正偏二次击穿、反偏二次击穿、安合、肖特基二极管的特性、二极管电流定额特点•掌握二极管的反向恢复特性、分类/特点及应用场第八章功率二极管与晶体管数量关系和参数设计。重点掌握：电路拓扑、工作原理和波形及基本公式推导、（根据输入信号和器件符号判断晶体管电路还是SCR电路）DC-AC以及DC和AC调速。控制基极或栅极信号高速地通断，常用于DC-DC、数量关系和参数设计。重点掌握：电路拓扑、工作原理和波形及基本公式推导、（根据输入信号和器件符号判断晶体管电路还是SCR电路）DC-AC以及DC和AC调速。控制基极或栅极信号高速地通断，常用于DC-DC、在全控器件的基础之上，晶体管功率电路通过引—关于晶体管功率电路第九章晶体管功率电路全桥半桥多管变换器推挽单端反激(←Buck-Boost)单端正激(←Buck)Buck-BoostBoostBuck全桥半桥多管变换器推挽单端反激(←Buck-Boost)单端正激(←Buck)Buck-BoostBoostBuck器（衍生来）隔离式单管变换换器（基础）非隔离式单管变一、电路全章小结电路电路波形及实际流通器件等）（（变压器绕组电压；开关管电压；连续、临界连续、断续典型波形、逆变3.波形分析Δi,—（基础:电路电路波形及实际流通器件等）（（变压器绕组电压；开关管电压；连续、临界连续、断续典型波形、逆变3.波形分析Δi,—（基础::Δi,Δφ—本质就是副妙积分为零；电容稳态只流过交变电流）2.理解应用电路稳态条件）（基础:ton,toff）1.分时段分析二、分析方法全章小结如G6.计算：如IIG、保证连续的电感值、容设计公式等”D5.“负载如G6.计算：如IIG、保证连续的电感值、容设计公式等”D5.“负载”对逆变电路影响，反并D作用；D4.反激变压器的功能、正激变压器的磁复位及对D的要求；3.根据电路稳态条件推导in/out关系；2.根据不同时段分析电路基本工作原理；波形；电流连续，临界连续和断续几种情况各种电路拓扑和相应1.画出电路拓扑（正激反激同名端、正激反激输出端电路等）和电感全章小结三、要求62稳态时BUCK62稳态时BUCK电路63连续临界断续连续D_Uo+bub_Ui+Q_CRLLA_DbubUiQONQOFUo++_Uo+CRLDLCR63连续临界断续连续D_Uo+bub_Ui+Q_CRLLA_DbubUiQONQOFUo++_Uo+CRLDLCRLLAQAbub_Ui+Q电感电流断续时波形分析64•临界连续曲线1+Io/(4IGmaxD264•临界连续曲线1+Io/(4IGmaxD2)UO/Ui=1电流也有关输出电压与负载电流断续，UO=DUi只与占空比相关电流连续，输出电压标幺外特性曲线：Uo/Ui=f(Io/IGmax)标幺曲线652IominL652IominL=Uo⋅(1−D)⋅T临界电流平均值：BUCK电路66TOFF1−DUi=Uo=UiTON+TOFFΔi66TOFF1−DUi=Uo=UiTON+TOFFΔiON=−ΔiOFF=ΔiToffToff=LUi−Uo=LbΔiOFFiLbmin−iLbmaxTonTon=LUi=LbΔioniLbmax−iLbmin升压式变换器67(物理意义？)Uo＝∞,损坏器件•Io＝0，输出开路，Uo167(物理意义？)Uo＝∞,损坏器件•Io＝0，输出开路，Uo1+4IGmaxD2/Io=1Ui•电流断续Ui1−D=o1•电流连续UUi=f(Io)DUo•外特性升压式变换器标幺输68电路电路滤波器变压器直流交流整流脉动直流直流逆变交流应用例：间接直流变流电路68电路电路滤波器变压器直流交流整流脉动直流直流逆变交流应用例：间接直流变流电路隔离型DC-DC变换器69如半桥、全桥和推挽电路。双端电路：变压器中的电流为正负对称的交流电流。电路和反激电路。单端电路：变压器中流过的是69如半桥、全桥和推挽电路。双端电路：变压器中的电流为正负对称的交流电流。电路和反激电路。单端电路：变压器中流过的是直流脉动电流，如正激(DoubleEnd)电路两大类。间接直流变流电路分为单端(SingleEnd)和双端间接直流变流电路反激电路不应工作于负载开路状态701−DD12NN=ioUU输出电压关系工作原理和波形分析（连续和断续）反激电路结构电子设备电源。计算机设备、消费小功率电子设备、应用领域几W~几十W功率范围压器单向激磁，利用率低难以达到较大的功率，变缺点可靠性高，驱动电路简单反激电路不应工作于负载开路状态701−DD12NN=ioUU输出电压关系工作原理和波形分析（连续和断续）反激电路结构电子设备电源。计算机设备、消费小功率电子设备、应用领域几W~几十W功率范围压器单向激磁，利用率低难以达到较大的功率，变缺点可靠性高，驱动电路简单电路非常简单，成本很低，优点☺反激电路表1各种不同的间接直流变流电路的比较71电流连续时电压关系器的双重作用。变压器起着电感和变压反激式变换器中的电感71电流连续时电压关系器的双重作用。变压器起着电感和变压反激式变换器中的电感单端反激式变换器(Flyback)72空载，输出趋于无穷大困难。Io变化，D变化较大，调电流断续时，Uo不变时，1−DN172空载，输出趋于无穷大困难。Io变化，D变化较大，调电流断续时，Uo不变时，1−DN1⋅D⋅UiN2Uo==4D(1−D)IGmaxIG2L1fIoUo=Ui2D2电路外特性正激电路的磁复位原理和占空比限制N1+N373N1D<D12NN=ioUU输出电压关系工作原理和波形分析（连续）正激电路结构源各种中、小功率电应用领域几百W~几kW功率范围正激电路的磁复位原理和占空比限制N1+N373N1D<D12NN=ioUU输出电压关系工作原理和波形分析（连续）正激电路结构源各种中、小功率电应用领域几百W~几kW功率范围低变压器单向激磁，利用率缺点性高，驱动电路简单电路较简单，成本低，可靠优点☺正激电路表1各种不同的间接直流变流电路的比较74ubN1Ui=DN2Uo=DUrec__bD2Ui•输出电压：RLUo∗∗N3+∗N2iN174ubN1Ui=DN2Uo=DUrec__bD2Ui•输出电压：RLUo∗∗N3+∗N2iN1N1U=N2recUCQD3+LD1D3•实际上和BUCK变换器工作方式类似QOFF时:D1截止，D3续流QON时:D1导通，传递能量LA输出电压ub_75_RLUoUiD3on，续流C∗∗N2QD2∗N3+N1bD3+LD1ub__RLUoUiD2和D3on，磁复位CQD3∗ub_75_RLUoUiD3on，续流C∗∗N2QD2∗N3+N1bD3+LD1ub__RLUoUiD2和D3on，磁复位CQD3∗∗D1N2bD2∗N3+N1D2+LQ和D1on，电源能量传递给负载D3∗∗N3LD1∗N2N1工作原理76否则变压器饱和N1+N3D<N1TOFF∵TR<(1−D)TN1N176否则变压器饱和N1+N3D<N1TOFF∵TR<(1−D)TN1N1DTTON=TR=N3N3TR=Ton=DT若TR=?若＝＝，，N3OFΔΦ′=UiTRN1=UiTONΔΦON—磁通状态分析772Ui注意器件的电压应力大小注意感性负载器件的导通顺序Q1D2Q2D1工作原理和波形分析（阻性和感性）推挽电路结构低输入电压的电源几百W~几kW有偏磁问题推挽应用领域功率范围缺点单关，通态损耗较小，驱动简772Ui注意器件的电压应力大小注意感性负载器件的导通顺序Q1D2Q2D1工作原理和波形分析（阻性和感性）推挽电路结构低输入电压的电源几百W~几kW有偏磁问题推挽应用领域功率范围缺点单关，通态损耗较小，驱动简次侧电流回路中只有一个开变压器双向励磁，变压器一优点☺电路表1各种不同的间接直流变流电路的比较78纯电阻负载时工作波形：设变压器为理想变压器78纯电阻负载时工作波形：设变压器为理想变压器推挽功率电路（阻性负载）79能量回馈时电流流过D179能量回馈时电流流过D1,D2;电感负载工作波形：推挽功率电路（感性负载）80Ui/2注意输出电压大小注意感性负载器件的导通顺序Q1D2Q2D1工作原理和波形分析（阻性和感性）半桥电路结构计算机电源等各种工业用电源，应用领域几百W~几kW功率范围需要复杂的隔离驱动电路有直通问题，可靠性低，缺点本低器偏磁问题，开关较少，成80Ui/2注意输出电压大小注意感性负载器件的导通顺序Q1D2Q2D1工作原理和波形分析（阻性和感性）半桥电路结构计算机电源等各种工业用电源，应用领域几百W~几kW功率范围需要复杂的隔离驱动电路有直通问题，可靠性低，缺点本低器偏磁问题，开关较少，成变压器双向励磁，没有变压优点☺半桥电路表1各种不同的间接直流变流电路的比较81工作原理－电阻负载81工作原理－电阻负载82模态d:D1导通模态C:82模态d:D1导通模态C:Q2导通模态b:D2导通模态a:Q1导通半桥电路的不同工作模态半桥电路（感性负载）工作状态83Q2D2D1Q1D1,D283Q2D2D1Q1D1,D2导通时回馈能量Q1,Q2导通时传递能量电感负载工作波形：电感性负载特性总图84Ui注意器件电压应力和输出电压大小Q1(4)D2(3)Q2(3)D1(4)注意感性负载器件的导通顺序工作原理和波形分析（阻性和感性）全桥电路结构全桥源等焊接电源、电解电大功率工业用电源、应用领域kW几百W~几百功率范围复杂的多组隔离驱动电路通问题，可靠性低，需要结构复杂，成本高，有直缺点大功率变压器双向励磁，容易达到优点84Ui注意器件电压应力和输出电压大小Q1(4)D2(3)Q2(3)D1(4)注意感性负载器件的导通顺序工作原理和波形分析（阻性和感性）全桥电路结构全桥源等焊接电源、电解电大功率工业用电源、应用领域kW几百W~几百功率范围复杂的多组隔离驱动电路通问题，可靠性低，需要结构复杂，成本高，有直缺点大功率变压器双向励磁，容易达到优点☺电路表1各种不同的间接直流变流电路的比较85类似半桥电压波形，幅值增加一倍，Uo=±Uin85类似半桥电压波形，幅值增加一倍，Uo=±Uin出为负极性Q1/Q4导通时，输出为正极性；Q2/Q3导通时，输阻性负载：单相全桥功率电路(阻性负载)86Q1(4),D2(3),Q2(3),D1(4)功率器件导通顺序：输出反向电流Q2Q3或D1D4导通时，输出正向电流Q1Q4或D2D3导通时，D4Q4ioD3Q3LuoRD86Q1(4),D2(3),Q2(3),D1(4)功率器件导通顺序：输出反向电流Q2Q3或D1D4导通时，输出正向电流Q1Q4或D2D3导通时，D4Q4ioD3Q3LuoRD2+Q2+D1Q1in输出负向电压D2D3或Q2Q3导通时，U输出正向电压D1D4或Q1Q4导通时，全桥电路工作状态小结87kW几百W~几百全桥源等焊接电源、电解电大功率工业用电源、计算机电源等各种工业用电源，几百W~几kW复杂的多组隔离驱动电路通问题，可靠性低，需要结构复杂，成本高，有直需要复杂的隔离驱动电路有直通问题，可靠性低，半桥低输入电压的电源几百W~几kW有偏磁问题推挽几百W~几kW正激源各种中、小功率电电子设备电源。计算机设备、消费小功率电子设备、应用领域几W~几十W功率范围低变压器单向激磁，利用率压器单向激磁，利用率低难以达到较大的功率，变缺点大功率变压器双向励磁，容易达到本低87kW几百W~几百全桥源等焊接电源、电解电大功率工业用电源、计算机电源等各种工业用电源，几百W~几kW复杂的多组隔离驱动电路通问题，可靠性低，需要结构复杂，成本高，有直需要复杂的隔离驱动电路有直通问题，可靠性低，半桥低输入电压的电源几百W~几kW有偏磁问题推挽几百W~几kW正激源各种中、小功率电电子设备电源。计算机设备、消费小功率电子设备、应用领域几W~几十W功率范围低变压器单向激磁，利用率压器单向激磁，利用率低难以达到较大的功率，变缺点大功率变压器双向励磁，容易达到本低器偏磁问题，开关较少，成变压器双向励磁，没有变压单关，通态损耗较小，驱动简次侧电流回路中只有一个开变压器双向励磁，变压器一性高，驱动电路简单电路较简单，成本低，可靠可靠性高，驱动电路简单电路非常简单，成本很低，优点☺反激电路表1各种不同的间接直流变流电路的比较88握开通关断缓冲电路的概念、画法和工作原理。重点：理解开关瞬态电流、电压波形和负载线波形、掌器件开关损耗、抑制电磁干扰等。件应力、提高电路可靠性。同时希望减小—所以—88握开通关断缓冲电路的概念、画法和工作原理。重点：理解开关瞬态电流、电压波形和负载线波形、掌器件开关损耗、抑制电磁干扰等。件应力、提高电路可靠性。同时希望减小—所以—加缓冲电路,软化开关过程，降低器关瞬时器件应力最恶劣。及热应力有关，应力越低越可靠。其中开功率半导体器件的可靠性与其电流、电压第十章功率晶体管的缓冲电路近坐标轴负载线尽量靠或者说，使关断过程uceEc交叠波形尽量没有使电流电压t00Icicuce近坐标轴负载线尽量靠或者说，使关断过程uceEc交叠波形尽量没有使电流电压t00Icicuceic做到：缓冲电路应该同时减小器件开关损耗、抑制电磁干扰等软化开关过程，降低器件应力、提高电路可靠性；的作用：1.缓冲电路缓冲电路小结1法法RR、D的画的作用；CC、R、DS在低损耗区QicRLR1D1Rb开通、关断均C1+Ec但开通在高损耗区但在高损耗区关断缓冲电路R、C、D法法RR、D的画的作用；CC、R、DS在低损耗区QicRLR1D1Rb开通、关断均C1+Ec但开通在高损耗区但在高损耗区关断缓冲电路R、C、D组成出安全工作区但关断负载线超关断低损,＋C关断安全,＋D2.小电感与开关管串联同时减小器件开关损耗、抑制电磁干扰等软化开关过程，降低器件应力、提高电路可靠性；开通好，的作用：1.缓冲电路缓冲电路小结1L2原理画法R1_1UiC图10－13b_Uo+CDRLR2D1D2R1LL2Qb+缓冲组合画法D、R、原理_图10－12_Uo+RL关断开通负载线都经开通缓冲电路UCD2D2RLi+b图10－5—难点L2原理画法R1_1UiC图10－13b_Uo+CDRLR2D1D2R1LL2Qb+缓冲组合画法D、R、原理_图10－12_Uo+RL关断开通负载线都经开通缓冲电路UCD2D2RLi+b图10－5—难点△过高损耗区开通、关断画法D、R、原理_Ui冲电路关断缓图10－6_Uo+RLCDQR1D1C1L+3.电感电流连续时的负载线和缓冲电路—Buck变换器缓冲电路小结2(10−29)2LIL⋅f12的功率PON=R(10−28)2CUi2⋅f1的功率POF=R放光—消耗在R上要求：Q关断时L中能量全部——开通缓冲ic的增长速度L与Q串联，开通时缓冲放光—消耗在R上要求：Q开通时C(10−29)2LIL⋅f12的功率PON=R(10−28)2CUi2⋅f1的功率POF=R放光—消耗在R上要求：Q关断时L中能量全部——开通缓冲ic的增长速度L与Q串联，开通时缓冲放光—消耗在R上要求：Q开通时C中能量全部——关断缓冲Uce的增长速度C经D与Q并联，关断时缓冲TOff_min>4L/RTOn_min>4RCbL2Q_b_Uo+RLCLDR2D2Ui+_Uo+RLCLDQR1D1C1_Ui+4.判断开通和关断缓冲电路缓冲电路小结393了解无损缓冲电路的基本原理了解开通缓冲电路的接法和工作原理掌握关断缓冲电路的接法和工作原理掌握缓冲电路的作用第十章功率晶体管的缓冲电路93了解无损缓冲电路的基本原理了解开通缓冲电路的接法和工作原理掌握关断缓冲电路的接法和工作原理掌握缓冲电路的作用第十章功率晶体管的缓冲电路尽量快开、快关）效率和器件可靠性。（即减小开关损耗，提高整机功率晶体管的开关特性，—优良的驱动电路—改善开关功率放大作用。—到足以驱动功率晶体管—尽量快开、快关）效率和器件可靠性。（即减小开关损耗，提高整机功率晶体管的开关特性，—优良的驱动电路—改善开关功率放大作用。—到足以驱动功率晶体管—电路输出的PWM脉冲放大驱动电路的作用是将控制概述—（Pg267)第十一章驱动电路动电路体管驱功率晶第五节场控器件的驱动电路第四节比例驱动电路第三节恒流驱动电路驱动电路的要求双极性第一节对动电路体管驱功率晶第五节场控器件的驱动电路第四节比例驱动电路第三节恒流驱动电路驱动电路的要求双极性第一节对双极性功率晶体管第二节驱动电路的隔离技术本章内容96变压器隔离离隔耦光带隔离的驱动96变压器隔离离隔耦光带隔离的驱动t0ib97图12－1最佳基极驱动电流波形f。迅速下降，减小tf。—抽流，减小ts；反偏截止电压—ic—3.关断瞬时：足够反向基极电流——t0ib97图12－1最佳基极驱动电流波形f。迅速下降，减小tf。—抽流，减小ts；反偏截止电压—ic—3.关断瞬时：足够反向基极电流——耗；关断前临界饱和导通—减小ts;—2.导通期间：饱和导通—低导通损—和过冲—加速开通减小开通损耗；1.开通时：基极电流有快速上升沿最佳驱动特性：（Pg267）★最佳驱动特性和驱动电流波形（Pg267、268）第一节对双极性功率晶体管驱动电路的要求钳位DWD5流通路提供反图12－16驱动互补R1隔离光耦D4QD3D2抗饱和加速电容Ucc2R5CQ3R3Q4Q2D1UiR2Ucc1放大五、电路分析钳位DWD5流通路提供反图12－16驱动互补R1隔离光耦D4QD3D2抗饱和加速电容Ucc2R5CQ3R3Q4Q2D1UiR2Ucc1放大五、电路分析第三节恒流驱动电路99C作用：加速导通、截止反偏。CQ1on,Qoff:uC反加在be间。b；电,R1、R2决定Ib；—Q1off,Qon:C先将R2短路—开通电流尖峰；稳态,C充完原理：（Pg271）99C作用：加速导通、截止反偏。CQ1on,Qoff:uC反加在be间。b；电,R1、R2决定Ib；—Q1off,Qon:C先将R2短路—开通电流尖峰；稳态,C充完原理：（Pg271）图12－10加速电容驱动电路tQ1C0IbibmQR2R1Uccib一、加速电容—加快功率管的开通过程（Pg271）100D1、D2抗饱和，D3为反向基流提供通路UDD→UDUAe＝2uD、UAc＝uD→Uce＝uDoff,QonIb↓,Q饱和深度↓。若Q深度饱和,则Uce↓100D1、D2抗饱和，D3为反向基流提供通路UDD→UDUAe＝2uD、UAc＝uD→Uce＝uDoff,QonIb↓,Q饱和深度↓。若Q深度饱和,则Uce↓,uAe>Uce,D2on,原理：（Pg272）驱动电流损失导通损耗↑，抗饱和驱动,ts↓电路特点：路基极电流波形图12－12抗饱和电图12－11基本抗饱和电路tIb′0D3IbbI′QAIbD1D2Ib2二、抗饱和电路—使功率管处于浅饱和（Pg272上）3.在GS间加稳压管或电阻。2.加驱动电阻：a.限流；b.防止uGS振荡；1.减小驱动电路引线感；MOS3.在GS间加稳压管或电阻。2.加驱动电阻：a.限流；b.防止uGS振荡；1.减小驱动电路引线感；MOS管应用（MOS管GS间存在等效电容）：3.驱动电路内阻抗小。2.足够的瞬态驱动电流，快的上升沿、下降沿；1.驱动电压足够>10V；一、驱动电路要求第五节场控器件的驱动