第5章 PWM整流电路

1、第5章PWM整流电路,5.1概述5.2低压大电流高频整流电路5.3电压型单相单管PWM整流电路5.4电压型单相桥式PWM整流电路5.5电压型三相桥式PWM整流电路,5.1概述,5.1.1整流电路的理想状态5.1.2传统整流电路存在的问题5.1.3PWM整流电路的分类,5.1.1整流电路的理想状态,1.网侧功率因数=12.输出电压u0U0(电压型)或输出电流i0I0(电流型)3.具有双向传递电能的能力4.能实现输出电压的快速调节以保证系统有良好的动态性能5.具有较高的功率密度6.整流电路无内耗，即电路中所有元器件均无损耗,5.1.2传统整流电路存在的问题,图5-1具有电容输入滤波的单相不控整流电

2、路a)电路结构b)电量波形,5.1.3PWM整流电路的分类,所谓PWM整流电路指采用PWM控制方式和全控型器件组成的整流电路。由于它在不同程度上解决传统低频整流电路存在的问题，得到国内外的重视，随着全控型功率器件开关容量的增大。微机及数字信号处理器(DSP)性能的提高、SVPWM技术的日渐成熟，也由于其主电路拓扑结构与逆变电路十分相似，因此逆变电路获得成功的经验和技术都可以顺利地移植到PWM整流电路，所以近年来发展较快。可以祈望，PWM整流终将成整流电路的主流。,5.2低压大电流高频整流电路,5.2.1倍流整流电路5.2.2同步整流电路,5.2.1倍流整流电路,图5-2倍流式整流电路a)电路结

3、构b)电量波形,5.2.1倍流整流电路,1)输出滤波电容C0值很大，iL中谐波均从C0流过，负载R0中仅流过直流分量I0，故输出电压无纹波，即u0U0。2)滤波电感L1=L2=L，无直流内阻且数值较大。,5.2.1倍流整流电路,图5-3图5-2b中各时区的等效电路a)时区Ab)时区Bc)时区C,5.2.2同步整流电路,图5-4同步倍流式整流电路a)电路结构b)简单的栅压波形c)改良的栅压波形d)由图5-4a点划线框获得的栅压波形,5.2.2同步整流电路,图5-5全波零式同步整流电路a)电路结构b)电量波形,5.2.2同步整流电路,图5-6非对称型同步整流电路a)电路结构b)电量波形,5.3电压

4、型单相单管PWM整流电路,5.3.1含BoostAPFC的PWM整流电路5.3.2含FlybackAPFC的PWM整流电路,5.3电压型单相单管PWM整流电路,表5-1IEC1000-3-2D类谐波含量标准,1)两级结构：第一级是PFC级，通常采用Boost电路，其任务是实现网侧电流正弦化，此外对输出电压进行粗调；第二级是直流变换电路(直接式或间接式)，其任务是对输出电压进行细调，该方案的优点是高性能(含高、高调压精度和高反应速度)，结构相对简单，技术成熟；缺点是整机效率较低和性价比依然不高，适用于精密仪器电源等场合。2)单级结构：对电脑电源和电子镇流器等家电而言，效率和性价比都是至关重要的，

5、为此将两级变换合并为一级成为单级单管电路(Single-stage）。,5.3.1含BoostAPFC的PWM整流电路,图5-7含BoostAPFC和PWM整流电路1电压调节器2乘法器3电流调节器4载波发生器5SPWM信号比较器6驱动器7输出电压快速调节器,5.3.1含BoostAPFC的PWM整流电路,图5-8图5-7电路的电量波形,5.3.1含BoostAPFC的PWM整流电路,表5-2APFC专用控制芯片,表5-2APFC专用控制芯片,5.3.1含BoostAPFC的PWM整流电路,图5-9250WPowerMOSFETBoostAPFCM标量乘法器REC整流器UR基准电压(7.5V),

6、5.3.2含FlybackAPFC的PWM整流电路,1.按DCM模式工作的情况分析,图5-10含FlybackAPFC的PWM整流电路1电压调节器2标量乘法器3振荡器4SPWM比较器5反相器6锁存器7驱动器CT电流互感器,5.3.2含FlybackAPFC的PWM整流电路,图5-11图5-10电路在DCM模式下的电量波形,2.按CCM模式工作的情况分析,5.4电压型单相桥式PWM整流电路,5.4.1理想条件下的电路分析5.4.2实际条件下的电路分析5.4.3输出电压U0的调节5.4.4网侧功率因数=-1时的电路分析5.4.5电路的控制,5.4.1理想条件下的电路分析,图5-12单相电压型PWM

7、整流电路a)全桥式结构主电路b)等效电路c)半桥式结构主电路d)工作模式,5.4.1理想条件下的电路分析,图5-13单相PWM整流电路入端电量矢量图,5.4.2实际条件下的电路分析,1.电路的工作模式,图5-14不同工作模式下的等效电路(=1)a)、b)工作模式c)、e)工作模式d)、f)工作模式,5.4.2实际条件下的电路分析,表5-3单相SPWM整流电路在=0和=1下的工况,2.=1时电路工作过程分析,5.4.2实际条件下的电路分析,图5-15=1时电路的电量波形,5.4.2实际条件下的电路分析,3.输出电流i0的分析,5.4.3输出电压U0的调节,(1)负载电阻R0变化时的稳压分析,图5

8、-16外扰作用下电量的矢量关系,(2)网压uN变化时的稳压分析设负载电阻R0不变，即输入和输出功率为恒值，为此RN应随uN而变。,5.4.4网侧功率因数=-1时的电路分析,图5-17=-1时电路的电量波形,5.4.4网侧功率因数=-1时的电路分析,图5-18不同工作模式的等效电路(=-1)a)、b)工作模式c)、f)工作模式e)、d)工作模式,5.4.5电路的控制,图5-19采用间接电流控制策略的PWM整流电路1直流给定电压2直流输出电压检测3交流输入电压检测4电压调压器5移相器6电压变换7标量乘法器8矢量加法器9PWM比较器10载波发生器11控制门12保护电路13脉冲分配器14驱动电路,5.

9、4.5电路的控制,图5-20采用直接电流控制策略的PWM整流电路1直流给定电压2直流输出电压检测3交流电流检测4电压调压器5交流电压检测6驱动电路7标量乘法器8电流调节器9PWM比较器10载波发生器,5.5电压型三相桥式PWM整流电路,5.5.1电路工作原理分析5.5.2电路的控制5.5.3输出直流电压的估算,5.5电压型三相桥式PWM整流电路,图5-21电压型三相半桥式PWM整流电路,5.5.1电路工作原理分析,图5-22=1时三相电压型PWM整流电路电量波形,1.控制极信号的时序分布,5.5.1电路工作原理分析,2.桥侧线电压波形分析3.桥侧相电压波形分析4.电路的工作模式,图5-23三相

10、电压型PWM整流电路的工作模式,5.5.2电路的控制,1.标量乘法器方案,图5-24含标量乘法器的三相PWM整流电路控制结构图1电压给定2电压调节器3输出直流电压检测4输入交流电压检测5交流电流检测6标量乘法器7电流调节器8控制门9保护电路10载波发生器11SPWM信号生成和处理器,5.5.2电路的控制,图5-25采用矢量控制方案的三相PWM整流电路控制结构图1电压给定2电压调节器3电流调节器4三角函数运算5同步电路6三相/二相坐标变换7二相/三相坐标变换8输出直流电压检测9PWM信号生成10载波发生器11基波相移角给定,5.5.2电路的控制,2.矢量控制方案这一方案的确切名称是基于d轴的矢量控制方案。d轴是一种以指定速度转动的二相旋转坐标系。在交流电动机调速系统中，当采用按转子磁场定向的矢量控制方案时便会使用这种坐标系，因为转子是旋