第一章电力电子器件优秀PPT.ppt
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1、第九章第九章 电力电子技术应用电力电子技术应用 n第一节第一节 大功率开关稳压电源大功率开关稳压电源 n其次节其次节 不间断电源不间断电源(UPS)n第三节第三节 PSPICE在电力电子技术仿真在电力电子技术仿真中的应用中的应用n第四节第四节 MATLAB在电力电子技术仿真在电力电子技术仿真中的应用中的应用 n本章小节本章小节1第一节第一节 大功率开关稳压电源大功率开关稳压电源n一、开关电源的基本结构一、开关电源的基本结构n开关电源的基本结构是:电网上的沟通电开关电源的基本结构是:电网上的沟通电通过工频整流滤波为固定直流电,通过高通过工频整流滤波为固定直流电,通过高频逆变功率变换得到频逆变功率
2、变换得到2050kHz的沟通的沟通电,再经过高频整流与滤波,得到所要求电,再经过高频整流与滤波,得到所要求的直流电源。其核心部分是用全控器件再的直流电源。其核心部分是用全控器件再逆变电路中以高频的开关进行逆变电路中以高频的开关进行DC/AC功功率变换,故此类电源简称开关电源。率变换,故此类电源简称开关电源。2图9-1 开关电源原理图28V/100A28V/100A开关电源的原理框图开关电源的原理框图3 当开关电源由于负载电流减小或沟当开关电源由于负载电流减小或沟通输入电压的上升而引起输出直流电压上通输入电压的上升而引起输出直流电压上升时,由脉宽调制升时,由脉宽调制PWM环节限制,使逆环节限制,
3、使逆变器中功率开关器件的导通时间缩短,逆变器中功率开关器件的导通时间缩短,逆变器输出脉宽变窄,从而使输出电压下降变器输出脉宽变窄,从而使输出电压下降;反之,使逆变器输出脉宽展宽,由此实;反之,使逆变器输出脉宽展宽,由此实现输出直流电压的稳定与调整。现输出直流电压的稳定与调整。稳压调压的原理稳压调压的原理4二、二、开关电源主电路工作原理开关电源主电路工作原理 图图9-2 开关电路主电路开关电路主电路 5开关电源主电路开关电源主电路n 图图9-2中,中,220V沟通输入,经开关沟通输入,经开关S、电源、电源滤波与滤波与MDC 40A/800V硅桥整流滤波,变换为硅桥整流滤波,变换为300V左右的恒
4、定直流,再经限流电阻左右的恒定直流,再经限流电阻(四个四个200/8W并联并联)输入高频逆变器,进行功率变换。输入高频逆变器,进行功率变换。n 逆变器为电压型半桥式电路,由两只逆变器为电压型半桥式电路,由两只IGBT管管(V1、V2)、电容、电容C1、C2以及高频变压器组成,以及高频变压器组成,将直流电变换为将直流电变换为20kHz的正负矩形波电压。该高的正负矩形波电压。该高频电压经频电压经Tr降压,电压比约为降压,电压比约为5.3:l,送至高频,送至高频整流桥进行全波整流与滤波,得到稳定的整流桥进行全波整流与滤波,得到稳定的28V直直流电压。流电压。6三、三、IGBT管的驱动与限制管的驱动与
5、限制 1)IGBT管的驱动电路 7三、三、IGBT管的驱动与限制管的驱动与限制n由脉宽调制集成块由脉宽调制集成块CW494的的8、11脚输出相脚输出相位差位差180、频率为、频率为20kHz、脉宽可调的驱动、脉宽可调的驱动信号,经比较器信号,经比较器(4050集成块集成块)整形缓冲和分立整形缓冲和分立元件功放电路元件功放电路(亦可用亦可用EXB等系列集成功放等系列集成功放),送到送到IGBT管的管的G、E脚,导通正脉冲的幅度为脚,导通正脉冲的幅度为15V,要求输出回路阻抗值很小,以保证,要求输出回路阻抗值很小,以保证IGBT的快速开通与较小的通态管压降。为了的快速开通与较小的通态管压降。为了牢
6、靠关断,电路中设置牢靠关断,电路中设置 2CW5B6稳压管,使稳压管,使关断时管子承受一关断时管子承受一6V左右的负偏压。左右的负偏压。8三、三、IGBT管的驱动与限制管的驱动与限制n2)脉宽调制限制脉宽调制限制 图图9-5 CW494集成脉冲调制器管脚排列及内部功能框图集成脉冲调制器管脚排列及内部功能框图 9三、三、IGBT管的驱动与限制管的驱动与限制n(1)锯齿波振荡器锯齿波振荡器 其振荡频率由其振荡频率由5、6脚脚外接外接RT、CT参数确定参数确定f 1/(RTCT),对于双端输出,其振荡频率调整为对于双端输出,其振荡频率调整为2倍的倍的逆变器频率逆变器频率(40kHz)。n(2)脉宽调
7、制脉宽调制(PWM)限制限制 主要由主要由PWM比较比较器实现。振荡器产生的锯齿波经反相输入器实现。振荡器产生的锯齿波经反相输入比较器负端,与两个误差放大器输出的误比较器负端,与两个误差放大器输出的误差电压进行比较,其输入、输出波形如图差电压进行比较,其输入、输出波形如图9-6所示。所示。10三、三、IGBT管的驱动与限制管的驱动与限制n当误差电压小于锯当误差电压小于锯齿波电压齿波电压(已反相已反相)时,输出低电平,时,输出低电平,当误差电压大于锯当误差电压大于锯齿波电压时,输出齿波电压时,输出高电平。图高电平。图9-6中示中示出两种误差电压时出两种误差电压时比较器输出脉冲波比较器输出脉冲波形
8、。变更误差电压形。变更误差电压即可便利地调整脉即可便利地调整脉冲宽度。冲宽度。图图9-6 PWM比较器输入、输出波形比较器输入、输出波形 11三、三、IGBT管的驱动与限制管的驱动与限制n13脚是输出方式限制,高电平常使两晶体管在脚是输出方式限制,高电平常使两晶体管在正、负半周交替通断为双端输出,适用于推挽、正、负半周交替通断为双端输出,适用于推挽、半桥和全桥逆变电路;半桥和全桥逆变电路;13脚低电平常,触发脚低电平常,触发器封锁,两输出晶体管同时通断,可用于单端器封锁,两输出晶体管同时通断,可用于单端逆变,此时两管并联工作,输出驱动电流可达逆变,此时两管并联工作,输出驱动电流可达400mA。
9、n输出端输出端8、9、11、10脚有两种连接:一种是脚有两种连接:一种是 8、11脚接电源,脚接电源,9、10脚接负载放射极输出;脚接负载放射极输出;另一种是另一种是9、10脚接地,脚接地,8、11脚经电阻接电脚经电阻接电源,由集电极源,由集电极8、11脚输出脚输出 12三、三、IGBT管的驱动与限制管的驱动与限制n(3)死区时间限制死区时间限制 死区时间由死区限制死区时间由死区限制比较器来实现。比较器来实现。CW494的死区时间由的死区时间由4脚外接电阻设定,设定死区时间约为振脚外接电阻设定,设定死区时间约为振荡周期的荡周期的5。n(4)稳压与过电压、过电流爱护稳压与过电压、过电流爱护 稳压
10、和稳压和爱护功能由两个误差放大器来完成。爱护功能由两个误差放大器来完成。13其次节其次节 不间断电源不间断电源(UPS)n一、不间断电源的发展和分类一、不间断电源的发展和分类 n1、后备式不间断电源(、后备式不间断电源(offlineUPS,或称或称back一一up UPS)n 图9-7后备式不间断电源框图 141、后备式不间断电源、后备式不间断电源n后备式不间断电源(后备式不间断电源(offlineUPS,或称,或称back一一up UPS)是一种结构简洁、运行牢靠性高)是一种结构简洁、运行牢靠性高的后备电源系统。它一般由逆变器、充电器、的后备电源系统。它一般由逆变器、充电器、沟通稳压器沟通
11、稳压器(AVR)、电源滤波器、电源滤波器(EMl)、切换开、切换开关等构成,如图关等构成,如图9-7所示。当市电正常时,市所示。当市电正常时,市电经过输入电源滤波器电经过输入电源滤波器(EMl)、沟通稳压器、沟通稳压器(AVR)后分为两路。一路通过切换开关,由输后分为两路。一路通过切换开关,由输出端电源滤波器出端电源滤波器(EMl)输出;另一路经充电器输出;另一路经充电器对后备电池充电。当市电异样时,启动逆变器,对后备电池充电。当市电异样时,启动逆变器,转换开关转向逆变器。转换开关转向逆变器。152、在线式不间断电源、在线式不间断电源图图9-8在线式不间断电源框图在线式不间断电源框图 16在线
12、式不间断电源工作原理在线式不间断电源工作原理n当市电正常状况下,输入市电经滤波器输入到当市电正常状况下,输入市电经滤波器输入到有源功率因数校正整流电路有源功率因数校正整流电路 PFC,使输入功率,使输入功率因数接近因数接近l。由。由PFC电路输出稳定的直流电压与电路输出稳定的直流电压与电池升压电路输出电压经二极管电池升压电路输出电压经二极管VDl、VD2在在直流母线上并联。电池升压电路的输出电压略直流母线上并联。电池升压电路的输出电压略低于低于PFC整流器输出电压,所以在市电正常状整流器输出电压,所以在市电正常状况下,由况下,由PFC整流后的市电向逆变器供应能量。整流后的市电向逆变器供应能量。
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