多晶体管功率电路

多晶体管功率电路第1页，共52页，2023年，2月20日，星期四第二节多晶体管功率电路特点:变压器双向磁化，利用率高常用电路有:推挽，半桥，桥式适合DC/DC，DC/AC，中大功率应用：交流电机调速，UPS，DC/DC电源等第2页，共52页，2023年，2月20日，星期四一.基本逆变电路原理1。推挽功率电路电路组成：基本工作原理：Q1Q2交替导通第3页，共52页，2023年，2月20日，星期四推挽功率电路纯电阻负载时工作波形：设变压器为理想变压器第4页，共52页，2023年，2月20日，星期四感性负载工作模态分析当Ｑ1导通时：变压器同名端高电平输出电流由零线性上升第5页，共52页，2023年，2月20日，星期四感性负载工作模态分析当Q1关断，控制Q2导通时：输出电流维持原方向不变为了维持磁通，电流从N11换流到N12，D2导通续流输出电流线性下降（斜率不变）第6页，共52页，2023年，2月20日，星期四感性负载工作模态分析当输出电流下降至零D2续流结束，切换至Q2导通N12输出电流输出电流反向增加（斜率不变)第7页，共52页，2023年，2月20日，星期四感性负载工作模态分析当Q2关断，控制Q1导通时输出电流不能突变为了维持磁通，电流从N12换流到N11，D1导通续流输出电流反向减小(斜率不变)第8页，共52页，2023年，2月20日，星期四推挽功率电路电感负载工作波形：能量回馈时电流流过D1,D2;第9页，共52页，2023年，2月20日，星期四数量分析设晶体管交替触发，当N11=N12=N1，输出交流对称方波的幅值为输出电压的有效值第10页，共52页，2023年，2月20日，星期四基波分析将输出电压按傅立叶展开：基波分量的有效值：第11页，共52页，2023年，2月20日，星期四失真度输出波形失真度：第12页，共52页，2023年，2月20日，星期四推挽功率电路纯电阻负载时工作波形：设变压器为理想变压器第13页，共52页，2023年，2月20日，星期四推挽功率电路电感负载工作波形：能量回馈时电流流过D1,D2;第14页，共52页，2023年，2月20日，星期四推挽功率电路RL负载时波形：近似计算方法：D1导通时间第15页，共52页，2023年，2月20日，星期四.推挽功率电路功率管承受的电压：2Ui一般适用于低输入电压场合第16页，共52页，2023年，2月20日，星期四推挽电路特点第17页，共52页，2023年，2月20日，星期四推挽电路特点第18页，共52页，2023年，2月20日，星期四推挽功率电路调压：PWM调节控制输出电压R负载：第19页，共52页，2023年，2月20日，星期四推挽功率电路RL负载：阴影宽度随电感负载增大而加宽。第20页，共52页，2023年，2月20日，星期四推挽功率电路L负载：脉宽0—T/4波形，第21页，共52页，2023年，2月20日，星期四推挽功率电路L负载：脉宽接近T/4时波形第22页，共52页，2023年，2月20日，星期四推挽功率电路缺点：存在偏磁（直流磁化分量）原因：设计时工作B应稍低于普通变压器或加适当气隙第23页，共52页，2023年，2月20日，星期四半桥电路的构成电路包括：两晶体管串成一桥臂二个大容量电容变压器D1、D2是感性负载时返回能量的续流二极管第24页，共52页，2023年，2月20日，星期四半桥式功率电路－电阻性负载模态由于C1/C2容量较大，可近似认为电容中点电位为Ui/2当Q1导通时电容C1放电，电容C2充电N1上电压为Ui/2N2上电压为Ui/2*n第25页，共52页，2023年，2月20日，星期四半桥式功率电路－电阻性负载模态由于C1/C2容量较大，可近似认为电容中点电位为Ui/2当Q2导通时：电容C1充电，电容C2放电N1上电压为－Ui/2N2上电压为－Ui/2*n第26页，共52页，2023年，2月20日，星期四半桥式功率电路－电感性负载模态当Q1导通时：电容C1放电，电容C2充电N1上电压为Ui/2N2上电压为Ui/2*n第27页，共52页，2023年，2月20日，星期四半桥式功率电路－电感性负载模态当Q1关断时：

D2续流由于电感维持原电流方向,电容C1放电，电容C2充电N1上电压为－Ui/2N2上电压为－Ui/2*n第28页，共52页，2023年，2月20日，星期四半桥式功率电路－电感性负载模态当电流下降到零后由于Q2有触发信号，所以Ｑ2导通，形成电压回路电容C1充电，电容C2放电N1上电压为－Ui/2N2上电压为－Ui/2*n第29页，共52页，2023年，2月20日，星期四半桥式功率电路－电感性负载模态当Q2关断后电感维持原有电流，D1续流电容C1充电，电容C2放电N1上电压为Ui/2N2上电压为Ui/2*n第30页，共52页，2023年，2月20日，星期四电感性负载特性总图电感负载：第31页，共52页，2023年，2月20日，星期四Q1或Q2通时，io和uo同方向，直流侧向负载提供能量；D1或D2通时，io和uo反向，电感中贮能向直流侧反馈；

D1、D2称为反馈二极管,还使io连续，又称续流二极管。第32页，共52页，2023年，2月20日，星期四半桥式功率电路第33页，共52页，2023年，2月20日，星期四半桥电路工作状态小结变压器次级得到矩形波交流输出C1和C2均分输入电压，共同提供原边电流正向电流时，电容C1放电，电容C2充电；反向电流时，电容C1充电，电容C2放电。电感负载下：D1,Q1,D2,Q2轮流导通D1/Q1导通时，输出正向电压；D2/Q2导通时，输出反向电压Q1/D2导通时，输出正向电流；Q2/D1导通时，输出反向电流功率器件承受电压为输入电压，是推挽电路一半第34页，共52页，2023年，2月20日，星期四滤波电容设计变压器的初级电流每个电容电流为初级电流一半，所以半周期电容电压变化量：即第35页，共52页，2023年，2月20日，星期四3.单相全桥功率电路电路结构：两个半桥电路的组合Q1和Q4一对，Q2和Q3另一对，成对桥臂同时导通，两对交替各导通180°第36页，共52页，2023年，2月20日，星期四3.单相全桥功率电路电压波形：类似半桥电压波形幅值增加一倍，Uo=±UiQ1/Q4导通时，输出为正极性；Q2/Q3导通时，输出为负极性第37页，共52页，2023年，2月20日，星期四3.单相全桥功率电路电流波形：类似半桥电流波形，幅值增加一倍换流情况和半桥类似第38页，共52页，2023年，2月20日，星期四3.单相全桥功率电路不同性质负载下波形：第39页，共52页，2023年，2月20日，星期四单相全桥功率电路FullBridgeConverter输出电压调节方法（1）调脉宽PWM第40页，共52页，2023年，2月20日，星期四输出电压调节方法移相控制PhaseShiftControl：采用移相方式调节逆变电路的输出电压，称为移相调压第41页，共52页，2023年，2月20日，星期四输出电压调节方法移相控制phaseshiftcontrol：各栅极信号为180°正偏，180°反偏且Q1和Q3互补，Q2和Q4互补关系不变第42页，共52页，2023年，2月20日，星期四输出电压调节方法移相控制phaseshiftcontrol：Q2的驱动信号只比Q1落后θ(0<θ<180°)第43页，共52页，2023年，2月20日，星期四输出电压调节方法移相控制phaseshiftcontrol：Q2、Q4的栅极信号分别比Q3、Q1的前移180o-θ第44页，共52页，2023年，2月20日，星期四输出电压调压方法移相控制phaseshiftcontrol：uo成为正负各为θ的脉冲，改变θ即可调节输出电压有效值第45页，共52页，2023年，2月20日，星期四单相全桥功率电路管子承受电压：Ui输出接变压器时，存在偏磁问题，解决办法：串一电容隔直用电流控制PWM模式用直流分量控制技术第46页，共52页，2023年，2月20日，星期四单相功率电路比较管子承受电压：全桥=半桥=Ui，推挽=2Ui管子流过电流：全桥=半桥/2=推挽变压器：桥式，半桥可有可无，推挽必须有饱和电压：桥式两个，半桥和推挽均为一个桥式适合于高压输入场合第47页，共52页，2023年，2月20日，星期四4.三相桥式电路三个桥臂组成，可作为三相逆变器应用：三相电机调速，大功率电源第48页，共52页，2023年，2月20日，星期四4.三相桥式电路六种工作模式线电压基波有效值：0.78E线电压有效值：0.817E第49页