电力电子装置典型应用

电力电子装置典型应用第一页，共27页。

8.1.1开关电源的基本工作原理

1.线性稳压电源的工作原理及其特点8.1开关电源图8-1线性稳压电源第二页，共27页。

基本工作原理:

工频交流电源经过变压器降压、整流、滤波后，通过电压负反馈组成闭环控制，使之成为一稳定的直流电源。这种稳压电源具有优良的纹波及动态响应特性，但同时存在以下缺点:

（1）输入采用50Hz工频变压器，体积庞大。（2）电压调整器件（如图8-1所示的三极管）工作在线性放大区内，损耗大、效率低。（3）过载能力差。

2.开关稳压电源的基本工作原理第三页，共27页。

其主电路的工作原理为:50Hz单相交流220V电压或三相交流220V/380V电压首先经EMI防电磁干扰的电源滤波器滤波（这种滤波器主要滤除电源的高次谐波），直接整流滤波（不经过工频变压器降压，滤波电路主要滤除整流后的低频脉动谐波）,获得一直流电压，然后再将此直流电压经变换电路变换为数十或数百千赫兹的高频方波或准方波电压，通过高频变压器隔离并降压（或升压）后，再经高频整流、滤波电路，最后输出直流电压。图8-2开关电源的原理框图第四页，共27页。

控制电路的工作原理是:

电源接上负载后，通过取样电路获得其输出电压，将此电压与基准电压作比较后，将其误差值放大，用于控制驱动电路，控制变换器中功率开关管的占空比,使输出电压升高（或降低），以获得稳定的输出电压。

3.开关稳压电源的控制原理在脉冲宽度调制中，保持开关频率（开关周期T）不变，通过改变ton

来改变占空比D，从而达到改变输出电压的目的，即D越大，滤波后输出电压也就越大;D越小，滤波后输出电压越小,如图8-3所示。图8-3PWM控制方式第五页，共27页。

4.开关稳压电源的特点开关稳压电源具有如下的优点:

（1）功耗小、效率高。（2）体积小、重量轻。（3）稳压范围宽。（4）电路形式灵活多样。开关电源的缺点主要是存在开关噪声干扰。

8.1.2隔离式高频变换电路

1.正激式变换电路所谓正激式变换电路，是指开关电源中的变换器不仅起着调节输出电压使其稳定的作用，还作为振荡器产生恒定周期T的方波，后续电路中的脉冲变压器也具有振荡器的作用。第六页，共27页。2.半桥变换电路半桥变换电路又可称为半桥逆变电路，如图8-5（a）所示.工频交流电源通过电源滤波器、整流滤波器后转换成图中所示的直流电压Ui。VT1、VT2为功率开关管IGBT;TR为高频变压器，L、C3

组成LC滤波电路，二极管VD3、VD4

组成全波整流元件。图8-4正激式变换电路图第七页，共27页。

半桥变换电路的特点:在一个开关周期T内，前半个周期流过高频变压器的电流与后半个周期流过变压器的电流大小相等,方向相反。因此，变压器的磁芯工作在磁滞回线B-H的两端，磁芯得到充分利用。图8-5半桥变换电路及波形第八页，共27页。

3.全桥变换电路将半桥电路中的两个电解电容C1和C2换成另外两只开关管,并配上相应的驱动电路即可组成如图8-6所示的全桥变换电路。

图8-6全桥变换电路第九页，共27页。8.1.3开关电源的应用图8-7给出了由开关电源构成的电力系统用直流操作电源的电路原理图。

图8-7直流操作电源的电路的原理图

第十页，共27页。1.交流进线EMI滤波器2.启动浪涌抑制电路

3.输出控制电路

图8-9直流开关电源控制系统原理框图

第十一页，共27页。4.SG3525的管脚功能

图8-10SG3525内部结构图

第十二页，共27页。5.IGBT驱动电路

第十三页，共27页。8.2.1有源功率因数校正的工作原理8.2有源功率因数校正装置

图8-12Boost-APFC电路第十四页，共27页。8.2.2APFC集成控制电路UC3854及其应用

图8-13UC3854内部结构框图第十五页，共27页。

图8-14采用UC3854构成的APFC电路原理图第十六页，共27页。8.3.1UPS的分类

1.离线式UPS电源8.3UPS不间断电源图8-15离线式UPS的结构框图

第十七页，共27页。

离线式UPS的特点如下:

（1）当市电正常时，只是通过交流稳压后直接输出至负载,因此电路对市电噪音以及浪涌的抑制能力较差。（2）存在转换时间。（3）保护性能较差。（4）结构简单，体积小，重量轻，控制容易，成本低。

2.在线式UPS电源

图8-16在线式UPS的结构框图

第十八页，共27页。

在线式UPS的特点如下:

（1）输出的电压经过UPS处理，输出电源品质较高。（2）无转换时间。（3）结构复杂，成本较高。（4）保护性能好，对市电噪音以及浪涌的抑制能力强。

3.在线交互式UPS电源图8-17在线交互式UPS结构框图第十九页，共27页。

在线交互式UPS的特点如下:

（1）具有双向转换器，UPS电池充电时间较短。（2）存在转换时间。（3）控制结构复杂，成本较高。（4）保护性能介于在线式与离线式UPS之间，对市电噪声和浪涌的抑制能力较差。

8.3.2UPS的整流器图8-18单相全桥PWM整流电路

第二十页，共27页。图8-19单相全桥PWM整流电路波形第二十一页，共27页。图8-20电流电压同相位控制系统结构图8.3.3UPS中的逆变器第二十二页，共27页。图8-21UPS单相逆变电路

图8-22UPS单相逆变电路输出波形第二十三页，共27页。图8-23UPS逆变控制系统结构框图8.3.4UPS中的锁相技术图8-24基本锁相环路的方框图

第二十四页，共27页。

8.3.5UPS中的静态开关所谓静态开关，是一种以双向晶闸管为基础构成的无触点通断组件。（a）非零电压开关（b）零电压开关图8-25两种静态开关图8-26单相输出UPS静态开关原理图第二十五页，共27页。8.4.1变频调速的基本控制方式（1）基频以下的变频调速

E1=4.44f1N1K