电力电子技术 教学课件 作者 曾方 第三章.ppt

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1、第3章直流调压电路3.1全控型电力电子器件将直流电压变成另一固定电压或大小可调的直流电压的变换电路称为直流电压变换电路。它的基本原理是利用电力电子开关器件周期性地开通与关断，从而改变输出电压的大小，因此也称为开关型DC/DC变换电路，俗称斩波电路（Choppter）。通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件被称为全控型器件。13.1.1直流电压变换电路的工作原理图中开关S可以是各种全控型电力电子器件。Ud是恒定直流电压电源；R为负载。通过开关S的接通和断开，将负载与电源接通继而又断开，它能将恒定输入的直流电压经过斩波后形成可调的负载电压。图3.1(b)表示

2、出了变换电路的输出电压u的波形。2这样直流变换电路输出电压的平均值为：变换电路的输出电压的平均值UAV受电路工作频率D（又称此为占空比）的控制，通过改变D的值即可改变电路的输出电压平均值。3欲改变电路的占空比，可以采用3种方法：①脉冲宽度调制（PWM），也称定频调宽式。保持电路频率f＝1/T不变，即工作周期T恒定，只改变开关电器S的导通时间ton。②频率调制（PFM），也称定宽调频式。保持开关电器S的导通时间ton不变，改变电路周期T（即改变电路的频率）③混合调制。脉冲宽度（即ton）与脉冲周期T同时改变，采取这种调制方法，输出直流平均电压UAV的可调范围较宽，但控制电路较复

3、杂43.1.2门极可关断晶闸管(GTO)通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件被称为全控型器件。1.GTO的基本情况门极可关断晶闸管(GateTurnoffThyristor)简称GTO。它具有普通晶闸管的全部特性，如耐压高（工作电压可高达6000V）、电流大（电流可达6000A）、造价便宜等。5当在GTO的门极加正脉冲信号（极高电位，门极低电位）时，触发导通；加门极负脉冲信号（阳极低电位，门极高电位）时，GTO触发关断。在它的内部有电子和空穴两种载流子参与导电，所以它属于全控型双极型器件。它有阳极A、阴极K和门极G三个电极。GTO导通后的管压降比较大，

4、一般为2～3V。由于门极可关断，关断期间功耗较大。另外，由于导通压降较大，门极触发电流较大，所以GTO的导通功耗与门极功耗均较普通晶闸管大。62.GTO的缓冲电路①可以减轻GTO在开关过程中的功耗②抑制静态电压上升率。73.GTO门极驱动电路用门极正脉冲可使GTO开通，门极负脉冲可以使其关断，这是GTO最大的优点。但要使GTO关断的门极反向电流比较大，约为阳极电流的1/5左右。尽管采用高幅值的窄脉冲可以减少关断所需的能量，但还是要采用专门的触发驱动电路。84.GTO的典型应用GTO主要用于高电压、大功率的直流变换电路即斩波电路、逆变器电路中，例如恒压恒频电源即CVCF，常用的

5、不停电电源（UPS）等。另一类是调频调压电源即VVVF，较多用于风机，水泵、轧机、牵引等交流变频调速系统中。其方式以微型计算机控制和以脉宽调制（PWM）控制方式发展最快图中GTO为主开关，控制GTO导通与关断即可使脉冲变压器TR次级产生瞬时高压。该电压使汽油机火花塞电极间隙产生火花。在晶体管T的基极输入脉冲电压，低电平时，T截止，电源对电容C充电，同时触发GTO。由于L和C组成LC谐振电路，C两端可产生高于电源的电压。脉冲电压为高电平时，晶体管T导通，C放电并将其电压加于GTO门极，使GTO迅速而可靠地关断。93.1.3大功率晶体管（GTR）大功率晶体管，又可称为电力晶体管（

6、GiantTransistor）简称GTR，通常指耗散功率（或输出功率）1W以上的晶体管。所以它的电气符号与普通晶体管相同。GTR有以下应用特点：①具有自关断能力。②能在较高频率下工作GTR存在二次击穿的问题，管子裕量要考虑足够一些。101.GTR的基极驱动电路GTR基极驱动电路的作用是将控制电路输出的控制信号放大到足够大，足以保证GTR可靠导通和关断的程度。基极驱动电流的各项参数直接影响GTR的开关性能。因此根据主电路的需要，GTR的基极驱动电路比普通晶体管要复杂很多①简单的双电源驱动电路。驱动电路与GTR（T6）直接耦合，控制电路用光耦合实现电隔离，正负电源（＋UC2和－

7、UC3）供电。当输入端S为低电位时，T1～T3导通，T4、T5截止，B点电压为负，给GTR基极提供反向基极电流，此时GTR（T6）关断。当S端为高电位时，T1～T3截止，T4、T5导通，T6流过正向基极电流，此时GTR开通。11②集成基极驱动电路。THOMSON公司生产的UAA4002大规模集成基极驱动电路可对GTR实现较理想的基极电流优化驱动和自身保护。它采用标准的双列DIP16封装，对GTR基极正向驱动能力为0.5A，反向驱动能力为－3A，也可以通过外接晶体管扩大驱动能力，不需要隔离环节。UAA40