电力电子技术(西电第二版)第7章典型电力电子装置介绍

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1、第7章典型电力电子装置介绍7.1开关电源7.2UPS不间断电源7.3有源功率因数校正器7.1开关电源7.1.1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稳压电源通常分为线性稳压电源和开关型稳压电源。在电子技术等课程中所介绍的直流稳压电源一般是线性稳压电源，它的特点是，起电压调整功能的器件始终工作在线性放大区。线性稳压电源如图7-1所示，由50Hz工频变压器、整流器、滤波器、串联调整稳压器等组成。图7-1线性稳压电源线性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(图7-1所示中的三极管)工作在

2、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开关稳压电源简称开关电源(SwitchingPowerSupply)，这种电源中起电压调整和实现稳压控制功能的器件始终以开关方式工作。图7-2所示为输入、输出隔离的开关电源基本框图。图7-2开关电源的基本框图3．开关稳压电源的控制原理在开关电源中，变换电路起着主要的调节稳压作用，是通过调节功率开关管开关周期的占空比来实现的。占空比的概念为：设开关管的开关周期为T，在一个周期内，导通时间为ton，则占空比定义为D＝ton／T。在开关电源中，改变占空比的控制方式有两种，即脉冲宽度调制(PWM)和脉冲频率调制(

3、PWF)。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。即当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7-3所示。图7-3PWM控制方式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。7.1.2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(Forward)，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，而且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。图7-4正激变

4、换电路(a)原理图；(b)开关管V1的驱动波形ui；(c)uf波形当控制电路使V1截止时，变压器原、副边输出电压均为零。此时，变压器原边在V1导通时存储的能量经过线圈N3和二极管VD3反送回电源。变压器的副边由于输出电压为零，因此二极管VD1截止，电感L通过二极管VD2续流并向负载释放能量，因电容C1的滤波作用，此时负载上所获得的电压保持不变，其输出电压为2．半桥变换电路半桥变换电路又可称为半桥逆变电路，其原理图如图7-5(a)所示。　　两个输入电容C1、C2的容量相同，其中A点的电压UA是输入电压Ui的一半，即有UC1＝UC2＝Ui／2。开关管V1和V2的驱动信号分别为ug1

5、和ug2，由控制电路产生两个互为反相的PWM信号，如图7-5(b)所示。图7-5半桥变换电路及波形(a)原理图；(b)波形图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图7-6所示的全桥变换电路。驱动信号ug1与ug4相同，ug2与ug3相同，而且ug1、ug4与ug2、ug3互为反相。图7-6全桥变换电路7.1.3开关电源的应用图7-7所示为由开关电源构成的电力系统用直流操作电源的电路，其中图(a)为主电路，图(b)为控制电路。主电路采用半桥变换电路，额定输出直流电压为220V，输出电流为10A，包含图7-2中所有的基本功

6、能模块。下面简单介绍各功能模块的具体电路。图7-7直流操作电源电路(a)主电路；(b)控制电路1．交流进线滤波器电磁干扰EMI为英文ElectromagneticInterference的缩写。为了防止开关电源产生的噪声进入电网或者电网的噪声进入开关电源内部，干扰开关电源的正常工作，必须在开关电源的输入端施加EMI滤波器。有时又称EMI滤波器为电源滤波器，用于滤除电源输入输出中的高频噪声(150kHz～30MHz)。图7-8所示为一种常用的高性能EMI滤波器，该滤波器能同时抑制共模和差模干扰信号。图7-8交流进线EMI滤波器2．启动浪涌抑制电路当开启电源时，由于将对滤波电容C

7、1和C2充电，接通电源的瞬间电容相当于短路，因此会产生很大的浪涌电流，其大小取决于启动时交流电压的相位和输入滤波器的阻抗。3．输出控制电路控制电路是开关电源的核心，它决定开关电源的动态稳定性。该开关电源采用双闭环控制方式，如图7-9所示。图7-9直流开关电源控制系统原理框图4．SG3525的管脚功能SG3525系列开关电源PWM控制集成电路是美国硅通用公司设计的第二代PWM控制器，工作性能好，外部元件用量小，适用于各种开关电源。图7-10所示为SG3525