电力电子应用技术 教学课件 作者 周元一 项目3 直流斩波电路及其应用.pptx

项目1　单相可控整流电路及其应用项目2　三相可控整流电路及其应用项目3　直流斩波电路及其应用项目4　交流变换电路及其应用项目5　无源逆变电路及其应用附　　录项目3　直流斩波电路及其应用项目3　直流斩波电路及其应用3.1　功率场效应晶体管3.2　基本直流斩波电路3.3　隔离型直流斩波电路3.4　直流斩波电路的控制3.5　太阳能光伏电源3.6　太阳能光伏电源电路制作3.7　任务评价与总结3.8　相关知识3.9　练习3.1　功率场效应晶体管3.1　功率场效应晶体管3.1.1　功率MOSFET的结构和工作原理功率MOSFET是压控型器件，其控制信号是电压。图3-1　功率MOSFET的结构和电气图形符号a)功率MOSFET的结构　b)电气图形符号3.1　功率场效应晶体管图3-2　几种功率MOSFET的外形3.1　功率场效应晶体管3.1.2　功率MOSFET的特性下面以N沟道增强型MOSFET为例来说明功率MOSFET的特性。1.转移特性2.输出特性图3-3　功率MOSFET的转移特性和输出特性a) 转移特性　b) 输出特性3.1　功率场效应晶体管3.开关特性图3-4　功率MOSFET的开关过程a)功率MOSFET开关特性的测试电路　b)驱动电压与漏极电流波形3.1　功率场效应晶体管3.1.3　功率MOSFET的主要参数除前面介绍的跨导Gfs、开启电压UT外，功率MOSFET的主要参数还有：1)漏源击穿电压U（BR）DS：决定功率MOSFET的最高工作电压。2)rDS（ON）：通常规定在确定的栅极电压UGS下，功率MOSFET由可调电阻区进入饱和区时的直流电阻为通态电阻。3)IDM：功率MOSFET电流定额参数。4)U（BR）GS：栅源之间的绝缘层很薄，超过20V将导致绝缘层击穿。3.1　功率场效应晶体管5)PDS：标定了功率MOSFET可以消散的最大功耗，与最大结温和管壳温度为25℃时的热阻有关。3.1.4　功率MOSFET的驱动1.对栅极驱动电路的要求1)能向栅极提供需要的栅压，以保证可靠开通和关断MOSFET。2)能减小驱动电路的输出电阻，以提高栅极充放电速度，从而提高MOSFET的开关速度。3)主电路与控制电路需要电气隔离。4)应具有较强的抗干扰能力，这是由于MOSFET通常工作频率高、输入电阻大、易被干扰的缘故。3.1　功率场效应晶体管图3-5　理想的栅极控制电压波形3.1　功率场效应晶体管2.栅极驱动电路举例图3-6　功率MOSFET的隔离驱动电路3.1.5　功率MOSFET的保护3.1　功率场效应晶体管功率MOSFET的薄弱之处是栅极绝缘层易被击穿损坏。1.防止静电击穿1)在测试和接入电路之前器件应存放在静电包装袋、导电材料或金属容器中，不能放在塑料盒或塑料袋中。2)将器件接入电路时，工作台和电烙铁都必须良好接地。3)在测试器件时，测量仪器和工作台都必须良好接地。4)注意栅极电压不要超过限定值。2.防止偶然性振荡损坏器件3.防止过电压3.1　功率场效应晶体管4.防止过电流5.消除寄生晶体管和二极管的影响3.2　基本直流斩波电路3.2　基本直流斩波电路1)电路中的电感和电容均为无损耗的理想储能元件。2)认为电力电子开关器件和与之配合的二极管都是理想的，即导通时压降为0、阻断时漏电流为0、开关过程瞬间完成。3)滤波电路的电磁时间常数远大于电子开关的工作周期，认为负载电压在一个开关周期中为常数。3.2.1　直流斩波电路的基本工作原理图3?7a所示电路为基本直流斩波电路原理图。3.2　基本直流斩波电路图3-7　直流斩波电路的工作原理图及波形a)工作原理图　b)波形3.2　基本直流斩波电路3.2.2　降压型斩波电路1.电路结构2.工作原理及工作波形图3-8　降压式直流斩波电路的电路原理图及工作波形a)电路原理图　b)工作波形3.2　基本直流斩波电路3.基本数量关系3.2.3　升压型斩波电路输出电压的平均值高于输入电压的变换电路称为升压斩波电路，又叫Boost电路。图3-9　升压斩波电路原理图及波形a)电路原理图　b)波形3.2　基本直流斩波电路3.2.4　升—降压型斩波电路升降压型直流斩波电路是由降压式和升压式两种基本斩波电路混合串联而成的，也称为Buck?Boost电路，它主要用于可调直流电源。图3-10　升—降压型直流斩波电路原理图及其工作波形a)电路原理图　b)　工作波形3.3　隔离型直流斩波电路3.3　隔离型直流斩波电路3.3.1　正激电路正激电路包含多种不同结构，典型的单开关正激电路原理图及其理想化波形如图3?11所示。图3-11　正激电路原理图及理想化波形a)电路原理图　b)理想化波形3.3　隔离型直流斩波电路图3-12　磁心复位过程3.3　隔离型直流斩波电路3.3.2　反激电路反激电路原理图及其理想化波形如图3?13所示